豎井排水應(yīng)用

豎井排水水位

豎井在運(yùn)行中需要?jiǎng)恿?，如果排除的地下水是不能利用的高礦化度咸水，還必需修筑專門的輸水溝道將咸水送至排水容泄區(qū)。豎井排水系統(tǒng)不需要修建大量的排水溝系和田間工程，占用耕地少，且能有效地較大幅度地調(diào)控地下水位。

豎井排水井型

排水豎井的井型多為管井，其結(jié)構(gòu)形式與農(nóng)田灌溉用水井基本相同。對(duì)于以排除地下咸水為主要目的的水井，其過濾管段（花管）必須嚴(yán)格控制在咸水含水層段內(nèi)，其他部分的管段為實(shí)管。在施工時(shí)，要采取措施嚴(yán)格封閉咸水層段，以免咸水污染其他含水層。

降低地下水位，防止土壤返鹽

在井灌井排或豎井排水過程中，由于水井自地下水含水層中吸取了一定的水量，在水井附近和井灌井排地區(qū)內(nèi)地下水位將隨水量的排出而不斷降低。地下水位的降低值一般包括兩部分：一部分是由于水井(或井群)長(zhǎng)期抽水，地下水補(bǔ)給不及，消耗一部分地下水儲(chǔ)量，在抽水區(qū)內(nèi)外產(chǎn)生一個(gè)地下水位下降漏斗而形成的，稱為靜水位降。另一部分是由于地下水向水井匯集過程中發(fā)生水頭損失而產(chǎn)生的。距抽水井愈近，其數(shù)值愈大，在水井附近達(dá)到最大值，此值一般在3～6m以上。在水井抽水過程中形成的總水位降為動(dòng)水位降。

由于水井的排水作用，增加了地下水人工排泄。地下水位的顯著降低，有效地增加了地下水埋深，減少了地下水的蒸發(fā)，因而可以起到防止土壤返鹽的作用。

騰空地下庫容用以除澇防漬

干旱季節(jié)，結(jié)合井灌抽取地下水，不僅可以防止土壤返鹽，同時(shí)由于開發(fā)利用地下水，使汛前地下水位達(dá)到年內(nèi)最低值，這樣就可以騰空含水層中的土壤容積，供汛期存蓄入滲雨水之用。地下水位的降低，可以增加土壤蓄水能力和降雨的入滲速度。由于降雨時(shí)大量雨水滲入地下，因而可以防止田面積水形成淹澇和地下水位過高造成土壤過濕，達(dá)到除澇防漬的目的。同時(shí)，還可以增加地下水提供的灌溉水量。

促進(jìn)土壤脫鹽和地下水淡化

豎并排水在水井影響范圍內(nèi)形成較深的地下水位下降漏斗。地下水位的下降，可以增加田面的入滲速度，因而為土壤的脫鹽創(chuàng)造了有利條件。在有灌溉水源的情況下，利用淡水壓鹽可以取得良好的效果。例如，根據(jù)青海省德令哈農(nóng)場(chǎng)尕海分場(chǎng)沖洗排水試驗(yàn)資料，在豎井排水影響范圍內(nèi)，硫酸鹽氯化物鹽漬土經(jīng)沖洗后，0～30cm土層脫鹽率為81.5%～84.4%，0～100cm土層脫鹽率為66.3%～77.5%。而無并排地區(qū)沖洗后0～30cm脫鹽率為36.3%～40.9%，0～100cm脫鹽率為25%～30%，約為豎井排水地區(qū)的。

在地下咸水地區(qū)，如有地面淡水補(bǔ)給或溝渠側(cè)滲補(bǔ)給，則隨著含鹽地下水的不斷排除，地下水將逐步淡化。試驗(yàn)表明，在抽排的咸水水量較大，能夠保證地下水位下降一定深度，并有淡水及時(shí)補(bǔ)給的情況下，一般都可以取得較好的淡化效果。例如河北省水利?？茖W(xué)校在校辦農(nóng)場(chǎng)(面積85畝)進(jìn)行抽咸換淡試驗(yàn)，利用真空井和鍋錐井抽咸，利用灌水和雨水補(bǔ)淡。在1974年和1975兩年中午均每畝共抽排咸水1368m，灌淡水1244m。由于抽咸補(bǔ)淡的水量均較大，地下水發(fā)生了顯著淡化，咸水改造前表層(2m)地下水礦化度為3.8～9.9g/L，1975年已降至0.48～1.04g/L。

豎井排水除可形成較大降深，有效地控制地下水位外，還具有減少田間排水系統(tǒng)和土地平整的土方工程量、占地少和便于機(jī)耕等優(yōu)點(diǎn)、但豎井排水需消耗能源。運(yùn)行管理費(fèi)用較高，且需要有適宜的水文地質(zhì)條件，在地表土層滲透系數(shù)過小或下部承壓水壓力過高時(shí)，均難以達(dá)到預(yù)期的排水效果 。

布置 排水豎井的井深，視含水層（或透水性良好的土層）的厚度而定。若含水層較薄，豎井應(yīng)穿透整個(gè)含水層，裝設(shè)成完整井；若含水層較厚，則應(yīng)穿透部分含水層，裝設(shè)成非完整井。排水豎井的間距，應(yīng)根據(jù)地下水位的控制要求、水文地質(zhì)條件、成井工藝及提水設(shè)備等因素確定。在水文地質(zhì)條件差異不大、排水要求基本相同的地方，排水井可均勻布設(shè)。水文地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，井距應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。進(jìn)行初步估算時(shí)，可用公式進(jìn)行計(jì)算 。

適宜于具有較好透水性土層的排水地區(qū)采用。如果排水地區(qū)土層透水性差，單井出水量低，是否采用這種排水形式要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較才能確定。

在同時(shí)受旱、澇、堿威脅的地區(qū)，如果淺層地下水質(zhì)符合灌溉要求，則排水井網(wǎng)抽出的地下水可同時(shí)（或部分）供灌溉之用（常稱之為井灌井排），一方面解決了農(nóng)田用水，同時(shí)又騰空地下庫容，在雨季時(shí)承納降雨，減少地面徑流，減輕洪、澇、漬的威脅。

在受次生鹽堿化威脅的輕砂壤質(zhì)土地區(qū)，開挖排水明溝難以保持?jǐn)嗝娣€(wěn)定，排水深度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，防治土地次生鹽堿化的作用不明顯，采取豎井排水能較好地解決這一問題。美國(guó)、蘇聯(lián)、巴基斯坦以及中國(guó)的一些灌區(qū)，實(shí)行井灌井排后，灌溉土地次生鹽堿化基本上得到控制。

在地下水礦化度過高的濱海地區(qū)，為了改良鹽堿土和對(duì)咸水含水層進(jìn)行改造，可采用豎井排水系統(tǒng)將高礦化度地下水抽出，騰空含水層，承納天然降雨。條件許可時(shí)，采用人工回灌方法引灌淡水，逐步將含水層改造為可供開采的淡水含水層 。

合理的井深和井型結(jié)構(gòu)

為了使水井起到灌溉、除澇、防漬、改堿、防止土壤次生鹽堿化和淡化地下水的作用，每個(gè)水井必須有較大的出水量。為了增加降雨和灌水的入滲量，提高壓鹽的效率，并在表層形成一定的地下水庫，在保證水井能自含水層中抽出較多水量的同時(shí)，還應(yīng)使?jié)撍挥休^大的降深。為此，在水井規(guī)劃設(shè)計(jì)中必須根據(jù)各地不同的水文地質(zhì)條件，選取合理的井深和井型結(jié)構(gòu)。

1) 在淺層有較好的砂層或雖無良好的砂層，但土壤透水性較好(例如裂隙粘土等)的情況下可以打淺機(jī)井或真空井，井管自上而下全部采用濾水管，在這種情況下，一般可以保證有一定的出水量和潛水位降深。

2) 砂層埋深在地表以下一定深度，但砂層無明顯的隔水層時(shí)，為了使單井保持一定的出水量，水井可打至含水砂層，抽水時(shí)雖然出水量的一部分來自下部砂層，但由于上部土層無明顯的隔水作用，大面積抽水時(shí)潛水位也可隨之下降，因此，可以保證形成一定的潛水位降深和淺層地下庫容，有利于承受上部來水、促進(jìn)土壤脫鹽和地下水的淡化。

3) 上部土層透水性較差，且在相當(dāng)深度內(nèi)又無良好砂層時(shí)，為了保證水井有較大的出水量和地下水位有較大的降深，必須選取適當(dāng)?shù)木徒Y(jié)構(gòu)，如大口井、大骨料井、輻射井、梅花井(群井點(diǎn))和臥管井等。

水井的規(guī)劃布置

擔(dān)負(fù)排水任務(wù)的水井，其規(guī)劃布局應(yīng)視地區(qū)自然特點(diǎn)、水利條件和水井的任務(wù)而定。在有地面水灌溉水源并實(shí)行井渠結(jié)合的地區(qū)，井灌井排的任務(wù)是保證灌溉用水，控制地下水位，除澇防漬、并防止土壤次生鹽堿化。在這種情況下，井的間距一方面決定于單井出水量所能控制的灌溉面積，另一方面也決定于單井控制地下水位的要求。在利用豎井單純排水地區(qū)，井的間距則主要決定于控制地下水位的要求。

豎井在平面上一般多按等邊三角形或正方形布置。由單井的有效控制面積可求得單井有效控制半徑R和井距L。井渠應(yīng)結(jié)合灌溉渠系進(jìn)行布置 。2100433B

試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定水井的合理布局。在確定水井深度之后，可根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)井群排水量、工作制度和試區(qū)水文地質(zhì)條件及有光參數(shù)，選用相應(yīng)公式計(jì)算理論井距，根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件確定1～2個(gè)選用值，據(jù)此布設(shè)井群試驗(yàn)區(qū)，每一試驗(yàn)區(qū)內(nèi)井?dāng)?shù)不少于4個(gè)。通過淺層地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)可了解豎井排水系統(tǒng)對(duì)地下水調(diào)控的效果，觀測(cè)井可均勻布置在試區(qū)范圍內(nèi)，觀測(cè)內(nèi)容和要求與水平排水系統(tǒng)基本一致 。2100433B

隨著我國(guó)工程建設(shè)的進(jìn)一步展開和沿海地區(qū)圍海造地工程的不斷興起，深厚軟基問題日益突出。豎井排水固結(jié)法作為深厚軟基的一種常見處治方法，在理論研究和工程實(shí)踐方面均已取得大量成果。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有豎井地基固結(jié)理論假設(shè)豎井井阻均一且恒定，未能合理反映排水板通水量隨地基深度變化的空間屬性和隨固結(jié)時(shí)間變化的時(shí)間屬性，導(dǎo)致該法設(shè)計(jì)預(yù)期與實(shí)際處治效果存在偏差的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。本項(xiàng)目擬在搜集整理現(xiàn)有相關(guān)研究資料基礎(chǔ)上，首先開展不同尺寸的豎井地基模型試驗(yàn)和排水板通水量聯(lián)合測(cè)試試驗(yàn)，獲得與實(shí)際情況相吻合的排水板通水量特性，并據(jù)此提出隨地基深度和固結(jié)時(shí)間變化的變井阻效應(yīng)數(shù)學(xué)模型；然后，系統(tǒng)深入地開展考慮荷載分級(jí)施加和豎井未穿透軟土層等情況下的考慮變井阻效應(yīng)的豎井地基固結(jié)理論研究；在此基礎(chǔ)上，提出一整套基于變井阻固結(jié)理論的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，從而使深厚軟基條件下的豎井排水固結(jié)法設(shè)計(jì)計(jì)算方法更貼近于實(shí)際情況。 2100433B