豎井排水

豎井排水，是布設井群，抽汲地下水，以控制地下水位的工程技術措施。豎井排水可形成區域性大面積地下水位下降，從而防治灌溉土地次生鹽鹼化或排除高礦化度地下水，也可用於改造淺層鹹水含水層。

基本介紹

• 中文名：豎井排水
• 外文名：Shaft drainage
• 分類：行業技術
• 學科：水利工程
• 領域：工程技術

技術功能

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，由於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內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：一部分是由於水井(或井群)長期抽水，地下水補給不及，消耗一部分地下水儲量，在抽水區內外產生一個地下水位下降漏斗而形成的，稱為靜水位降。另一部分是由於地下水向水井匯集過程中發生水頭損失而產生的。距抽水井愈近，其數值愈大，在水井附近達到最大值，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水位降。

由於水井的排水作用，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，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

乾旱季節，結合井灌抽取地下水，不僅可以防止土壤返鹽，同時由於開發利用地下水，使汛前地下水位達到年內最低值，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。由於降雨時大量雨水滲入地下，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，達到除澇防漬的目的。同時，還可以增加地下水提供的灌溉水量。

促進土壤脫鹽和地下水淡化

豎並排水在水井影響範圍內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，根據青海省德令哈農場尕海分場沖洗排水試驗資料，在豎井排水影響範圍內，硫酸鹽氯化物鹽漬土經沖洗後，0～30cm土層脫鹽率為81.5%～84.4%，0～100cm土層脫鹽率為66.3%～77.5%。而無並排地區沖洗後0～30cm脫鹽率為36.3%～40.9%，0～100cm脫鹽率為25%～30%，約為豎井排水地區的。

在地下鹹水地區，如有地面淡水補給或溝渠側滲補給，則隨著含鹽地下水的不斷排除，地下水將逐步淡化。試驗表明，在抽排的鹹水水量較大，能夠保證地下水位下降一定深度，並有淡水及時補給的情況下，一般都可以取得較好的淡化效果。例如河北省水利專科學校在校辦農場(面積85畝)進行抽鹹換淡試驗，利用真空井和鍋錐井抽鹹，利用灌水和雨水補淡。在1974年和1975兩年中午均每畝共抽排鹹水1368m，灌淡水1244m。由於抽鹹補淡的水量均較大，地下水發生了顯著淡化，鹹水改造前表層(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和土地平整的土方工程量、占地少和便於機耕等優點、但豎井排水需消耗能源。運行管理費用較高，且需要有適宜的水文地質條件，在地表土層滲透係數過小或下部承壓水壓力過高時，均難以達到預期的排水效果。

設備特點

水位

豎井在運行中需要動力，如果排除的地下水是不能利用的高礦化度鹹水，還必需修築專門的輸水溝道將鹹水送至排水容泄區。豎井排水系統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控地下水位。

井型

排水豎井的井型多為管井，其結構形式與農田灌溉用水井基本相同。對於以排除地下鹹水為主要目的的水井，其過濾管段（花管）必須嚴格控制在鹹水含水層段內，其他部分的管段為實管。在施工時，要採取措施嚴格封閉鹹水層段，以免鹹水污染其他含水層。

布置措施

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，豎井應穿透整個含水層，裝設成完整井；若含水層較厚，則應穿透部分含水層，裝設成非完整井。排水豎井的間距，應根據地下水位的控制要求、水文地質條件、成井工藝及提水設備等因素確定。在水文地質條件差異不大、排水要求基本相同的地方，排水井可均勻布設。水文地質條件複雜時，井距應通過現場試驗確定。進行初步估算時，可用公式進行計算。

套用領域

適宜於具有較好透水性土層的排水地區採用。如果排水地區土層透水性差，單井出水量低，是否採用這種排水形式要通過技術經濟比較才能確定。

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

在受次生鹽鹼化威脅的輕砂壤質土地區，開挖排水明溝難以保持斷面穩定，排水深度往往達不到設計要求，防治土地次生鹽鹼化的作用不明顯，採取豎井排水能較好地解決這一問題。美國、蘇聯、巴基斯坦以及中國的一些灌區，實行井灌井排後，灌溉土地次生鹽鹼化基本上得到控制。

在地下水礦化度過高的濱海地區，為了改良鹽鹼土和對鹹水含水層進行改造，可採用豎井排水系統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，採用人工回灌方法引灌淡水，逐步將含水層改造為可供開採的淡水含水層。

規劃布置

合理的井深和井型結構

為了使水井起到灌溉、除澇、防漬、改鹼、防止土壤次生鹽鹼化和淡化地下水的作用，每個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，並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，還應使潛水位有較大的降深。為此，在水井規劃設計中必須根據各地不同的水文地質條件，選取合理的井深和井型結構。

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井或真空井，井管自上而下全部採用濾水管，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，為了使單井保持一定的出水量，水井可打至含水砂層，抽水時雖然出水量的一部分來自下部砂層，但由於上部土層無明顯的隔水作用，大面積抽水時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，有利於承受上部來水、促進土壤脫鹽和地下水的淡化。

3) 上部土層透水性較差，且在相當深度內又無良好砂層時，為了保證水井有較大的出水量和地下水位有較大的降深，必須選取適當的井型結構，如大口井、大骨料井、輻射井、梅花井(群井點)和臥管井等。

水井的規劃布置

擔負排水任務的水井，其規劃布局應視地區自然特點、水利條件和水井的任務而定。在有地面水灌溉水源並實行井渠結合的地區，井灌井排的任務是保證灌溉用水，控制地下水位，除澇防漬、並防止土壤次生鹽鹼化。在這種情況下，井的間距一方面決定於單井出水量所能控制的灌溉面積，另一方面也決定於單井控制地下水位的要求。在利用豎井單純排水地區，井的間距則主要決定於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。井渠應結合灌溉渠系進行布置。