[科普中国]-竖井排水

竖井排水，是布设井群，抽汲地下水，以控制地下水位的工程技术措施。竖井排水可形成区域性大面积地下水位下降，从而防治灌溉土地次生盐碱化或排除高矿化度地下水，也可用于改造浅层咸水含水层。

技术功能降低地下水位，防止土壤返盐

在井灌井排或竖井排水过程中，由于水井自地下水含水层中吸取了一定的水量，在水井附近和井灌井排地区内地下水位将随水量的排出而不断降低。地下水位的降低值一般包括两部分：一部分是由于水井(或井群)长期抽水，地下水补给不及，消耗一部分地下水储量，在抽水区内外产生一个地下水位下降漏斗而形成的，称为静水位降。另一部分是由于地下水向水井汇集过程中发生水头损失而产生的。距抽水井愈近，其数值愈大，在水井附近达到最大值，此值一般在3～6m以上。在水井抽水过程中形成的总水位降为动水位降。

由于水井的排水作用，增加了地下水人工排泄。地下水位的显著降低，有效地增加了地下水埋深，减少了地下水的蒸发，因而可以起到防止土壤返盐的作用。

腾空地下库容用以除涝防渍

干旱季节，结合井灌抽取地下水，不仅可以防止土壤返盐，同时由于开发利用地下水，使汛前地下水位达到年内最低值，这样就可以腾空含水层中的土壤容积，供汛期存蓄入渗雨水之用。地下水位的降低，可以增加土壤蓄水能力和降雨的入渗速度。由于降雨时大量雨水渗入地下，因而可以防止田面积水形成淹涝和地下水位过高造成土壤过湿，达到除涝防渍的目的。同时，还可以增加地下水提供的灌溉水量。

促进土壤脱盐和地下水淡化

竖并排水在水井影响范围内形成较深的地下水位下降漏斗。地下水位的下降，可以增加田面的入渗速度，因而为土壤的脱盐创造了有利条件。在有灌溉水源的情况下，利用淡水压盐可以取得良好的效果。例如，根据青海省德令哈农场尕海分场冲洗排水试验资料，在竖井排水影响范围内，硫酸盐氯化物盐渍土经冲洗后，0～30cm土层脱盐率为81.5%～84.4%，0～100cm土层脱盐率为66.3%～77.5%。而无并排地区冲洗后0～30cm脱盐率为36.3%～40.9%，0～100cm脱盐率为25%～30%，约为竖井排水地区的。

在地下咸水地区，如有地面淡水补给或沟渠侧渗补给，则随着含盐地下水的不断排除，地下水将逐步淡化。试验表明，在抽排的咸水水量较大，能够保证地下水位下降一定深度，并有淡水及时补给的情况下，一般都可以取得较好的淡化效果。例如河北省水利专科学校在校办农场(面积85亩)进行抽咸换淡试验，利用真空井和锅锥井抽咸，利用灌水和雨水补淡。在1974年和1975两年中午均每亩共抽排咸水1368m，灌淡水1244m。由于抽咸补淡的水量均较大，地下水发生了显著淡化，咸水改造前表层(2m)地下水矿化度为3.8～9.9g/L，1975年已降至0.48～1.04g/L。

竖井排水除可形成较大降深，有效地控制地下水位外，还具有减少田间排水系统和土地平整的土方工程量、占地少和便于机耕等优点、但竖井排水需消耗能源。运行管理费用较高，且需要有适宜的水文地质条件，在地表土层渗透系数过小或下部承压水压力过高时，均难以达到预期的排水效果1。

设备特点水位竖井在运行中需要动力，如果排除的地下水是不能利用的高矿化度咸水，还必需修筑专门的输水沟道将咸水送至排水容泄区。竖井排水系统不需要修建大量的排水沟系和田间工程，占用耕地少，且能有效地较大幅度地调控地下水位。

井型排水竖井的井型多为管井，其结构形式与农田灌溉用水井基本相同。对于以排除地下咸水为主要目的的水井，其过滤管段（花管）必须严格控制在咸水含水层段内，其他部分的管段为实管。在施工时，要采取措施严格封闭咸水层段，以免咸水污染其他含水层。

布置措施布置 排水竖井的井深，视含水层（或透水性良好的土层）的厚度而定。若含水层较薄，竖井应穿透整个含水层，装设成完整井；若含水层较厚，则应穿透部分含水层，装设成非完整井。排水竖井的间距，应根据地下水位的控制要求、水文地质条件、成井工艺及提水设备等因素确定。在水文地质条件差异不大、排水要求基本相同的地方，排水井可均匀布设。水文地质条件复杂时，井距应通过现场试验确定。进行初步估算时，可用公式进行计算2。

应用领域适宜于具有较好透水性土层的排水地区采用。如果排水地区土层透水性差，单井出水量低，是否采用这种排水形式要通过技术经济比较才能确定。

在同时受旱、涝、碱威胁的地区，如果浅层地下水质符合灌溉要求，则排水井网抽出的地下水可同时（或部分）供灌溉之用（常称之为井灌井排），一方面解决了农田用水，同时又腾空地下库容，在雨季时承纳降雨，减少地面径流，减轻洪、涝、渍的威胁。

在受次生盐碱化威胁的轻砂壤质土地区，开挖排水明沟难以保持断面稳定，排水深度往往达不到设计要求，防治土地次生盐碱化的作用不明显，采取竖井排水能较好地解决这一问题。美国、苏联、巴基斯坦以及中国的一些灌区，实行井灌井排后，灌溉土地次生盐碱化基本上得到控制。

在地下水矿化度过高的滨海地区，为了改良盐碱土和对咸水含水层进行改造，可采用竖井排水系统将高矿化度地下水抽出，腾空含水层，承纳天然降雨。条件许可时，采用人工回灌方法引灌淡水，逐步将含水层改造为可供开采的淡水含水层2。

规划布置合理的井深和井型结构

为了使水井起到灌溉、除涝、防渍、改碱、防止土壤次生盐碱化和淡化地下水的作用，每个水井必须有较大的出水量。为了增加降雨和灌水的入渗量，提高压盐的效率，并在表层形成一定的地下水库，在保证水井能自含水层中抽出较多水量的同时，还应使潜水位有较大的降深。为此，在水井规划设计中必须根据各地不同的水文地质条件，选取合理的井深和井型结构。

1) 在浅层有较好的砂层或虽无良好的砂层，但土壤透水性较好(例如裂隙粘土等)的情况下可以打浅机井或真空井，井管自上而下全部采用滤水管，在这种情况下，一般可以保证有一定的出水量和潜水位降深。

2) 砂层埋深在地表以下一定深度，但砂层无明显的隔水层时，为了使单井保持一定的出水量，水井可打至含水砂层，抽水时虽然出水量的一部分来自下部砂层，但由于上部土层无明显的隔水作用，大面积抽水时潜水位也可随之下降，因此，可以保证形成一定的潜水位降深和浅层地下库容，有利于承受上部来水、促进土壤脱盐和地下水的淡化。

3) 上部土层透水性较差，且在相当深度内又无良好砂层时，为了保证水井有较大的出水量和地下水位有较大的降深，必须选取适当的井型结构，如大口井、大骨料井、辐射井、梅花井(群井点)和卧管井等。

水井的规划布置

担负排水任务的水井，其规划布局应视地区自然特点、水利条件和水井的任务而定。在有地面水灌溉水源并实行井渠结合的地区，井灌井排的任务是保证灌溉用水，控制地下水位，除涝防渍、并防止土壤次生盐碱化。在这种情况下，井的间距一方面决定于单井出水量所能控制的灌溉面积，另一方面也决定于单井控制地下水位的要求。在利用竖井单纯排水地区，井的间距则主要决定于控制地下水位的要求。

竖井在平面上一般多按等边三角形或正方形布置。由单井的有效控制面积可求得单井有效控制半径R和井距L。井渠应结合灌溉渠系进行布置3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学