地下灌溉（精选四篇）
地下灌溉 篇1
负压计的布置方式是应用负压计拟定灌溉计划的关键,许多学者对此作了大量研究。对于大田 滴灌大部 分研究者[4,5,6]将负压计放在15~45cm深度处。康跃虎等[7,8,9,10]提出将负压计埋设滴头下方20cm处,控制滴头正下方20cm深度处土壤基质势的灌溉计划制定方法。并且该方法对于番茄、黄瓜、马铃薯和萝卜等大部分经济作物均适用。
地下滴灌又不同于 滴灌,地下滴灌 是将灌水 器埋设在 地下,通过灌水器将灌溉水直接输送至植物根区的土壤中,供植物根系吸收的一种灌水方法[11]。由于地下滴灌条件下水分在土壤中的运移不同于滴灌,再用滴灌的监测方法对地下滴灌拟定灌溉计划已经不合适了。因此在应用地下滴灌时,如何用局部土壤的水分状况反映土壤对作物的整体供水能力是一个需要研究解决的问 题。本文以番 茄为例对 此进行了 田间试验 研究。
1材料与方法
1.1试验区概况
试验于2011年在中国科学院地理科学与资源研究所通州农田水循环与现代节水灌溉试验基地展开。试验基地位于北京市通州区 永乐店镇,北纬39°36′,东经116°48′,海拔20 m。 属暖温带半湿润大陆性季风气候,多年平均气温11~12 ℃,多年平均降水量为620mm,主要集中在6-8月份,年日照时数2 600~2 700h,全年无霜期186d左右。试验区土壤质地主要为粉砂壤土,耕作层平均土壤容重约为1.35g/cm3,土壤有机质含量为1.3%。灌溉采用地下淡水,矿化度约为1g/L。
1.2农艺措施
试验共设有5个毛管埋设深度,分别为:10cm(D1)、20cm (D2)、30cm(D3)、40cm(D4)、50cm(D5),每个处理3次重复, 试验小区面积为4.4m×4.2m,采用完全随机布置。试验种植番茄(L-402),每小区3垄,垄长4.4m,垄肩宽60cm,垄高15cm,两垄中心距140cm,每垄上种植2行番茄,株距30cm, 行距30cm。番茄于4月29日采用起垄移苗。
1.3灌溉与施肥
每个小区为一个支管单元,在支管单元入口暗装有闸阀, 压力表和水表,在每垄埋 设一条毛 管 (绿源),毛管壁厚0.6 mm,滴头间距20cm。试验采用重力滴灌,其实际工作压力在1.2~1.7m水头之间,滴头流量平均为0.9L/h。根据以往番茄滴灌的研究成果[9,11,12]每个处理埋设一套表头负压计监测土壤水分,并控制滴头横向距离0cm附近20cm深处土壤基质降低到-20kPa时打开阀门进行灌溉,每次灌水5mm。
每个小区施肥0.56kg磷酸二铵复合肥作为底肥,移苗后施肥采用水肥一体化,配制浓度30%的尿素溶液加入灌溉水中进行施肥 灌溉,灌水频率 最高的处 理每次加 入尿素溶 液50 mL,灌水次数少的处理,施肥量按灌水频率最高处理施肥累计量施加,以保证所有处理施肥量一致。
1.4土壤水分监测方法
每个处理埋设一套水银负压计监测土壤水分,具体埋设位置见图1。番茄移栽开始灌水后每天早上8∶00和下午14∶00定时记录负压计读数。
2结果与分析
2.1番茄生育期内的降水量及不同处理的灌水量
番茄生育期内总降水量为143.6mm,D1 、D2 、D3、D4 、 D5的累积灌水量分别为85、85、95、135、190mm。灌水量由大到小一次为:D5>D4>D3>D2=D1。D5和D4处理番茄生育期的灌水量明显高于其余处理,尤其是D5处理,这是因为D4和D5处理的毛管埋设较深,当水从毛管流出之后,同时往上下两个方向运移,需要湿润更大的土壤范围水才能运移至根系层的监测点(滴头横向距离0cm附近20cm深处),因此累积灌水量较高。
2.2番茄根系分布
图3和图4分别为不同处理番茄根质量密度在垂直与距离植株横向分布状况。从图3中可以看到,不同处理的根质量密度在0~30cm深度内有明显差异,但是没有明显的规律性, 这也有可能是取样误差造成的。另外从图上还可以看到,番茄的根系可以生长 到100cm深度的土 层中 ,但是其根 系垂向主要集中在深度为0~50cm土壤层内,并且全部根重的74%以上集中在0~30cm的土层内。从图3可以看到,番茄根系主要集中在距离植株横向距离40cm以内的土层中,距离植株越远,土层内的根质量密度越小,并且全部根重的79%以上集中在距离植株横向距离0~20cm的土层内。
2.3土壤的水分变化情况
图5~图9为D1 、D2 、D3、D4及D5五个处理不同土壤深度处距离滴头横向距离0~70cm内的土壤基质势变化。从图中可以看到,整个生育期内土壤基质势呈锯齿形分布,0~50 cm土壤基质势的数值明显受到控制基质势的影响。
随着土壤深度的增加,距离植株横向距离的不同的土壤基质势越来越接近。当埋设毛 管的埋深 为10、20cm时,0~30 cm的土壤深度内距离植株横向距离0、17.5cm的土壤基质势变化幅度明显高于其他,当土壤深度大于30cm以后,距离植株横向距离不同的土壤基质势变化趋势基本相同。当毛管埋深大于30cm时,距离植株横向距离不同的土壤基质势变化趋势基本相同。
在同一毛管埋深,不同深度的土壤中,随着土壤深度的增加,土壤基质势的变化剧烈程度越来越小。在0~50cm内土壤基质势的变化规律一致,随着毛管埋设深度的增加,下层土壤基质势的变化剧烈程度也随之减小,并且20cm处的土壤基质势与0~50cm土层内的平均土壤基质势基本相同。
通过分析距离滴头横向距离0~70cm、深度为0~90cm以内土壤基质势的变 化规律可 以发现,滴头横向 距离0~70 cm、深度为0~50cm土壤范围内的基质势明显受到设定基质势的影响。滴头横向距离0cm附近、20cm深度处的土壤基质势可以反映距离滴头横向距离0~70cm、深度为0~50cm土层内土壤的平均基质势。
3结论
番茄地下滴灌的根系主 要集中距 离植株横 向距离0~20cm、深度为0~50cm的土壤范围内。对不同毛管埋设深度的处理中土壤基质势监测的结果表明,地下滴灌滴头横向距离0 ~70cm、深度为0~50cm土壤范围内的基质势明显受到设定基质势的影响。因此根据地下滴灌条件下番茄根系的分布特点与土壤基质势变化特征,可以认为:对于采用单垄双行种植的垄作番茄,如果行距不超过30cm,可以将毛管埋设在两行番茄中间,只要在滴头横向距离0cm附近、20cm深度处埋设一只负压计就可以 监测番茄 根系层土 壤水分状 况,制定灌溉 计划。
地下灌溉 篇2
鲁西平原区灌溉入渗及地下水可开采量分析
依据山东省临清市胡里庄试验区水均衡观测资料,针对鲁西平原区水资源调查工作中的灌溉用水量、地下水可开采量以及灌溉入渗补给和年降水入河补给系数做了分析研究,提出了相应的.成果,并进行了水均衡检验,成果对于同类地区的水资源评价、规划工作具有借鉴意义.
作 者：杨金波 辛红兰 YANG Jin-bo XIN Hong-lan 作者单位：山东省聊城水文水资源勘测局,山东,聊城,25刊 名：地下水英文刊名：UNDERGROUND WATER年，卷(期)：31(6)分类号：P641.8关键词：地下水 灌溉入渗 可开采量
地下灌溉 篇3
关键词：水资源；地下水；超采；影响；对策
中图分类号：P641.8 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）03-0049-03
地下水过量开采，导致水位持续下降等一系列生态环境问题出现。在排水缺乏条件下，灌区内部长期使用含盐的地下水进行灌溉，使得地下水矿化度增加，土壤盐渍化加剧，灌区边缘天然植被退化，沙丘向灌区推进。因此，必须采取有效措施，严格控制地下水超采，保护生态环境。
1 灌区地下水超采判别方法
判别流域或地区地下水是否超采常用的办法有：1） 根据流域或地区地下水动态观测资料，判断地下水是否超采和地下水的超采量；2） 根据地下水可开采量和地下水的开采系数，判别地下水是否超采；3） 根据水资源开发利用率、耗用率和地下水开采量与地表水供水量比，判断地下水是否超采；4） 根据灌区地下水与地表水供水比和地下水可采资源量与地下水补给量的比值，在已知地下水补给量的情况下可以确定地下水可采量。
2 地下水超采对农业灌溉环境的影响
2.1 地下水位下降，形成地下水漏斗和地面沉降
我国北方地区由于地下水的超采，使得地下水位大幅度下降，形成地下水位下降漏斗。新疆天山北坡奇台县的地下水超采严重，超采区面积为1 198 km2；米泉县超采区面积为140 km2。奇台县年平均地下水位埋深已达到20.16 m；阜康县三工河冲洪积扇地区地下水位持续下降，地下水埋深由1978年的26.00 m变化为2000年的38.00 m；五家渠灌区103团平均埋深由1981年的4.98 m变化为1995年的10.42 m。新疆东疆哈密的超采区面积约1 000 km2；吐鲁番超采区面积为600 km2，与20世纪80年代相比地下水位下降了20.00～30.00 m。
2.2 提水费用增加，含水层枯竭
地下水超采导致地下水位下降和地面沉降，对农田灌溉产生了严重影响。由于地下水位持续下降，水井提水扬程加大，出水量减小，使得水井运行费用大幅度增加，提水成本成倍增长。新疆天山北坡一些灌区，20世纪70年代时水井可以自流，由于地下水位下降，80年代井深达到100 m，90年代达到120～130 m，目前已达到200 m。吐鲁番盆地80年代井深只有20～30 m，采用离心泵抽水；现在井深达到120～150 m，甚至200 m，潜水泵要下到80 m才能抽水。
2.3 天然植被衰退，生态环境恶化
地下水位下降，使得土壤含水率降低，造成土地沙化。西北地区气候干旱，降水稀少，蒸发强烈，非耕地的天然植被主要靠地下水的补给存活。地下水超采造成地下水位下降，导致天然植被衰退，生态环境恶化。
2.4 地下水矿化度增加，土壤盐渍化加剧
由于大量开采地下水，水位下降，形成地下水位降落漏斗，周围地下水向灌区补给，这样不仅灌溉用的地表水带来的盐分无法外排，逐步向深层入渗，灌区周围侧向补给的地下水中的盐分也在灌区聚集。在长期大量利用地下水灌溉，又缺乏排水措施的情况下，水分腾发散失后，盐分大部分留在土壤中，使土壤含盐量和地下水的矿化度逐步增加，造成土壤盐渍化的面积增大，致使土壤耕作层盐分积累，导致土壤盐渍化和农作物减产。
3 解决地下水超采问题的对策
3.1 加强地下水、地表水统管
在河流流域范围内，不论是地表水还是地下水，其分布和开采条件都是上游优于下游。河流上游地区耕地面积较少，水量比较充足，具有良好的地下水含水层，水质相对较好；而下游地区含水层颗粒较细，单井出水量小，且水质较差，有的地区地下水矿化度高，不宜用于灌溉。由于上游地区和灌区的上部具有引用地面水的优越条件，且地面水的水价远低于开采地下水，因此往往大量引用地面水，造成上游地表水浪费，而下游地表水资源紧缺、地下水严重超采。我国北方的甘肃河西走廊、新疆天山北坡和东疆各河流域，特别是下游地区，均普遍存在地下水超采、生态环境恶化的情况。造成地下水超采的根本原因在于地表水和地下水缺乏统一规划和统一管理。特别是农用地下水的开采基本处于无管理的状态，虽然打井需要得到水利部门的许可，但开采的水量无任何限制。因此，亟需在各河流域对地表水、地下水资源施行统一规划、统一管理、统一调配，严格控制地下水的超采，从根本上解决我国北方地区的缺水问题。
合理利用水资源，控制地下水超采，需要从全流域着手。因此，必须建立有权威性的流域机构，根据流域水资源承载能力与当前水资源开发利用情况，针对灌区存在的问题，制定流域长远水资源开发利用规划，兼顾社会经济发展和生态环境保护，对上下游、各用水部门、各行业合理分配水权，对地表水地下水资源进行统一规划、统一管理、统一调配。同时，为了实现全流域和全灌区地表水、地下水联合运用、统一管理，必须制定相应的水价政策，实行地表水、地下水统一水价。在流域水资源承载能力的基础上，根据用水已超过水资源承载能力的现实，确定工农业发展规模和上下游灌区的适宜灌溉面积，切实调整优化农业结构，减少农业用水量。
3.2 建立和完善地下水盐动态监测系统
地下水动态监测是正确评价地下水资源的基础资料，也是及时发现和掌握地下水超采情况，采取控制超采措施，避免超采对生产造成损失的基本依据。为此，在灌区建立并完善地下水盐动态监测系统具有重要意义。灌区应在总结以往水资源评价经验的基础上，结合地表水规划，对地下水可采资源重新进行评价，并对地下水开发利用进行规划。
3.3 提高水资源利用效率
采用水利与农艺措施相结合、工程措施与非工程措施相结合的综合节水措施体系，提高水分生产效率，是解决地区水资源紧缺、地下水超采的根本途径。田间非工程节水措施可以显著减少无效蒸发量和提高水的生产效率，具有重要的节水增产作用，可以直接减少农作物对水量的消耗量。田间水管理措施（节水灌溉制度）和农业措施所产生的净节水量是实际节省的水资源量，在渠系水有效利用系数为0.5的情况下，田间节水1 m3，则可自渠首少引水2 m3，因此，田间节水比渠系节水可以发挥更大的作用。旱作地区采取优化灌溉制度，把有限的灌溉水量在作物生育期内进行优化分配，在各生长阶段控制对作物的水分供应，加大土壤的调蓄能力，具有显著的节水效果。旱作地区优化灌溉制度一般可以节水30%～40%。在现有的地面灌水技术条件下，有些灌区田间工程不配套，土地不平整，畦田的面积较大，灌水不均匀，一次灌水定额为80～100 m3/667 m2；若采取土地平整，沟畦灌溉，可将灌水定额降低至50～60 m3/667 m2，节水效果非常显著。
3.4 保持灌区盐分平衡
灌溉水中都含有一定盐分，且地下水的矿化度一般高于地表水，采用井渠结合灌溉时，必须要有一定的地下水排出区外，以保持耕层和灌区盐分平衡。特别是长期利用高矿化度的地下水进行灌溉，已造成土壤盐碱化的地下水超采区，必须减少地下水的灌水量，增加地表淡水的灌水量，以淋洗土壤中的盐分，并通过水井或水平排水系统，将多余的盐分随地下水排出区外，防止地下水矿化度继续增加，保证灌区土壤逐步脱盐。
3.5 合理布局开发灌区地下水
北方平原和盆地灌区大量资料表明，地下水的补给主要来自降雨和灌溉水的入渗，垂直补给占总补给量的80%～90%。由于地下水地补给量是比较均匀地分布于整个灌区的，灌区的地下水开采也应采取就地补给、就地开采的布井方式。除了冲洪、积扇潜水溢出带和侧向补给量较大的地区在较小范围内可采用水源地方式集中开采地下水外，一般在灌区内不适于采取集中开采的方式，更不宜在城市集中开采地下水以解决城市全部的工业和生活用水问题。目前在一些灌区水资源开发利用规划中，将灌区内由于灌溉和降雨补给而获得的地下水量与地表水一起分配给工业用水和生活用水，这种做法将会带来严重的后果，因为地下含水层中的地下水与地表水不同，是不能任意从一个地区向另外一个地区转移的。
地下灌溉 篇4
黄河中下游平原地区是我国重要的粮食产区,该地区河流污染严重、水质恶化,因过度利用导致常年干涸断流;黄河是过境河流,时间和水量分配均不能满足农业灌溉的需要,严重影响该地区的工农业生产及生态环境。为合理利用水资源和缓解下游灌区用水紧缺,20世纪60年代以来修建了一大批调蓄性能较好,服务农、林业生产种植的平原灌溉水库[1]。但也给区域地下水环境造成不利影响,如:地下水位上升、地下水位下降和地下水污染等[2,3,4]。该类水库运行中地下水位变幅较大、频率较高、库区地下水位升高、土壤矿化度加大。因此,库周土地盐渍化问题较为突出,严重影响附近居民的生产生活、生态环境。
区域地下水环境平衡状态的形成需要较长时期,一旦遭到破坏,很难通过自身恢复。目前库区地下水环境问题的研究主要是围绕其危害本身进行,治理措施的选择主要考虑如何减轻危害,甚少考虑治理措施对原地下水环境平衡状态的影响。为此,本文以濮阳水库为例,评价水库修建对库区地下水环境影响,从维持原地下水环境平衡状态的角度出发,选取最优治理措施;开展了防渗墙设计参数中敏感性分析,为库区渗控措施的设计提供理论依据,供今后类似工程借鉴。
1 濮阳水库地下水环境分析方法及标准
1.1 濮阳水库简况
濮阳水库是为改善灌溉用水和城市生态用水而人工开挖的平原水库。正常蓄水位51.50 m,平均水深5.04 m,最大水深6.50 m。库区位于黄卫冲积平原,地势平坦开阔,西部略高,东部稍低,局部残留沙丘,地面高程51.00～52.00 m。
库区地层为粘沙多层结构,沙性土为主,上细下粗沉积,赋存潜水和承压水,地下水埋深22.00～24.00 m。地下水主要接受大气降水、侧向径流和灌溉入渗补给,消耗于地下水侧向径流排泄和人工开采。各地层渗透系数见表1。
1.2 库区地下水环境分析方法
1.2.1 三维地下水数值模型
地下水环境影响分析常采用解析法和数值模拟法。解析法常用:卡明斯基公式和起始水力坡度法[3,4]。该水库环库岸线呈龙形、轮廓变化复杂、坝基覆盖层厚度变化较大,水库与地下水存在水平和垂直方向水量交换,水库渗流问题为三维空间问题;库水位较库周天然地下水位高20多m,存在大面积区域地下水运动。因此,采用水平面的二维渗流模型模拟有一定困难,需采用三维空间渗流数学模型,模型见式(1)～式(3)[5,6],利用有线元三维计算程序进行求解。
水头边界:
流量边界:
式中:h为水头函数,h=h(x,y,z);kx 、ky 、kz分别为以x、y、z轴为主轴向渗透系数;Ω为模型区域;Γ为模型区域的边界面,Γ=Γ1+Γ2+Γ3:Г1为第一类边界,已知水头边界,Г2为已知流量边界,Г3为自由面边界,Г2和Г3均属第二类边界条件。
相对不透水边界上q=0,在潜流边界
1.2.2 库区模型概化
建模时考虑较大模拟范围,取5倍地下水影响半径长度:上部边界为自然地面,模型底部高程据防渗墙等倍墙高设定;南北向长为16 km;东西向长20 km。模型各边界均为自然地下水位定水头边界:根据水文地质观测资料,主库区周边平均地下水位29.4 m,西南低,东北高,计算中采用天然地下水位。东西部取为隔水边界。
1.3 库区地下水环境分析标准
①浸没标准:由地质勘探和调查确定,壤土和砂糖土的临界地下水位埋深为2.5 m。②渗漏量控制标准:下伏中强透水性,层间水力联系密切、相对隔水层较深,库周地下水位埋深较深,满足灌溉和城市用水及库周生态用水需求的允许最大渗漏量:260万m3/a。③地下水位变幅控制标准:严格控制蓄水后地下水位抬升,最大库周地下水位变幅10 m。
2 濮阳水库地下水环境问题
库岸不防渗时三维地下水渗流数值模拟结果见表2。水库蓄水运行期主要的地下水环境问题有:①库区砂基透水性强,隔水层较深,运行后渗漏量大,约占库容的1/2,难以保证水库正常蓄水运行。②漏水量大,造成库周的地下水位抬高较多,严重破坏了原有地下水环境平衡状态,库区局部范围浸没,尤其在水库两湖之间影响范围较大,而库区整体地下水位埋深较大,浸没问题并不突出。③库区地下水环境因持续取水不断恶化,需适当的渗漏补给来改善地下水环境。因此需采取渗控措施减少向周边的渗漏量,并保证库周生态用水。
3 濮阳水库地下水环境问题治理措施比较分析
3.1 库区防渗原则
水库浸没问题并不突出,主要地下水环境问题为严重渗漏。结合库区地下水环境控制标准,库区防渗设计应统筹考虑库区生态用水和浸没治理,坚持“上堵下排”和“适度防渗、生态防渗”的原则[4,7,8],通过控制水库渗漏量达到控制库周地下水埋深,解决库区浸没问题。
在渗流稳定前提下,为维持原地下水自然交换规律和各种用水需求,库区防渗处理常采用增加渗径方法,如水平铺盖和垂直防渗墙[3,6]。
3.2 水平铺盖方案渗流场计算分析
库底水平壤土铺盖厚度0.5 m,渗透系数1×10-5 cm/s,采用三维数值模拟得到库区渗漏量为320万m3/a,库区地下水位见图1。铺盖方案满足库底渗漏量要求,能有效控制地下水位。缺点:铺土量大,库区土料供量不足,取料难度大;易裂缝,出现裂缝后渗漏量不满足控制标准,周边地下水位升高;要经常维护,且不利于库底清淤,可能引发库水富营养化问题,导致水质不满足生态用水要求。因此,从防渗效果、运行维护方面看,铺盖方案不是最佳方案,建议采用库周垂直防渗措施。
3.3 垂直防渗墙方案渗流场计算分析
主库区库岸布设防渗墙,弯曲地段取直,采用水平壤土铺盖防渗,壤土铺盖与垂直防渗墙紧密相连,共同组成一个防渗体。主库区截渗墙全长12 km,墙顶高程51.50 m,深度最大25 m。
3.3.1 防渗墙方案渗流场分析
防渗墙方案:厚度40 cm,渗透系数1×10-6cm/s,墙体深入第6层壤土层(相对隔水层)1 m。正常运行工况下库周总渗漏量151万m3/a,地下水位分布见图2。防渗墙能有效控制水库的渗漏量,保证地下水的适当交换,达到地下水环境控制标准。
针对库底相对隔水层壤土渗透系数为5×10-5cm/s的工况进行对比计算知:相对隔水层渗透系数对库区地下水渗流场具有一定影响,但渗流场主要影响因素为防渗墙的渗透性和厚度。
3.3.2 防渗墙比较方案渗流场分析
3.3.2.1 防渗墙敏感性分析
分别进行了防渗墙厚度为22、30和40 cm,渗透系数为1×10-7、1×10-6,5×10-6cm/s和1×10-5cm/s的12种垂直截断式防渗墙模拟计算,库周总渗漏量和三维渗流场的变化数值模拟结果见图3和图4。
由图3和图4知:①库周地下水位最大抬高值和总渗漏量随防渗墙渗透系数减小或厚度增加而减小,封闭防渗墙起到较好的防渗作用,可延长渗径、减小地下水位抬升。②防渗墙渗透系数对库周地下水位和总渗漏量的影响较墙体厚度明显,控制库周地下水位和总渗漏量效果更佳;因此防渗设计应优先考虑渗透性能,再考虑几何尺寸。③适当调整防渗墙的渗透性和厚度,能有效控制水库的渗漏量,保证地下水的适当交换:防渗墙厚度达到30 cm以上,且渗透系数不大于1×10-6cm/s即能满足地下水环境标准。
3.3.2.2 防渗墙局部缺陷渗流场分析
(1)悬挂式防渗墙。悬挂式防渗墙可有效防治渗透破坏的继续发展[10,11],保证水库与库周地下水之间的交流,有利于库周生态环境的改善[9,11];防渗墙贯入深度对工程投资及工期均有一定影响。对防渗墙不同贯入深度进行三维数值模拟,得到满足防渗要求及工程成本和进度控制要求的防渗墙最优贯入度。模型中防渗墙厚度0.4 m,渗透系数1×10-6cm/s,贯入度分别取50%,80%,85%,90%,95%和100%,模拟结果如图5。
由图5知:①库区总渗漏量和库岸后500 m范围内最高地下水位均随墙体贯入度的增加逐渐减小:与不防渗相比,防渗墙贯入度达50%时,总库区渗漏量明显减小,大于95%时,渗漏量显著降低;而90%时,库周500 m范围内最高地下水位随贯入度的增加变化不明显。②悬挂式防渗墙工况的渗漏量与允许最小的渗透流量相比较大,仅当防渗墙贯入度100%时,库周总渗漏量才满足渗漏量控制标准。③截断式防渗墙深入地基相对不透水层,该层依然有一定渗透性,能保证库内外地下水流交换,满足库周生态用水需求。综合库区渗漏量和地下水位变化,悬挂式防渗墙能起到防渗作用,但须达到较大的贯入度时才能发挥功效,建议采用截断式防渗墙措施。
(2)防渗墙局部缺陷敏感性分析。防渗墙实际施工中可能会因施工质量欠缺导致下部出现开叉而影响整体防渗效果。模拟库周中部防渗墙段出现长150 m、底部10 cm开叉缺失情况,相应防渗墙厚度为0.4 m,渗透系数1×10-6cm/s。模拟结果见图6所示,总渗漏量较不开叉的151.06万m3/a增加为165.29万m3/a,增加约9%,但仍满足水库渗漏量控制标准;对比图2和图6知,防渗墙缺失处附近地下水位明显增加,尚不至于造成墙后的水位的大幅度提高。因此,考虑防渗墙施工质量问题,全截式防渗墙仍能满足库区各项地下水环境的控制标准要求。
3.3.3 库区地下水环境治理措施选择
模拟结果表明,蓄水后周边地下水位均具有不同升高;而实际地层中,黏土层部分地方有缺失,上下透水层联通,蓄水后地下水传递较快,防渗墙有一定阻渗作用,但地下水位回升仍然较大,总体尚不产生渗流破坏和浸没影响,具有改善水库蓄水后库区地下水环境作用。
该水库浸没影响范围较小,影响程度较轻,库周增高规划实施后,浸没问题得到解决;水库蓄水库区原有地下水环境平衡状态维持和渗漏控制是关键问题。计算结果表明:防渗墙厚度达30 cm以上,渗透系数小于1×10-6cm/s即能满足水库改善库区生态用水需求。考虑防渗墙施工工艺及安全经济的要求,防渗墙厚度为40 cm,渗透系数为1×10-6cm/s的截断式垂直防渗墙为最优水库防渗方案。
4 结 语
复杂地层、厚透水层和大地下水埋深的平原灌溉水库地下水环境问题主要为库区渗漏问题,应通过库区渗漏防治来控制浸没。从施工条件及渗控效果考虑,垂直防渗墙较为可行:①可有效控制库周地下水位回升和水库渗漏,减少浸没影响,满足灌溉和城市用水需求。②可通过调整渗透系数和几何尺寸有效保证适当地下水交换,改善库周地下水环境。③可有效控制库岸后地下水位变幅,维持库区地下水环境平衡状态。④可将透水层作为天然地下水库,增加水库库容。⑤渗透性较几何尺寸更加敏感,防渗设计中应优先考虑墙体渗透性。
平原水库地质分布和防渗要求不尽相同,应针对库区实际情况、防渗条件和客观要求等因地制宜选择安全经济的防渗措施。必要时可适当布设减压措施,以保证水库安全。
摘要：针对引黄灌溉水库库区地下水环境问题,以濮阳水库为例,从水库改善库区生态用水,及对库区地下水环境影响程度角度出发,利用三维地下水渗流数值模型,对水库无防渗、铺盖和垂直防渗墙3种不同工况及防渗墙敏感性进行模拟,根据水库渗漏量及库岸后地下水位的变化,选取最优的治理措施。结果表明:对于透水层较厚,地下水埋深较大的灌溉水库,全截式垂直防渗墙可以有效控制库区渗漏量及维持原地下水环境状态,改善库区生态用水条件。
关键词：灌溉水库,地下水环境,垂直防渗墙,敏感性分析
参考文献
[1]刘金山,韩立光,杜永春,等.引黄灌溉对区域生态环境的影响及对策分析[J].水利科技与经济,2011,17(9):63-64.
[2]王蓓,刘玉甫,曹伟.希尼尔水库周边地下水位变化及其影响因素[J].人民黄河,2010,32(2):66-67.
[3]鲍立新,佟胤铮.阎王鼻子水库浸没问题的分析与评价[J].东北水利水电,2002,21(3):37-39,56.
[4]余际可,黄辉.平原型水库浸没治理措施探讨[J].湖南水利水电,2008,(5):64-66.
[5]毛昶熙,段祥宝,李祖贻.渗流数值计算与程序应用[M].南京:河海大学出版社,1999:162-192.
[6]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京:中国水利水电出版社,2003:323-334,392,518-522.
[7]章国珍,孔俐丽,詹美礼.峡江水利枢纽同江防护区浸没范围分析与预测[J].人民长江,2011,42(10):52-54.
[8]远艳鑫,段祥宝,谢罗峰,等.水库蓄水库区岗地浸没判别方法及浸没影响评价[J].水电能源科学,2012,30(11):126-130.
[9]王殿武,于本洋.平原水库工程技术研究与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2004:1-5,139-161.
[10]毛昶熙.堤防工程手册[M].北京:中国水利水电出版社,2003:442-444.