平原漏斗区高效生态的含水层补给技术研究

摘要

针对中国黄泛平原井灌地区地下水超采引起的大面积地下水漏斗问题，项目区选择山东省临清市，结合当地浅层岩层具有良好渗透性的水文地质特点和农田沟渠可引地表客水条件，综合桓台县古老的洞井形式与现代材料、过滤技术，新提出了明沟-地下滤水管-竖井高效生态的地下水回灌系统，利用车庄沟稳定且水质较好的引黄、引卫水量及汛期的多余雨洪水提供水源，引水期间在沟渠渗漏和灌溉回归水补给地下水的基础上，进一步通过地下滤水管渗漏可以增加地下水补给量和扩大地下水补给范围。系统采用前置过滤装置、暗管坡度及竖井技术来防治悬浮物物理堵塞，保证该回灌工程的寿命周期，该工程还具有无能耗、不占地、可回灌、可排水的优点。
　　通过实地调查、勘测、理论分析及计算，选取合理的设计参数，经方案比较，确定了工程形式和总体布局，并进行了效益评价，成果如下：
　　（1）通过物探、勘探、双环渗透试验等实地调查和野外试验结果以及水质测验和土工试验结果，并结合当地水文地质资料可知该区主要为粉砂土，渗透性大，不存在连续弱透水层，且具有稳定且水质较好的回灌水源。综合分析其地层、水质等条件都较适合回灌。
　　（2）借鉴澳大利亚含水层补给管理指南对该项目区进行初级评价，包括可行性评价和难度评价，并根据工程特点在难度评价上新增加包气带渗透性和施工技术两项难度指标，旨在总体上判断高效生态的含水层补给技术在该项目区是否可行。通过分析可知，该区为粉土，塑性小，开槽时容易产生坍塌，但通过优化施工方案降低该难度。总体上，此高效生态的含水层补给工程在该项目区可行。
　　（3）根据项目区条件，综合桓台县古老的洞井形式与现代材料、过滤技术，提出明沟-地下滤水管-竖井含水层补给技术工程形式。项目区位于引黄灌区下游，现有沟渠深度较大，灌排两用，在田间分布广。明沟不仅提供回灌水量，而且明沟的水位是驱动渗漏和过滤的动力，整个回灌系统不耗能；前置过滤装置过滤源水中部分泥沙，使水质较好的水进入到地下滤水管中，地下滤水管具有向远处渗漏、输水和输砂的功能；后置清淤井接纳沉积泥沙，并实现动水冲砂和反冲洗进行清淤。
　　（4）利用土壤水动力学、水力学和地下水动力学等相关理论，提出渗漏水力计算公式，并对该技术参数和方案进行设计，计算其回灌效果。回灌控制面积为100亩（约6.67hm2）。示范区中有三条回灌装置，每个回灌装置的参数为过滤池底面积为4m2；地下滤水管埋深为4m，管径为30cm，管长200m，管距为90m，管坡度为1/500，开孔率为25％，管材为双壁波纹管；竖井深度为10m。通过回灌效果分析结果可知，该工程在7天的引水过程中，增加了15498m3的地下水补给量，占地下水补给总量的18.6%，扩大了800m的补给范围，地下水位平均抬升2m。
　　（5）对该工程进行经济效益分析，结果表明该回灌系统在以经济作物种植结构为主的现状条件下，结合农田节水灌溉工程运用，国民经济和财务评价，益本比都大于1，具有明显的经济效益。另外该工程还可以补充地下水，修复由于地下水超采造成的地下水漏斗区，改善生态环境等，其生态效益和社会效益也较显著。
　　明沟-地下滤水管-竖井技术可行，效益显著。该工程将一定程度缓解山东省平原井渠灌区的灌溉需水矛盾，保障农业用水资源和维持生态环境健康发展，为山东省农业生产乃至社会经济发展提供了科学的技术支撑。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题来源与项目概况

1.2 研究目的与意义

1.3 含水层补给管理研究成果

1.4 研究思路与内容

第二章 区域及项目区概况

2.1 自然地理概况

2.2 区域水文地质与工程地质条件

2.3 项目区现有农田水利工程

2.4 本章小结

第三章 基于回灌补源的农田水利工程总体布局

3.1 项目区工程条件

3.2 工程总体布局

3.3 本章小结

第四章 平原漏斗区高效生态含水层补给工程设计

4.1 高效生态含水层补给工程形式设计

4.2 明沟-地下滤水管-竖井含水层补给系统水力参数设计

4.3 明沟-地下滤水管-竖井含水层补给系统防堵塞技术

4.4 地下滤水管及竖井的选择

4.5 本章小结

第五章 明沟-地下滤水管-竖井回灌工程效益分析

5.1 经济效益分析

5.2 生态效益分析

5.3 社会效益分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录