CN108589751A - 一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法 - Google Patents

一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法，排水装置包括在沟底水平展布的若干层横井单元，横井单元的层数及高程根据地下水位的浮动区间确定；横井单元连接用于实现虹吸作用的竖井单元，根据横井单元的布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定竖井单元的倾斜角度；竖井单元连接用于引流的排水单元。本发明的排水方法通过大范围降低黄土高原沟壑区溯源侵蚀沟头坡脚的地下水位，防止坡脚被地下水冲刷，有效遏制了溯源侵蚀造成的沟头前进，因此能够控制黄土塬面积急剧缩小。本发明通过将集水范围内的地下水快速排出，有效防治了沟头溯源侵蚀，装置结构简单，实施方便。

Description

一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法
技术领域
本发明属于地质灾害防控领域，涉及一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法。
背景技术
传统的斜坡排水方法采用斜孔钻机向沟头处倾斜施工，随钻孔跟进套管，然后安装带孔底储水管的透水管，该透水管为打孔的波纹管，在波纹管外织土工布，防止泥沙进入透水管内；孔口外保留一定长度的透水管，在该透水管内插入虹吸排水管，然后利用虹吸排水原理来降低潜在滑坡区的地下水位。虽然有排水点选择方便、使用可靠性好且维护简单等优点，但若应用在黄土地区，由于黄土渗透性弱，水敏性强，排水量则大打折扣，排水时仅能把近排水孔的土壤水排出。因此，目前该技术大多应用在降低山体滑坡类地下水位，尤其若应用在黄土高原地区时，此方法的排水量将严重受到环境限制，很难大范围推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置及方法，能够将集水范围内的地下水快速排出，有效防治沟头溯源侵蚀。
为了实现上述目的，本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，包括在沟底水平展布的若干层横井单元，横井单元的层数及高程根据地下水位的浮动区间确定；横井单元连接用于实现虹吸作用的竖井单元，根据横井单元的布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定竖井单元的倾斜角度；竖井单元连接用于引流的排水单元；所述的横井单元包括若干根水平排水管，水平排水管之间通过横井三通接头连接成二叉树辐射状的结构；所述的竖井单元包括倾斜排水管以及用于连接倾斜排水管与水平排水管的倾斜三通接头。
所述的水平排水管上开设有多个渗水孔，水平排水管的外壁上包裹有滤网。
所述倾斜排水管的倾角小于90°，倾斜排水管的两个端部之间高度差小于10m。
每根水平排水管的长度为6m，水平排水管与倾斜排水管的内径均为70mm。
所述的水平排水管周围填充有用于作为滤层的砾石。
所述的排水单元通过引流管将虹吸出的地下水在沟底硬化的渠道中汇集并排放至下游，或者建立沟头蓄水池，将虹吸出的地下水汇集在蓄水池中，然后泵吸至塬上进行使用。
本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水方法，包括以下步骤：
步骤一：通过横井三通接头将若干根水平排水管连接成二叉树辐射状的结构，确定沟头坡脚地区地下水位的浮动区间，根据地下水位的浮动区间确定横井单元的布置层数并确定横井单元相应的布置高程，根据横井单元布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定倾斜排水管的倾斜角度，对竖井单元进行安装；
步骤二：在水平排水管的外壁上包裹滤网，并在水平排水管的周围填充砾石作为滤层，根据等势面原理，在初始状态下，倾斜排水管中的水位与此平齐；
步骤三：将排水单元的引流管伸入倾斜排水管中，根据虹吸原理，当地下水位越过横井单元的布置平面后，由于倾斜排水管的两个端部的高度差小于虹吸排水的最大垂直高差，因此自动启动虹吸排水过程，将井中地下水排出；当井中水位下降后，产生水力坡度，使得黄土中含有的地下水将继续通过水平排水管的渗水孔进入，直到将此处地下水位降至与横井单元的水平面平齐；
步骤四：通过引流管将地下水在沟底硬化的渠道中汇集，并通过渠道排泄至下游；或建立沟头蓄水池，将排出的地下水汇集在蓄水池中，然后泵吸至塬上进行使用。
所述横井单元的布置层数及布置高程确定之后采取沟头填埋和坡改梯两种方式进行安装。
与现有技术相比，本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水装置解决了传统排水设施集水量小以及经常断流的问题。本发明横井单元采用二叉树辐射状的结构能够保持集水范围始终保持均匀，实现快速、有效的将地下水汇集，从而大面积降低地下水位，增大降落漏斗体积。通过该装置能够防治沟头溯源侵蚀，解决当前黄土高原地区塬面萎缩的严峻问题，从源头杜绝了地质灾害的发生。本发明的水平排水管之间连接成二叉树辐射状的结构，通过大范围降低黄土高原沟壑区溯源侵蚀沟头坡脚的地下水位，防止坡脚被地下水冲刷，有效遏制了溯源侵蚀造成的沟头前进，能够控制黄土塬面积急剧缩小，保护了塬上居民的生命及财产安全。
与现有技术相比，本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水方法实施简便，由于溯源侵蚀的主要原因是由于坡脚底部黄土受地下水浸润，水敏性很高，抗剪强度降低，不断经水流冲刷，向源头前进，上部则在水力和重力耦合作用下坍塌，如此周而复始导致沟头不断向塬内前进。本发明通过大范围降低黄土高原沟壑区溯源侵蚀沟头坡脚的地下水位，防止坡脚被地下水冲刷，有效遏制了溯源侵蚀造成的沟头前进，因此能够控制黄土塬面积急剧缩小。
进一步的，本发明横井单元的布置层数及布置高程确定之后采取沟头填埋和坡改梯两种方式进行安装，通过沟头填埋和坡改梯等传统固沟保塬措施进行双重沟头防护，更加可靠。
附图说明
图1本发明的整体结构示意图；
图2本发明横井单元的结构示意图；
图3本发明竖井单元与排水单元的结构示意图；
图4本发明倾斜三通接头的结构示意图；
图5本发明水平排水管与倾斜排水管的结构示意图；
附图中：1-横井单元；2-竖井单元；3-排水单元；11-水平排水管；12-横井三通接头；13-渗水孔；14-滤网；21-倾斜排水管；22-倾斜三通接头；31-引流管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水装置包括在沟底水平展布的若干层横井单元1，横井单元1的层数及高程根据地下水位的浮动区间确定；横井单元1连接用于实现虹吸作用的竖井单元2，根据横井单元1的布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定竖井单元2的倾斜角度，竖井单元2连接用于引流的排水单元3。本发明的排水单元3通过引流管31将虹吸出的地下水在沟底硬化的渠道中汇集并排放至下游，或者建立沟头蓄水池，将虹吸出的地下水汇集在蓄水池中，然后泵吸至塬上进行使用。
参见图2-5，本发明的横井单元1包括若干根水平排水管11，水平排水管11上开设有多个渗水孔13，水平排水管11的外壁上包裹有滤网14，水平排水管11的周围填充有用于作为滤层的砾石。水平排水管11之间通过横井三通接头12连接成二叉树辐射状的结构。竖井单元2包括倾斜排水管21以及用于连接倾斜排水管21与水平排水管11的倾斜三通接头22。倾斜排水管21的倾角小于90°，倾斜排水管21的两个端部之间高度差小于10m。每根水平排水管11的长度为6m，水平排水管11与倾斜排水管21的内径均为70mm。
本发明基于固沟保塬工程的辐射井排水方法，包括以下步骤：
步骤一：依次采用横井三通接头12将水平排水管11连接成二叉树辐射状的结构，确定沟头坡脚地区地下水位的浮动区间，根据地下水位浮动区间大小布置横井单元1的层数并确定横井单元1相应的布置具体高程，再采取沟头填埋和坡改梯两种方式两种措施安装横井单元1，根据横井单元1的布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定竖井单元2的倾斜排水管21的倾斜角度，确定好上述数据后，对竖井单元2进行安装。
步骤二：将横井单元1在沟底水平展布排列，且为防止滤网14淤堵，在水平排水管11的周围填充砾石作为滤层，继续完成沟头填埋和坡改梯等防护措施，工程结束后，根据等势面原理，在初始状态下，倾斜排水管21中的水位将与此处地下水位平齐；
步骤三：将排水单元3的引流管31伸入倾斜排水管21中，根据虹吸原理，当地下水位越过横井单元1布置平面后，由于倾斜排水管21的两个端部的高度差小于虹吸排水的最大垂直高差，会自动启动虹吸排水过程，则可将井中地下水排出，当井中水位下降后，会产生水力坡度，则黄土中含有的地下水将继续通过横井单元1的渗水孔13进入该装置，直到将此处地下水位降至与布置横井单元1的水平面平齐，而溯源侵蚀主要原因即由于坡脚底部黄土受地下水的浸润，水敏性很高，抗剪强度降低，不断经水流冲刷，向源头前进，上部则在水力和重力耦合作用下坍塌，如此周而复始导致沟头不断向塬内前进。
步骤四：将沟底和两侧的地下水经由排水单元3的引流管31排出后，将地下水在沟底硬化的渠道中汇集，然后通过渠道排泄至下游；或者，建立沟头蓄水池，将排出的地下水汇集在蓄水池中，再通过泵吸至塬上，供塬上居民使用。
本发明解决了传统排水法集水量小、经常断流的问题，横井单元采用二叉树辐射状的结构可以保持集水范围始终均匀，可以快速、有效将地下水汇集，大面积降低地下水位，增大降落漏斗体积。通过此方法可以有效防治沟头溯源侵蚀，解决当前黄土高原地区塬面萎缩的严峻问题，有效防止地质灾害的发生。本发明采用二叉树排水方法，大范围的降低黄土高原沟壑区溯源侵蚀沟头坡脚的地下水位，防止坡脚被地下水冲刷，还可结合沟头填埋、坡改梯等目前固沟保塬措施进行双重沟头防护，从而更加有效遏制溯源侵蚀造成的沟头前进及地质灾害的发生，有效控制黄土塬面积的急剧缩小，保护塬上居民的生命及财产安全。
首先应说明的是以下实施例及对比例均是处于同一水土条件下所比较，试验区面积均为：30×30m，为使比较结果准确和显著，将试验区位置选在辐射中心偏下，横井单元的管道埋藏深度在同一高度，黄土潜水含水层水平和垂向渗透系数分别为2.32×10-2m/d和0.12m/d，孔隙率为0.45，水平管道均采用HDPE管道，管径70mm，壁厚3.5mm，假定含水层厚度H＝9.0m，稳定抽水后井中水深h0＝5.0m，其主要区别仅在于采用不同的排水装置。
由水力学公式可得其管道影响半径R＝3000sk1/2。通过计算可得，在该水土条件下，水平影响半径RH＝6m，垂向影响半径RV＝14m。对实施例及对比例详细介绍如下：
实施例：
在本实施例中，多个排水管11均相同，排水管11的长度为6m，排水管11的内径为70mm；每个倾斜排水管21的长度根据所在黄土高塬沟道的坡度而设置，倾斜排水管21的内径为70mm；倾斜排水管21的两个端部的高度差小于10m。
具体的，排水管11上的渗水孔13沿排水管11的轴向布设。
本发明的横井单元能完全覆盖900m2的试验区面积，集水效果非常好。
对比例1：
该对比例采用虹吸排水法，采用斜孔钻机向沟头处倾斜施工，随着钻孔跟进套管；然后安装带孔底储水管的透水管，该透水管为打孔的波纹管，在波纹管外织土工布，防止泥沙进入透水管内；孔口外保留一定长度透水管，在该透水管内插入虹吸排水管，在虹吸排水管靠近地端处管壁设有进水口。透水管的管径为70mm，壁厚为3.5mm，试验区的面积为(30×30)m2。经过计算，虹吸排水法仅覆盖21.87m2的试验区面积，集水效果差。
对比例2：
该对比例采用辐射井排水法，改排水方法的辐射井包括竖井和水平集水管，在竖井的下部的井壁上连接多个水平集水管。在该次试验高度处设8个辐射孔，辐射孔应向上仰斜5°～10°，在辐射孔中装入水平集水管，长度定为30m，用土工布包裹，管径70mm，壁厚3.5mm，试验区面积30×30m2。经过计算，辐射井排水法可覆盖667m2，集水效果一般。
以上内容详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：包括在沟底水平展布的若干层横井单元(1)，横井单元(1)的层数及高程根据地下水位的浮动区间确定；横井单元(1)连接用于实现虹吸作用的竖井单元(2)，根据横井单元(1)的布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定竖井单元(2)的倾斜角度；竖井单元(2)连接用于引流的排水单元(3)；
所述的横井单元(1)包括若干根水平排水管(11)，水平排水管(11)之间通过横井三通接头(12)连接成二叉树辐射状的结构；所述的竖井单元(2)包括倾斜排水管(21)以及用于连接倾斜排水管(21)与水平排水管(11)的倾斜三通接头(22)。
2.根据权利要求1所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：所述的水平排水管(11)上开设有多个渗水孔(13)，水平排水管(11)的外壁上包裹有滤网(14)。
3.根据权利要求1所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：所述倾斜排水管(21)的倾角小于90°，倾斜排水管(21)的两个端部之间高度差小于10m。
4.根据权利要求1或3所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：每根水平排水管(11)的长度为6m，水平排水管(11)与倾斜排水管(21)的内径均为70mm。
5.根据权利要求1所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：所述的水平排水管(11)周围填充有用于作为滤层的砾石。
6.根据权利要求1所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置，其特征在于：排水单元(3)通过引流管(31)将虹吸出的地下水在沟底硬化的渠道中汇集并排放至下游，或者建立沟头蓄水池，将虹吸出的地下水汇集在蓄水池中，然后泵吸至塬上进行使用。
7.一种如权利要求1所述基于固沟保塬工程的辐射井排水装置的排水方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过横井三通接头(12)将若干根水平排水管(11)连接成二叉树辐射状的结构，确定沟头坡脚地区地下水位的浮动区间，根据地下水位的浮动区间确定横井单元(1)的布置层数并确定横井单元(1)相应的布置高程，根据横井单元(1)布置位置结合虹吸排水的最大垂直高差确定倾斜排水管(21)的倾斜角度，对竖井单元(2)进行安装；
步骤二：在水平排水管(11)的外壁上包裹滤网(14)，并在水平排水管(11)的周围填充砾石作为滤层，根据等势面原理，在初始状态下，倾斜排水管(21)中的水位与此平齐；
步骤三：将排水单元(3)的引流管(31)伸入倾斜排水管(21)中，根据虹吸原理，当地下水位越过横井单元(1)的布置平面后，由于倾斜排水管(21)的两个端部的高度差小于虹吸排水的最大垂直高差，因此自动启动虹吸排水过程，将井中地下水排出；当井中水位下降后，产生水力坡度，使得黄土中含有的地下水将继续通过水平排水管(11)的渗水孔(13)进入，直到将此处地下水位降至与横井单元(1)的水平面平齐；
步骤四：通过引流管(31)将地下水在沟底硬化的渠道中汇集，并通过渠道排泄至下游；或建立沟头蓄水池，将排出的地下水汇集在蓄水池中，然后泵吸至塬上进行使用。
8.根据权利要求7所述的排水方法，其特征在于：所述横井单元(1)的布置层数及布置高程确定之后采取沟头填埋和坡改梯两种方式进行安装。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1074725A (zh) * 1992-01-25 1993-07-28 合肥工业大学 预防和治理大面积滑坡的方法
JPH11158861A (ja) * 1997-11-27 1999-06-15 Ohbayashi Corp 地下水排除工法
CN104480974A (zh) * 2014-12-15 2015-04-01 中冶长天国际工程有限责任公司 一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统及上游式尾矿库
CN105821830A (zh) * 2016-05-05 2016-08-03 浙江大学 一种用于低渗透性土坡的增渗虹吸排水系统
CN107460846A (zh) * 2017-07-14 2017-12-12 浙江大学 一种用于防治黄土地区沟道侵蚀的自淤软坝系统
CN208594564U (zh) * 2018-06-25 2019-03-12 长安大学 一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1074725A (zh) * 1992-01-25 1993-07-28 合肥工业大学 预防和治理大面积滑坡的方法
JPH11158861A (ja) * 1997-11-27 1999-06-15 Ohbayashi Corp 地下水排除工法
CN104480974A (zh) * 2014-12-15 2015-04-01 中冶长天国际工程有限责任公司 一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统及上游式尾矿库
CN105821830A (zh) * 2016-05-05 2016-08-03 浙江大学 一种用于低渗透性土坡的增渗虹吸排水系统
CN107460846A (zh) * 2017-07-14 2017-12-12 浙江大学 一种用于防治黄土地区沟道侵蚀的自淤软坝系统
CN208594564U (zh) * 2018-06-25 2019-03-12 长安大学 一种基于固沟保塬工程的辐射井排水装置

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