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浅谈田间灌溉蓄水池地下水位高的处理方式

2025-02-16 100 上传者：管理员

摘要：针对田间灌溉蓄水池地下水位高，导致施工过程中机械开挖难度大、铺设复合土工膜困难和运行过程中蓄水池底浮托力大等问题，通过比选，最终选定集防渗、集水、排气、排水等技术特点为一体的单向排水复合土工膜技术为最优方案。通过降水井进行排水保证施工正常进行，采用单向排水复合土工膜防渗技术，在地下水位高时水流通过土工膜上设置的单向排水阀流入蓄水池内，地下水位低时单向排水阀自动关闭，防止逆向水流或渗漏，解决了地下水对土工膜的付托破坏作用，保证了蓄水池安全运行并保证了高效节水灌溉工程的高质量运行。

关键词：
单向排水复合土工膜
地下水位高
机械开挖
田间灌溉
蓄水池
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1、迎水桥镇基本情况

宁夏中卫市沙坡头区迎水桥镇地处中国西北内陆,是典型的中温带干旱区大陆性兼沙漠性气候｡气候四季分明,春季气候温暖,升温较快,降水稀少;夏季炎热,光照充足,蒸发强烈;冬季寒冷,干旱少雨雪｡该区域多年平均降水量为179.6 mm,且降雨集中,月季间相差较大,多年平均水面蒸发量1 620.20 mm｡

迎水桥镇灌溉水源为黄河水+地下水,灌溉方式为畦灌现状供水轮灌周期长,机井出水量小,供水能力较小,不能及时满足作物各个生育期用水需求和高标准农田建设项目配水需求,导致部分渠道末梢田块由于缺水已弃耕｡同时还存在土壤盐渍化程度严重､水资源浪费､灌水不均匀等问题｡

2、地下水位高田间灌溉蓄水池存在的问题

近几年,随着高标准农田项目的建设,滴灌技术在宁夏应用日趋成熟,滴灌技术在宁夏的推广取得了很好的成绩｡通过引用黄河水,新建田间蓄水池,发展高效节水灌溉项目,提高灌溉保证率,满足作物需水,提高作物产量,增加农民收入,为宁夏整体经济发展起到了至关重要的作用｡但新建蓄水池过程中,遇到了地下水位高的难题,导致施工过程中机械开挖难度大,铺设复合土工膜困难;运行过程中蓄水池底浮托力大,蓄水池未蓄水时,池底和边坡土工膜鼓包,膜上覆土和砂砾石滑塌,造成边坡不稳定､土工膜破裂等诸多安全问题｡

从以往规律和经验看,每年灌区农业灌溉的周期性变化会引起灌区地下水位变化,灌区地下水位变化又会使得蓄水池附近地下水位同步变化｡经分析蓄水池周边地下水位高的原因主要为灌区农业灌溉所导致｡每年4月下旬末春灌,地下水埋深在1 m左右;7月下旬灌溉,地下水埋深在0.8 m左右;10月下旬-11月下旬冬灌,冬灌面积大且时间集中,地下水水位会急剧上升,埋深在0.5 m~0.7 m,达到全年最高峰值｡由于冬灌后气温最低可达-20℃左右,蓄水池内没有存水,但是蓄水池周边环境地下水埋深仍处于全年最高峰值,这时极需要将蓄水池底部基础土壤内的地下水排出｡否则,在地下水浮托力的破坏作用下蓄水池底土工膜将会鼓包,甚至破裂｡

本文通过对宁夏各地区田间蓄水池的结构研究,针对地下水位高的情况,蓄水池建设过程当中一般采用有二种解决方案,具体如下:

方案一:施工过程中采取降水井降低水位,在蓄水池底和边坡埋设滤水管,滤水管汇集到集水管,集水管铺设至地势低洼处将水排出,降低池底浮托力,保证运行安全｡这种措施施工过程中池底地基和边坡处､集水管处开挖量大,回填开挖断面过程中质量不好把控,一旦土工膜有破损之处,蓄水池中的水将沿管道开挖沿线漏水,存在一定安全隐患;蓄水池运行多年后,滤水管上的进水孔易被水中细小的土粒堵塞,降低排水效果,对蓄水池的运行产生了安全隐患｡

方案二:施工过程中采取降水井降低水位,蓄水池防渗膜采用单向排气排水土工膜技术｡单向排水复合土工膜既具备普通复合土工膜的防渗功能,又兼顾集水､排气､排水､加筋等技术特点,当地下水水位触及至与池底基面接触的下层土工布,内外水头差达到10~50 mm时,复合体的单向排气排水阀自动打开,将水流排入池内;当蓄水池内外水压平衡或气体无压力时,密封膜片不再受向上顶托力,恢复至密封状态,单向排水阀自动关闭,防止逆向水流或渗漏｡这种技术解决了地下水对膜的付托破坏作用,保证了蓄水池的安全运行｡

两个方案通过近几年在宁夏多处田间蓄水池工程施工过程和运行管理的优劣比较,最终选择方案二为田间灌溉蓄水池建设方案｡

3、迎水桥镇田间灌溉蓄水池结构

沙坡头区迎水桥镇高效节水灌溉项目位于黄河北侧迎水桥镇鸣沙村,计划将鸣沙片区195亩农田建设为滴灌｡该片区每年4月下旬末开始春灌农田,地下水埋深在1 m左右;7月下旬复种灌溉,地下水埋深在0.8 m左右;为降低农田地下水位农民在鸣沙片区西侧自行开挖一座蓄水池,没有砌护｡计划对该蓄水池改建为0.5万m3蓄水池,从附近农渠引水至蓄水池,在蓄水池边新建滴灌首部系统对鸣沙片区195亩农田进行灌溉｡

蓄水池池底及边坡土质为沙土,地下水位较高,本次防渗膜采用单向排水复合土工膜,是由PE防渗膜､阵列排列的实芯凸点､导水涵道､单向排水阀､滤水土工布(或裂膜丝机织布)等组成的多功能多层复合结构｡为了增强单向排水复合土工膜的排水效果,蓄水池内坡面防渗砌护方式采用钢筋混凝土隔梁+卵砾石+单向排水复合土工膜的结构形式,池底防渗方式采用土料结构+单向排水复合土工膜的结构形式,回填土压实系数不小于0.97[1]

池底防渗结构:为土料结构+单向排水复合土工膜防渗,自上而下依次为600 mm厚土料和单向排水复合土工膜,单向排水复合土工膜规格为250 g/m2无纺布+0.5 mm土工膜+250 g/m2无纺布+DN50单向阀,土料为全土料,单向排水复合土工膜幅宽6 m｡

内边坡防渗结构:为砼隔梁+卵砾石+单向排水复合土工膜防渗,自上而下依次为200 mm×300 mm砼隔梁､150 mm厚圆砾(粒径10~20 mm)､150 mm厚破碎石(粒径60~80 mm)和单向排水复合土工膜(250 g/m2 *0.5 mm*250 g/m2 -DN50-6*6),复合土工膜幅宽6 m,采用原包料,严禁采取再生料,土工布采用长丝布[2] ,复合土工膜符合《土工合成材料非织造布复合土工膜》(GB/T17642-2008)要求｡

单向排气排水土工膜技术,兼备防渗､集水､导水､排气排水泄压功能,是将隔水措施和排气排水措施进行优化组合的“一体化”复合体结构｡它由PE防渗膜､阵列排列的实芯凸点及其导水涵道､单向排气排水阀､滤水土工布(或裂膜丝机织布)等构成,其中的PE防渗膜能够有效阻止池内蓄水渗漏｡复合体的单向排气排水阀,具有自动排气排水开启和关闭功能｡详见图1-图4｡

图1单向排气排水土工膜结构示意

图2排水阀结构

图3排水阀部件

地下水水位不断上升或气体不断积聚,触及至与基面接触的下层土工布时,其渗流水或气体被导入至由下层土工布､土工膜､实芯凸点组成的导水涵道,当内外水头差达到10~50 mm形成压力水或气体产生扬压力时,密封膜片会自动开启,水流或气体通过上下压盘的进水口通道,从出水口通道排出,再通过上层土工布排入蓄水池内;当蓄水池内外水压平衡或气体无压力时,密封膜片不再受向上顶托力,恢复至密封状态,单向排水阀会自动关闭,防止逆向水流或渗漏｡单向排气排水土工膜技术原理示意见图5｡

图4单向排气排水土工膜技术结构实物

图5单向排气排水土工膜技术原理示

单向排气排水土工膜技术,不论是综合性技术指标,还是材料和产品指标都能够满足国家有关标准和蓄水池工程实际建设要求｡单向排气排水阀管口内径设计和生产有20 mm或50 mm两种型号,可以分别与同一规格上层土工布+HDPE防渗膜+下层土工布进行复合,形成复合体结构｡

4、蓄水池施工方法

4.1 施工排水

蓄水池地下水位较高,影响施工作业面,在蓄水池四周设置降水井集中抽排的方法进行降水｡布设降水井8眼,每眼井深20 m,每眼井设7.0 kw潜水泵一台,用水泵将水排至蓄水池东侧农渠用于农田灌溉｡

4.2 单向排气排水土工膜技术施工

(1) 施工流程

施工流程:基层处理-复合导水土工膜材料铺放-搭接处理-检查验收-回填｡

(2) 施工方法

①首先应检查材料有无损伤破坏｡

②复合导水土工膜须按实际规划尺寸进行裁膜｡铺设时有导水涵道侧铺设在下方,由坡肩自上而下滚铺至坡脚,中间不应有纵向连接缝,坡肩处预留复合导水土工膜的长度应满足设计要求｡