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 。

竖井排水水位

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。

竖井排水井型

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。

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 。

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 。

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 。2100433B

试验目的是确定水井的合理布局。在确定水井深度之后，可根据拟定的设计井群排水量、工作制度和试区水文地质条件及有光参数，选用相应公式计算理论井距，根据当地条件确定1～2个选用值，据此布设井群试验区，每一试验区内井数不少于4个。通过浅层地下水动态观测可了解竖井排水系统对地下水调控的效果，观测井可均匀布置在试区范围内，观测内容和要求与水平排水系统基本一致 。2100433B

随着我国工程建设的进一步展开和沿海地区围海造地工程的不断兴起，深厚软基问题日益突出。竖井排水固结法作为深厚软基的一种常见处治方法，在理论研究和工程实践方面均已取得大量成果。但同时也发现，由于现有竖井地基固结理论假设竖井井阻均一且恒定，未能合理反映排水板通水量随地基深度变化的空间属性和随固结时间变化的时间属性，导致该法设计预期与实际处治效果存在偏差的现象时有发生。本项目拟在搜集整理现有相关研究资料基础上，首先开展不同尺寸的竖井地基模型试验和排水板通水量联合测试试验，获得与实际情况相吻合的排水板通水量特性，并据此提出随地基深度和固结时间变化的变井阻效应数学模型；然后，系统深入地开展考虑荷载分级施加和竖井未穿透软土层等情况下的考虑变井阻效应的竖井地基固结理论研究；在此基础上，提出一整套基于变井阻固结理论的设计计算方法，从而使深厚软基条件下的竖井排水固结法设计计算方法更贴近于实际情况。 2100433B