新疆吐鲁番市水利科学研究所 新疆吐鲁番 838000
摘要：由于近些年灌溉面积的增加，机电井数量猛增，导致地下水急剧下降，严重干扰了地下水的补给状态。目前坎儿井正处于日益衰减、干涸以至消亡的状态。本文从坎儿井概况分析，阐述坎儿井破坏机理与加固技术，进而保护坎儿井这一“活态文物”。
关键词：坎儿井；地下水资源涵养；蓄洪入渗；加固处理
坎儿井是在新疆特有的自然环境、水资源条件下，形成的水利工程，至今在人畜饮水工程中发挥重要作用。其处于第四纪地层中，通过截取山前冲积扇的地下水潜流，以暗渠将水输到盆地，具有蒸发少，无需能源，自流供水灌溉，四季水量稳定等优点。
一、吐鲁番盆地坎儿井概况
吐鲁番盆地山前倾斜平原地下水补给充沛,具有含水层透水性强、地形和地下水水面坡度大等有利条件, 在山前倾斜平原下部的潜水溢出带, 沿地下水流方向, 溯源而上, 修建地下输水廊道和用于施工、维护的竖井, 便形成了坎儿井。坎儿井由人工开挖的竖井、具有一定纵坡的暗渠、明渠和涝坝等四部分组成。暗渠分为集水段和输水段两部分。集水段, 位于地下水位以下, 起截引地下水的作用;后部为输水段, 在地下水位以上, 起输水作用。坎儿井单井总长度一般在70～ 11000m , 集水段一般30 ～ 1000m , 竖井总数7 -250 眼, 首部竖井深度一般7 ～ 80m ,最大的可达100m 以上, 由于暗渠的坡度小于地面坡度, 也小于地下水面坡度, 因此地下水可自流引出地面。吐鲁番市坎儿井的鼎盛时期有1237条（1957年）, 年出水总量5.62亿m3 , 总流量17.86m3/s , 灌溉面积达32.14 万 亩。
目前吐鲁番市有水坎儿井214条，总流量3.644m3/s ，年经流量为1.15亿m3，总灌溉面积9.38万亩，相比有水坎儿井数量减少1023条（2014年）。
二、 坎儿井衰落及干涸的原因分析
随着经济社会的发展, 为了提高水资源利用程度, 水资源开发利用方式产生了重大变化。当今在干旱区流域, 以地表水供水为主, 地下水作为调蓄、补充的格局已成为水资源利用的主要模式。坎儿井在水资源开发利用中也由原来承担主要供水任务转变为承担调蓄、补充供水任务,这是由于坎儿井自身的缺陷使它难以完成新时期水资源开发利用格局中的任务, 因而坎儿井在水资源配置格局中失去了应有的位置, 这是坎儿井衰败的内在因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(1)坎儿井的流量无法控制、引用率低、规模坎儿井的流量在灌溉季节不能增加, 非灌溉季节又不能减少, 造成引用率不足50 %, 大量的水不能得到实时利用, 而且集水段的地下水位难以有恢复的时间。同时, 单条坎儿井的流量过小, 控制灌溉面积少, 构筑方法原始, 未能与时俱进, 还造成了维护困难, 建设和运行费用较高。(2)坎儿井对地下水位变化的适应性差。干旱区山前倾斜平原储水空间巨大, 通过地下水位的变化, 能够对地下水实现年内和年际调节, 实现多年动态平衡。但坎儿井由于构筑方法原始,开采的仅是表层地下水, 暗渠集水段只能位于地下水面以下较浅部位, 出水量与地下水位的关系敏感, 地下水位略降就会引起出水量的大幅减少, 甚至干涸。
三、坎儿井保护的工程措施分析
1、坎儿井改造的主要技术目标分析。现今仍有许多坎儿井在运行并发挥着一定的作用, 除某些具有文物价值的坎儿井应按文物部门要求加以保护外, 对仍在发挥作用的坎儿井, 应首先从改进内在不足着手, 达到与时俱进、可持续利用坎儿井的目的。改造后的坎儿井应具有以下几方面:(1)具有控制出水量的能力;(2)具有适当适应地下水位变化及调蓄水资源的能力;(3)具有替代当地机电井群的能力。
2、坎儿井改造的工程措施。1）控制出水量的工程措施。 年出水量为1.514亿m3, 但其中仅40 %的水量被高效利用。若将低效和无效部分水量的一半蓄存于集水段附近, 就可以使1.51km2面积的地下水位上升1m , 这对涵养坎儿井集水段的水源具有重要意义和作用。坎儿井构筑方法原始, 欲控制其出水量可采用多种现代的工程技术方案。采用一种“井中井” 的结构型式对坎儿井的集水段加以改造 , 其特点是坎儿井集水段功能主要由最顶部的一个或几个竖井中的井中井替代。井中井一方面用于取水, 另一方面用于监控坎儿井的地下水位, 现有的集水段则可采用预制管加以衬砌, 其功能主要是输水, 预制管和廊道之间的空隙可采用泥浆封堵, 以防漏水。井中井可以采用机井结构, 坎儿井首部的竖井较浅时, 还可以采用辐射井结构, 以增加它的出水量。现有坎儿井首部降深一般3 ～ 5m , 含水层厚度50m 左右, 渗透系数20 ～ 50m/d , 因此, 1 ～ 2 眼机井式结构的井中井即可达到现有坎儿井的出水量。为了保留原有坎儿井集水段的功能, 输水管上还可以开透水孔, 将原集水段的水量汇入坎儿井内。为了便于出水量的控制, 对于井中井或辐射井结构还可以采用水量控制器。2）增加出水量能力的工程措施。增加坎儿井供水规模可通过归并措施, 将现有平行布置的多条坎儿井归并。由横向的不透水廊道将各竖井联通, 由一条纵向输水暗渠通向下游, 将水量引出地面后再进行分配, 若能归并十几条现有的坎儿井便可使供水流量达到0.5m3/s 左右。通过归并不仅可大幅度减少坎儿井的运行费用, 而且可以使它具备调蓄水资源和替代机电井群的能力, 从而为当地坎儿井的可持续利用奠定良好的基础。3）充当地下水库、调蓄水资源的工程措施。干旱区河流水资源的调蓄问题是十分突出的, 有的河流没有建设山区水库的条件, 利用地下水库调蓄水资源是一种高效经济的方案, 因此, 若能使坎儿井具有调蓄能力, 便赋予坎儿井新的生命力。为使坎儿井具有调蓄能力, 可采取主动回补措施, 可以通过引渗工程将洪水和冬闲水引入坎儿井附近入渗, 蓄存于地下, 需要时通过坎儿井将水量输送到灌区。吐鲁番市各河流目前的引水比为72 %, 尚有部分洪水和冬闲水可以利用, 引渗工程可利用现有的引水工程, 通过建设引渗渠、坑等设施使闲水入渗到预定的地点。由于坎儿井的集水段多处于砂卵砾石层, 含水层气包带的垂直渗漏极为强烈, 因此, 引渗工程费用相对低廉, 但它的效果可能十分显著, 应引起人们的高度关注。4）坎儿井的可持续利用及运行管理。坎儿井的可持续利用性, 集中体现在集水段地下水位的恒定, 集水段地下水位由外部因素和坎儿井自身的年取水量共同决定, 情况十分复杂, 但通过观察井中井的水位, 以地下水位来控制坎儿井的年出水量, 就可以使复杂问题简单化, 并使坎儿井使用具有可持续性。坎儿井的运行管理中, 应通过自动化监控设备对井中井的水势H 和年出水量进行常期的观测, 制定坎儿井的额定出水量、平均水位和设计降深S 值, 并留有适当的余地。当水势H 小于额定水势或设计降深S 大于额定值时,应减少坎儿井供水量, 或采取相应的引渗补水措施, 使平均水位恢复到额定值, 这一点对坎儿井运行管理和可持续利用十分重要和关键。
结语
(1)山区水库和与之相配套的防渗渠道建设是造成坎儿井出水流量减少甚至干涸的主要外部因素, 大规模超采地下水是造成坎儿井出水流量减少甚至干涸的次要外部因素。
(2)坎儿井的运行管理应着重对集水段井中井的水位进行有效控制, 当“井中井” 水位降至额定值以下, 则需要减少它的出水量, 以涵养坎儿井水源, 达到可持续利用坎儿井的目的。
参考文献：
［1］崔峰，王思明． 新疆坎儿井的农业文化遗产价值及其保护利用［J］． 干旱区资源与环境，2016( 2)．
［2］许璇，董新光，杨鹏年． 新疆鄯善县地下水警戒水位研究［J］． 新疆农业大学学报， 2015，( 2) ,．
［3］张帅领，束龙仓，邓铭江．浅谈 回灌及回灌后开采对台兰河流域地下水位的影响［J］． 水电能源科学，2016，(6) ．
论文作者:米合热依·买买提
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/29
标签：坎儿井论文; 地下水论文; 集水论文; 竖井论文; 水资源论文; 暗渠论文; 地下水位论文; 《防护工程》2017年第17期论文;