一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法技术

本发明专利技术涉及一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法，包括确定盐渍化地下水临界埋深；确定研究区域水文地质参数；确定盐渍化区域地下水降深；计算排水井的影响半径；确定盐渍化区域排水井的合理布设。本发明专利技术以盐渍化地下水临界埋深为管控目标，精准确定次生盐渍化区域地下水合理降深，通过分析排水井抽水对地下水水位的影响，确定排水井的影响半径，从而通过合理布设排水井来实现精准降低次生盐碱化区域的地下水水位，达到显著有效改善因灌溉回归水排水不畅导致局部区域地下水位过高而导致的次生盐渍化。该方法对地下水过高导致土壤盐渍化问题的解决具有通用性，为指导土壤盐渍化的治理和地下水资源合理开发利用提供可靠的理论与技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法
本专利技术涉及一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法，是一种水文水利的计算方法，是一种改善生态环境的计算方法。
技术介绍
次生盐渍化是我国农业安全的主要威胁之一，因地制宜确定合理有效的改善次生盐碱化的技术方法对缓解我国此生盐碱化意义重大。特别是我国西北干旱半干旱地区，由于灌溉回归水的不合理排放，导致局部地区地下水位抬高，蒸散发加剧，土壤盐分随着毛管水运移在地表聚集形成盐渍化，因此降低地下水位是治理次生盐通过分析地下水毛细管作用将盐带到地表的原理，阐明了造成土壤盐渍化的过程，定义了造成土壤盐渍化的临界埋深的关键。针对降低地下水位的技术方法，目前比较普遍的做法的利用排碱渠沟等，实际中有些区域由于地形地势或排碱渠自流不畅等原因导致治理效果不显著，加之缺乏明确的降低地下水水位目标，地下水位降低过深，导致改善后农作物需水量增加，地下水水位降低过浅，达不到改善次生盐碱化的目的。公开号为CN109061105A的中国专利公开了一种盐渍化临界地下水埋深计算方法，该专利通过通过分析地下水毛细管作用将盐带到地表的原理，阐明了造成土壤盐渍化的过程，定义了造成土壤盐渍化的临界埋深，但并没有提出进一步解决如何改善次生盐通过分析地下水毛细管作用将盐带到地表的原理，阐明了造成土壤盐渍化的过程，定义了造成土壤盐渍化的临界埋深，但没有提出如何解决土壤盐渍化的具体措施。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法。本专利技术以次生盐碱化临界埋深为目标，利用排水井合理布设，准确将次生盐碱化区域地下水水位降低盐碱化临界埋深以下，从而改善次生盐渍化。该技术方法改善次生盐碱化更加准确合理，不受地形地势影响，效果显著。本专利技术的目的是这样实现的：一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法，所述的方法包括如下步骤：步骤1，确定研究区域次生盐渍化地下水临界埋深h临界；步骤2，确定研究区域的水文地质参数，主要包括是出水量Q，渗透系数K，潜水含水层厚度H0；步骤3，确定研究区域次生盐渍化现状地下水埋深h0，计算需要降低地下水的降深S，计算公式如下：S＝h临界-h0式中：S为水井内地下水降深(m)；h临界为次生盐渍化地下水临界埋深(m)；h0为次生盐渍化地下水现状埋深(m)。步骤4，根据当地水文地质和实际工作需求，确定排水井为完整井或者非完整井：步骤5，根据步骤4的确定结构进行排水井影响半径的计算：完整井影响半径计算公式：式中：Q为排水量，单位为m3；K为渗透系数，单位为m/d；S为水井内地下水降深，单位为m；R为干扰半径，单位为m；rw为抽水井半径，单位为m；H0为含水层的厚度，单位为m。非完整井影响半径计算公式：步骤7，根据治理次生盐渍化效果最佳原则，即需要将次生盐渍化区域地下水水位整体快速的降到盐渍化临界埋深h临界以下，确定两两排水井之间距离L＜2R。根据研究区域面积，进一步确定排水井个数等参数，从而进一步确定排水井布设方案。进一步的优化方案：步骤6中：确定确定两两排水井之间距离L＝R。进一步的，步骤1中：土壤盐渍化的临界地下水埋深计算公式如下：式中：h临界为造成盐渍化的临界地下水位；h(maxσ)为最大表面张力下的毛管水上升高度；T为灌溉期之前的最低土壤温度；h(minT)为灌溉期之前的最低土壤温度下的毛管水上升高度；σminT为灌溉期之前的最低土壤温度下的水的张力，ρw为灌溉期之前的最低土壤温度下的水的密度；Re为土壤毛细管当量孔径；g为重力加速度；d为研究区域内土壤的有效粒径；n为研究区域内土壤的孔隙度n。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过分析利用排水井相互干扰的理论，在地下水水位过高的次生盐碱化区域，以土壤次生盐渍化地下水临界埋深为管控目标，利用排水井合理布设，实现精准降低次生盐渍化区域的地下水水位。该方法物理过程与操作明确，对地下水过高导致土壤次生盐渍化问题的解决具有显著效果，为指导土壤盐渍化的治理和地下水资源合理开发利用提供可靠的理论与技术支撑。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是排水井不同布设条件下地下水水位降深效果图；图2是本专利技术的实施例所述方法的流程图；图3为本专利技术应用示例中的研究区域示意图。具体实施方式实施例：本实施例是一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法。所述方法的原理如下：在土壤层介质一定的条件下，地下水通过毛细管作用力将盐分带到地表形成盐渍化，造成盐渍化的关键是地下水毛细管上升最大高度，这是造成盐渍化的关键问题。地下水位埋深过浅时在毛细管作用力下地下水会与地表形成接触，将盐分带到地表形成聚集，地下水位过高时即使在毛管作用的影响下地下水与地表有一定距离，盐分无法聚集，因此，治理盐渍化的关键是将盐渍化区域的地下水位降低到盐渍化地下水临界埋深以下。传统的排碱渠缺乏明确目标，结合盐渍化地下水临界埋深，利用排水井合理布设，将次生盐碱化区地下水水位整体降低到临界埋深以下，一方面可以有效快速解决次生盐碱化问题，一方面有利于水资源的节约保护。利用排水井合理布设改善土壤盐渍化的计算方法：根据Dupuit假设，一眼机井在一定流量抽水时产生以井轴线为中心的漏斗状地下水水位下降面，如图1(a)可知，在机井抽水时，地下水水头会形成一个类似漏斗的形状，越靠近机井水头下降越多，在不受影响的边界水头维持不变。各项同性均质的稳定流基本地下水头函数方程，如下：式中：H为地下水头；x、y、z表示不同方向。该方程符合拉普拉斯方程的形式，其解为调和函数。根据地下水水头函数公式所示，为拉普拉斯方程形式。由于地下水水头函数方程为偏微分方程，所以水头函数解符合叠加原理。因此两两排水井在相互影响范围，可以降低的地下水水位是每眼排水井降低水位之和。单眼排水井排水如图1(a)，两两排水井之间的位置主要可以分为三种情况，分别为图1(b-d)。两两排水井之间的距离L﹥2R，如图1(b)，两两排水井之间不相互干扰，此时如果停止抽水，一段时间后整个含水层的水位会恢复到抽水前的初始地下水水位；两两排水井之间的距离L＝2R，如图1(c)，距离处于一种临界状态，在自然状态条件下，两两排水井之间不会相互干扰；两两排水井之间的距离L＜2R，如图1(d)，图中虚线的表示如果两两排水井之间不产生相互干扰时各自抽水时形成的降落漏斗，实线表示的是两两之间相互干扰状态时实际的地下水位。确定研究区域次生盐渍化现状地下水埋深h0，计算需要降低地下水的降深S，计算公式如下：S＝h临界-h0(2)式中：S——次生盐碱化区域地下水降深(m)；h临界——次生盐渍化地下水临界埋深(m)；h0——次生盐渍化地下水现状埋深(m)。土壤盐渍化的临界地下水埋深计算公式如下：式中：h临界——造成盐渍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：/n步骤1，确定研究区域次生盐渍化地下水临界埋深h

【技术特征摘要】
1.一种改善土壤次生盐渍化的排水井布设计算方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
步骤1，确定研究区域次生盐渍化地下水临界埋深h临界；
步骤2，确定研究区域的水文地质参数，所述水文地质参数包括是排水量Q，渗透系数K，潜水含水层厚度H0；
步骤3，确定研究区域次生盐渍化现状地下水埋深h0，计算次生盐碱化区域地下水降深，计算公式如下：
S＝h临界－h0
式中：S为水井内地下水降深；h临界为次生盐渍化地下水临界埋深；h0为次生盐渍化地下水现状埋深；
步骤4，根据当地水文地质和实际工作需求，确定排水井为完整井或者非完整井；
步骤5，根据步骤4确定的结果进行排水井影响半径的计算：
完整井影响半径计算公式：



式中：Q为排水量，单位为m3；K为渗透系数，单位为m/d；S为水井内地下水降深，单位为m；R为干扰半径，单位为m；rw为抽水井半径，单位为m；H0为含水层的厚度，单位为m；
非完整井影响半径计算公式：



式中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，陈敏建，赵勇，闫龙，周飞，江珊，朱永楠，邓伟，卢洁，刘宽，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11