本發(fā)明屬于水資源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水資源聯(lián)調(diào)技術(shù)，具體涉及一種平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水既是重要的自然資源，又是自然界重要的環(huán)境要素，是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)與條件，也是環(huán)境問(wèn)題與發(fā)展問(wèn)題的核心。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的迅速發(fā)展，水資源供需矛盾日益嚴(yán)重，地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度作為一種有效的水資源調(diào)控手段，正越來(lái)越受到人們的重視。地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度旨在為區(qū)域提供穩(wěn)定的可供水量，減少水資源的時(shí)空差異，有效控制地下水位，達(dá)到有計(jì)劃開(kāi)發(fā)利用地表地下水資源，并使之與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)壞境保護(hù)相協(xié)調(diào)。

對(duì)于平原區(qū)農(nóng)田而言，普遍存在雨季澇、旱季嚴(yán)重缺水的問(wèn)題?，F(xiàn)有的技術(shù)一般是在灌區(qū)附近修建地表水庫(kù)，通過(guò)渠道系統(tǒng)將地表水資源分配到田間，而內(nèi)澇洪水則通過(guò)設(shè)置排水系統(tǒng)排至河道。地下水資源方面，則通常采用水井的方式進(jìn)行開(kāi)采。地表水和地下水之間的水力聯(lián)系一般是天然存在的，水庫(kù)和渠道的滲漏客觀上起到了回補(bǔ)地下水的作用，地下水的溢出則形成地表水。

現(xiàn)有的地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)存在的主要問(wèn)題包括：(1)水資源管理粗放，一般未對(duì)地表水與地下水水量交換速率進(jìn)行控制；(2)地表水和地下水之間的水力聯(lián)系一般是天然存在的，使得地表水污染極易引起地下水污染，給地下水環(huán)境帶來(lái)了壓力；(3)相關(guān)水利設(shè)施分散，給運(yùn)行和管理帶來(lái)了不便。有研究人員最近開(kāi)發(fā)了在水井襯砌上設(shè)置輻射管和節(jié)制閘門，對(duì)地表水與地下水的水量交換速率進(jìn)行控制的技術(shù)，但此項(xiàng)技術(shù)僅解決了地表水與地下水水量交換速率控制的問(wèn)題，其余的問(wèn)題依舊存在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種適合于平原區(qū)的新型農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)，它通過(guò)為地表水庫(kù)布設(shè)的隔水層、含水層和弱連通滲渠，并在設(shè)計(jì)階段調(diào)整弱透水混凝土的厚度和滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)地表水與地下水水量交換速率的控制，解決了現(xiàn)有地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)存在的上述問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)，由隔水層、含水層、地表水庫(kù)、弱連通滲渠四部分組成；所述地表水庫(kù)四周上部為隔水層，下部為含水層，地表水庫(kù)的底部為弱連通滲渠；

所述隔水層和含水層的地層邊界、沉積厚度、滲透系數(shù)、給水度和貯水率根據(jù)地質(zhì)勘探得到的數(shù)據(jù)來(lái)確定；

所述地表水庫(kù)的庫(kù)區(qū)規(guī)模和布置，結(jié)合當(dāng)?shù)仄皆瓍^(qū)農(nóng)田水文、地形、地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)來(lái)確定，采用半挖半填的方式在農(nóng)田中興建；

所述弱連通滲渠布設(shè)于地表水庫(kù)底部，由隔水層開(kāi)挖至含水層，并采用弱透水混凝土襯砌的弱透水混凝土層，使地表水庫(kù)內(nèi)的地表水與含水層的地下水形成弱連通水力關(guān)系。

本發(fā)明所述的一種平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)，其特征還在于，

所述地表水庫(kù)底部的弱連通滲渠的弱透水混凝土層，于層面中布設(shè)有橫向防裂鋼筋和縱向防裂鋼筋。

靠近所述地表水庫(kù)四周的隔水層上方設(shè)有用于提高水庫(kù)水位的土堤。

所述地表水庫(kù)庫(kù)底開(kāi)挖的弱連通滲渠，通過(guò)設(shè)計(jì)階段所設(shè)定的弱透水混凝土厚度和滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水與地下水水量交換速率的控制。

所述弱連通滲渠的弱透水混凝土層通過(guò)配合比試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，最終確定配合比及滲透系數(shù)。

所述弱透水混凝土層的滲透系數(shù)根據(jù)地表水與地下水水量交換速率控制要求進(jìn)行估算，弱透水混凝土層的厚度取為0.4m～2.0m，所述含水層的滲透系數(shù)為2×10^-4cm/s～2×10^-2cm/s，所述弱連通滲渠弱透水混凝土層的滲透系數(shù)為1×10^-4cm/s～1×10^-2cm/s。

本發(fā)明平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)，與現(xiàn)有的地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)相比較，其具有以下特點(diǎn)：

(1)、通過(guò)在設(shè)計(jì)階段調(diào)整弱透水混凝土的厚度和滲透系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地表水與地下水水量交換速率的控制；

(2)、由于弱連通滲渠的存在，降低了地表水污染導(dǎo)致地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)；

(3)、弱連通滲渠布置在地表水庫(kù)庫(kù)底，方便了對(duì)地表水與地下水資源的集中管理。

本發(fā)明的核心在于在地表水庫(kù)庫(kù)底開(kāi)挖弱連通滲渠，采用透水混凝土層形成地表水與地下水的弱連通關(guān)系，通過(guò)調(diào)整弱透水混凝土的厚度和滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水與地下水水量交換速率的控制、地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)低、方便對(duì)地表水與地下水資源集中管理，解決了平原區(qū)農(nóng)田普遍存在雨季澇、旱季嚴(yán)重缺水的問(wèn)題，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明地表水庫(kù)斷面示意圖；

圖3是本發(fā)明弱連通滲渠斷面示意圖；

圖4是本發(fā)明雨季時(shí)地表水補(bǔ)給地下水示意圖；

圖5是本發(fā)明旱季時(shí)地下水補(bǔ)給地表水示意圖。

圖中，1.隔水層，2.含水層，3.地表水庫(kù)，4.弱連通滲渠，5.水庫(kù)水位，6.地下水位，7.弱透水混凝土層，8.橫向防裂鋼筋，9.縱向防裂鋼筋，10.土堤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一種平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，分別由隔水層1、含水層2、地表水庫(kù)3、弱連通滲渠4四部分組成；地表水庫(kù)3四周上部為隔水層1，下部為含水層2，地表水庫(kù)3的底部為弱連通滲渠4；隔水層1和含水層2的地層邊界、沉積厚度、滲透系數(shù)、給水度和貯水率根據(jù)地質(zhì)勘探得到的數(shù)據(jù)來(lái)確定。

本發(fā)明地表水庫(kù)3的庫(kù)區(qū)規(guī)模和布置，結(jié)合當(dāng)?shù)仄皆瓍^(qū)農(nóng)田水文、地形、地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)來(lái)確定，采用半挖半填的方式在農(nóng)田中興建；弱連通滲渠4布設(shè)于地表水庫(kù)3底部，由隔水層1開(kāi)挖至含水層2，并采用弱透水混凝土襯砌的弱透水混凝土層7，使地表水庫(kù)3內(nèi)的地表水與含水層2的地下水形成水庫(kù)水位5和地下水位6的弱連通水力關(guān)系；地表水庫(kù)3底部的弱連通滲渠4的弱透水混凝土層7，如圖3所示于層面中布設(shè)有橫向防裂鋼筋8和縱向防裂鋼筋9；如圖2所示，靠近地表水庫(kù)3四周的隔水層1上方設(shè)有用于提高水庫(kù)水位的土堤10。

本發(fā)明地表水庫(kù)3庫(kù)底開(kāi)挖的弱連通滲渠4，通過(guò)設(shè)計(jì)階段所設(shè)定的弱透水混凝土厚度和滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水與地下水水量交換速率的控制；弱連通滲渠4的弱透水混凝土層7通過(guò)配合比試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，最終確定配合比及滲透系數(shù)。

本發(fā)明弱透水混凝土層7的滲透系數(shù)根據(jù)地表水與地下水水量交換速率控制要求進(jìn)行估算，弱透水混凝土層7的厚度取為0.4m～2.0m，含水層2的滲透系數(shù)要求為2×10^-4cm/s～2×10^-2cm/s，弱連通滲渠4弱透水混凝土層7的滲透系數(shù)為1×10^-4cm/s～1×10^-2cm/s。

本發(fā)明平原區(qū)農(nóng)田地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度的弱連通系統(tǒng)的具體實(shí)施包括以下步驟：

(1)參照?qǐng)D1和圖2，進(jìn)行地形測(cè)量和地質(zhì)勘察，明確區(qū)域隔水層1、含水層2的地層邊界、沉積厚度、滲透系數(shù)、給水度和貯水率，結(jié)合水文、地形、地質(zhì)條件和工程任務(wù)，進(jìn)行水資源平衡分析，確定地表水庫(kù)3的規(guī)模和布局。

(2)參照?qǐng)D1和圖2，根據(jù)隔水層1和含水層2的空間分布及相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行地表水庫(kù)3和弱連通滲渠4的初步設(shè)計(jì)。

(3)參照?qǐng)D3，根據(jù)地表水與地下水水量交換速率控制要求，估算對(duì)弱透水混凝土層7的滲透系數(shù)的要求；

如某平原灌區(qū)工程，含水層2滲透系數(shù)為2×10^-2cm/s，弱透水混凝土層7的厚度取為1.0m；根據(jù)工程任務(wù)和規(guī)模，建立數(shù)值模型進(jìn)行分析，弱透水混凝土層7的滲透系數(shù)建議值為：2×10^-4cm/s～4×10^-3cm/s。

(4)開(kāi)展弱透水混凝土層7的配合比試驗(yàn)，優(yōu)化并確定配合比；

常規(guī)混凝土的滲透性過(guò)低，因此弱透水混凝土配合比需減小砂率以適當(dāng)提高滲透性。本實(shí)施例采用的配合比如表1所示：

表1采用的透水混凝土配合比

按表1的配合比，實(shí)測(cè)的滲透系數(shù)為1×10^-3cm/s，滿足步驟(3)估算的對(duì)弱透水混凝土層7的滲透系數(shù)的要求。

(5)地表水庫(kù)3施工

參照?qǐng)D1和圖2，進(jìn)行地表水庫(kù)3的施工，地表水庫(kù)3采用半挖半填的施工方式，在項(xiàng)目區(qū)中部開(kāi)挖水庫(kù)，將開(kāi)挖料回填至地表水庫(kù)3的四周，加固后以形成封閉的土堤10，既可節(jié)省工程工作量，又可提高水庫(kù)的水位。

(6)弱連通滲渠4施工

參照?qǐng)D1和圖2，進(jìn)行弱連通滲渠4施工；采用步驟(4)確定的配合比生產(chǎn)弱透水混凝土層7，為渠道襯砌作準(zhǔn)備。在地表水庫(kù)3的底部開(kāi)挖形成渠道，然后進(jìn)行橫向防裂鋼筋8及縱向防裂鋼筋9的綁扎工作，形成完整的鋼筋網(wǎng)，最后進(jìn)行弱透水混凝土層7的澆筑。

(7)地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行

由于采用了弱透水混凝土層7對(duì)渠道進(jìn)行襯砌，建立了地下水與地表水之間的弱連通關(guān)系，通過(guò)在設(shè)計(jì)階段調(diào)整弱透水混凝土層7的配合比，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水與地下水水量交換速率的控制。

地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行模式為：

如圖4所示，雨季洪水入庫(kù)，水庫(kù)水位5高于地下水位6，地表水通過(guò)弱滲透介質(zhì)進(jìn)入含水層2中蓄存，抬高地下水位6。

如圖5所示，旱季時(shí)地下水位6經(jīng)補(bǔ)給后水位明顯抬升，高于水庫(kù)水位5，地下水反過(guò)來(lái)補(bǔ)給地表水庫(kù)3，抬高水庫(kù)水位5，使水庫(kù)水面保持高于渠道的設(shè)計(jì)水平，以近自然的方式灌溉農(nóng)田。

本發(fā)明的核心在于在地表水庫(kù)3庫(kù)底開(kāi)挖弱連通滲渠4，并采用透水混凝土層7形成地表水與地下水的弱連通關(guān)系，通過(guò)調(diào)整弱透水混凝土的厚度和滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水與地下水水量交換速率的控制，降低地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)，方便對(duì)地表水與地下水資源集中管理，由此而解決了平原區(qū)農(nóng)田普遍存在雨季澇、旱季嚴(yán)重缺水的問(wèn)題，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

上述實(shí)施方式只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，不是用來(lái)限制發(fā)明的實(shí)施與權(quán)利范圍，凡依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。