CN114319222A

CN114319222A - 一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法

Info

Publication number: CN114319222A
Application number: CN202210031179.1A
Authority: CN
Inventors: 常钦鹏; 郑天元; 高晨晨; 郑西来
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明提供了一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法，根据滨海地区的水文地质条件，确定地下淡水及海水入侵等相关区域；根据海水入侵区域，选择可调式地下帷幕建设位置，可调式地下帷幕需完全切断海水入侵区域，可调式地下帷幕上部修建至地表，底部修建至底层不透水基岩，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位；可调式地下帷幕包括固定的地下墙和可调式的闸门两部分，可调式的闸门与固定的地下墙相间分布。通过本发明的技术方案，实时调整地下帷幕闸门的开口尺寸，防止枯水期海水倒灌式入侵，避免丰水期滨海地区土壤盐渍化。

Description

一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法

技术领域

本发明涉及海水入侵防治技术领域，具体而言，特别涉及一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法。

背景技术

地下水资源的过度开采和全球气候变暖引发的海平面上升导致滨海地区海咸水入侵内陆含水层（简称海水入侵），海水入侵问题已成为全球滨海含水层地下水资源管理面临的巨大挑战。特别是我国北方滨海地区枯水季节降雨量小，大量开采地下水，形成区域性的地下水降落漏斗。此时，地下水位低于海平面，从而发生倒灌式海水入侵。海水入侵可以造成地下水水质恶化，导致淡水供应量不足，还可直接引发土壤盐渍化，使海岸带生态植被脱水萎蔫、农业作物产量大幅降低。

现有技术中，地下帷幕作为防治海水入侵的重要手段，已经被全球滨海地区广泛使用。地下帷幕一般分为全断面式、上悬式和下沉式。

全断面式地下帷幕的墙体自地表建设至不透水的基岩，可完全阻止地下水向海***，形成不可调节库容的地下水库；上悬式地下帷幕截断含水层上部的地下水渗流路径，在含水层底部留有开口，上游地下淡水被迫通过底部开口向海***，依靠底部开口处的高速地下水流驱退海水入侵；下沉式地下帷幕主要设置在含水层下部，向下与隔水底板相接，通过墙体的物理阻挡直接拦截咸水楔向陆地推进的路径，在含水层上部留有开口以允许上游地下水越过墙体向海***。

全断面式地下帷幕的墙体自地表建设至不透水的基岩，完全截断了地下水向海***的路径。地下阻水帷幕，切断地下海水与淡水之间水力联系，但容易引发地下帷幕上游含水层陆源污染物富集、地下水位剧烈抬升以至于发生内涝、土壤次生盐渍化等一系列的生态环境问题。上悬式和下沉式地下帷幕只适用于地下水位高于海平面的地下水力条件，无法应对这种倒灌式海水入侵。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕，可调式地下帷幕上部修建至地表，底部修建至底层不透水基岩，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位，可调式地下帷幕包括固定的地下墙和可调式的闸门两部分，可调式的闸门与固定的地下墙相间分布；可调式的闸门设有闸室，闸室左右两侧与固定式地下墙相连，上下游设置有多孔挡土墙；闸室内左右两侧设置有限位滑轨，限制可调式的闸门只能上下滑动；闸室的上方设有起吊装置，包括顶柱、吊索、顶座和起吊机，吊索的一端连接可调式的闸门的顶端，另一端连接设置在顶座上的起吊机，顶座通过两根顶柱固定安装在闸室上方。

一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕的施工方法，具体包括以下步骤：

S1：根据滨海地区的水文地质条件，确定海水区域、海平面、地下含水层区域、地表范围、地下含水层中淡水区域、地下水位、底层不透水基岩及海水入侵区域。

S2：根据海水入侵区域，选择可调式地下帷幕建设位置，可调式地下帷幕需完全切断海水入侵区域，可调式地下帷幕上部修建至地表，底部修建至底层不透水基岩，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位；

S3：在地下水流上游地区设置地下水位监测井，用于随时观察地下水位；

S4：可调式地下帷幕包括固定的地下墙和可调式的闸门两部分，可调式的闸门与固定的地下墙相间分布；

S5：可调式的闸门设有闸室，闸室左右两侧与固定式地下墙相连，上下游设置有多孔挡土墙；

S6：闸室内左右两侧设置有限位滑轨，限制可调式的闸门只能上下滑动；

S7：闸室的上方设有起吊装置，包括顶柱、吊索、顶座和起吊机，吊索的一端连接可调式的闸门的顶端，另一端连接设置在顶座上的起吊机，顶座通过两根顶柱固定安装在闸室上方；

S8：根据当地气象和水文地质情况，确定地下水位警戒值，日常状态下，可调式的闸门为关闭状态；当监测井内的地下水位高于警戒值时，及时开启可调式的闸门***地下水，当地下水位降低并稳定于警戒值以下时可关闭可调式的闸门。

作为优选方案，固定的地下墙采用高压喷射灌浆、采用振动沉模法、射水法、液压抓斗法、套井回填法中的一种施工方法。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

1、根据海水入侵区域，选择可调式地下帷幕建设位置，可调式地下帷幕需完全切断海水入侵区域。地下帷幕上部需修建至地表，底部修建至底层不透水基岩，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位。地下帷幕是一道直立的墙体，将地下水与入侵的地下咸水隔开，可阻断上游地下水向海水***，增大地下水库储量，同时可阻断海水入侵，可有效应对倒灌式海水入侵，防止海水污染上游地下淡水，保证沿海地区淡水供给量。

2、可调式地下帷幕主要包括固定的地下墙61和可调式的闸门62两部分，闸门与固定地下帷幕相间分布。日常状态下，闸门为关闭状态。当监测井内的地下水位高于警戒值时，及时开启闸门***地下水，形成可调库容的地下水库，避免地下水位过高，引起土壤盐渍化。由于水位差地下水通过闸门排向海洋，同时可驱退下游入侵的咸水，防止开闸时咸水趁机侵入地下水库，污染地下水水质。当地下水位降低并稳定于警戒值以下时可关闭闸门。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为垂直于海岸线方向可调式地下帷幕示意图；

图2为图1中的地下帷幕的a-a'局部剖面图，图中左右两部分未画结构与图中结构相同，未重复画出；

图3为可调式闸门俯视图，图中左右两部分未画结构与图中结构相同，未重复画出；

图4为闸门关闭及开启时地下水位的变化情况，闸门关闭状态下，0~20d为降雨引起地下水位上升的情况。20天时，开启闸门；20d~60d为开启闸门后地下水位的变化情况。60d后，地下水位达到正常值8.5m后关闭闸门后，地下水位的保持变不变。

其中，图1至图3中附图标记与部件之间的对应关系为：

1为海洋，2为海平面，3为地下含水层，4为地下含水层中地下水，5为地下水位，6为可调式地下帷幕，7为地下水位监测井，8为底层不透水基岩，9为地表，10为起吊设备，11为多孔挡土墙，12为限位滑轨，13为闸室，61为可调式地下帷幕固定墙体，62为可调式闸门，101为可调节式闸门顶柱，102为闸门吊索，103为闸门顶座，104为起吊机。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图4对本发明的实施例的适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕及其施工方法进行具体说明。

如图1至图3所示，本发明提出了一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕，可调式地下帷幕上部修建至地表9，底部修建至底层不透水基岩8，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位，可调式地下帷幕6包括固定的地下墙61和可调式的闸门62两部分，可调式的闸门62与固定的地下墙61相间分布；可调式的闸门62设有闸室13，闸室13左右两侧与固定式地下墙61相连，上下游设置有多孔挡土墙11；闸室13内左右两侧设置有限位滑轨12，限制可调式的闸门62只能上下滑动；闸室13的上方设有起吊装置10，包括顶柱101、吊索102、顶座103和起吊机104，吊索102的一端连接可调式的闸门62的顶端，另一端连接设置在顶座103上的起吊机104，顶座103通过两根顶柱101固定安装在闸室13上方。

S1：根据滨海地区的水文地质条件，确定海水区域1、海平面2、地下含水层区域3、地表9范围、地下含水层中淡水4区域、地下水位5、底层不透水基岩8及海水入侵区域。

S2：根据海水入侵区域，选择可调式地下帷幕6建设位置，可调式地下帷幕6需完全切断海水入侵区域，可调式地下帷幕6上部修建至地表9，底部修建至底层不透水基岩8，地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位；地下帷幕是一道直立的墙体，直接将地下水与入侵的地下咸水隔开，可阻断海水入侵路径，防止污染上游地下水，保证沿海地区淡水供给量。同时，可调式地下帷幕可阻断上游地下水向海水***，增大地下水库储量。

S3：在地下水流上游地区设置地下水位监测井7，用于随时观察地下水位；

S4：可调式地下帷幕6包括固定的地下墙61和可调式的闸门62两部分，可调式的闸门62与固定的地下墙61相间分布；

S5：可调式的闸门62设有闸室13，闸室13左右两侧与固定式地下墙61相连，上下游设置有多孔挡土墙11，可以防止地下含水层介质随水流进入闸室内；

S6：闸室13内左右两侧设置有限位滑轨12，限制可调式的闸门62只能上下滑动；

S7：闸室13的上方设有起吊装置10，包括顶柱101、吊索102、顶座103和起吊机104，吊索102的一端连接可调式的闸门62的顶端，另一端连接设置在顶座103上的起吊机104，顶座103通过两根顶柱101固定安装在闸室13上方；

S8：根据当地气象和水文地质情况，确定地下水位警戒值，日常状态下，可调式的闸门62为关闭状态；当监测井内的地下水位高于警戒值时，及时开启可调式的闸门62***地下水，避免地下水位过高，引起土壤盐渍化，地下淡水***的同时，可冲刷地下帷幕建立后残留的海水。当地下水位降低并稳定于警戒值以下时可关闭可调式的闸门62。

固定的地下墙61采用高压喷射灌浆法、振动沉模法、射水法、液压抓斗法、套井回填法中的一种施工方法。

青岛市大沽河流域南端某靠近海洋的地下海水入侵区域，调查大沽河入海口海平面、此区域地下水位、含水层区域、底部不透水基岩区域及海水入侵区域。选取研究区地下含水层总长为1km，宽度为1km，深度为海平面以下10m，含水层底部基岩不可渗透。含水层的水力传导系数为52m/d，孔隙率为0.3。以底部不透水基岩为基准，地下水位高度为8.5m，比海水水位高0.5m。

结合青岛市大沽河流域南端某靠近海洋的地下海水入侵区域的水文参数，采用Modflow软件模拟本发明设计可调式地下帷幕条件下，地下帷幕距离海水边界的距离为215m，可调式地下帷幕贯穿整个含水层，上部修建至地表，底部修建至底层不透水基岩，墙体的高度略高于当地海平面最高潮位。模拟的可调式地下帷幕的宽度为1km，在地下帷幕固定的地下墙等间距设置10个可调式闸门，每个闸门的宽度为5m。可调式闸门采用预制构件，选取闸门上游方向约50m位置作为地下水位监测井的位置。模拟由连续降雨引发的地下水位上升情况，地下水位超过日常水位约0.47m后，开启闸门观察地下水位的下降情况，当水位降至日常水位后关闭闸门。地下水位的变化情况见图4。

由图4可知，在闸门关闭的状态下，前20d内在降雨入渗的影响下，地下水位由8.5m逐渐升值8.97m。20d时开启闸门后，地下水位逐渐下降，第60d时降至8.5m，关闭闸门后地下水位保持不变。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕，其特征在于,所述可调式地下帷幕上部修建至地表（9），底部修建至底层不透水基岩（8），地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位，可调式地下帷幕（6）包括固定的地下墙（61）和可调式的闸门（62）两部分，可调式的闸门（62）与固定的地下墙（61）相间分布；可调式的闸门（62）设有闸室(13)，闸室13左右两侧与固定式地下墙（61）相连，上下游设置有多孔挡土墙（11）；闸室（13）内左右两侧设置有限位滑轨（12），限制可调式的闸门（62）只能上下滑动；闸室（13）的上方设有起吊装置（10）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕,其特征在于,所述起吊装置（10）包括顶柱（101）、吊索（102）、顶座（103）和起吊机（104），吊索（102）的一端连接可调式的闸门62的顶端，另一端连接设置在顶座（103）上的起吊机（104），顶座（103）通过两根顶柱（101）固定安装在闸室（13）上方。

3.一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕的施工方法，具体包括以下步骤：

S1：根据滨海地区的水文地质条件，确定海水区域（1）、海平面（2）、地下含水层区域（3）、地表（9）范围、地下含水层中淡水（4）区域、地下水位（5）、底层不透水基岩（8）及海水入侵区域；

S2：根据海水入侵区域，选择可调式地下帷幕（6）建设位置，可调式地下帷幕（6）需完全切断海水入侵区域，可调式地下帷幕（6）上部修建至地表（9），底部修建至底层不透水基岩（8），地下帷幕墙体的高度略高于当地海平面最高潮位；

S3：在地下水流上游地区设置地下水位监测井（7），用于随时观察地下水位；

S4：可调式地下帷幕（6）包括固定的地下墙（61）和可调式的闸门（62）两部分，可调式的闸门（62）与固定的地下墙（61）相间分布；

S5：可调式的闸门（62）设有闸室（13），闸室（13）左右两侧与固定式地下墙（61）相连，上下游设置有多孔挡土墙（11），可以防止地下含水层介质随水流进入闸室内；

S6：闸室（13）内左右两侧设置有限位滑轨（12），限制可调式的闸门（62）只能上下滑动；

S7：闸室（13）的上方设有起吊装置（10），包括顶柱（101）、吊索（102）、顶座（103）和起吊机（104），吊索（102）的一端连接可调式的闸门62的顶端，另一端连接设置在顶座（103）上的起吊机（104），顶座（103）通过两根顶柱（101）固定安装在闸室（13）上方；

S8：根据当地气象和水文地质情况，确定地下水位警戒值，日常状态下，可调式的闸门（62）为关闭状态；当监测井内的地下水位高于警戒值时，及时开启可调式的闸门（62）***地下水，避免地下水位过高，引起土壤盐渍化；由于水位差地下水通过可调式的闸门（62）排向海洋，同时可驱退下游入侵的咸水，防止开闸时咸水趁机侵入地下水库，污染地下水水质；当地下水位降低并稳定于警戒值以下时可关闭可调式的闸门（62）。

4.根据权利要求3所述的一种适用于滨海地下水库的可调式地下帷幕的施工方法,其特征在于,所述固定的地下墙（61）采用高压喷射灌浆法、振动沉模法、射水法、液压抓斗法、套井回填法中的一种施工方法。