井灌井排的优缺点

井灌井排是一种传统的灌溉方式，其优缺点如下：

优点：

1. 灌溉效果稳定：井灌井排相对于其他灌溉方式，能够提供稳定的水源，确保农作物得到充足的水分。

2. 适用性广泛：井灌井排不受地形和流域限制，可以在各种地形和土壤条件下使用。

3. 技术要求低：相对于其他高科技的灌溉方式，井灌井排技术要求较低，易于掌握和操作。

4. 经济成本低：与其他灌溉方式相比，井灌井排所需的设备和维护成本较低。

缺点：

1. 水资源有限：由于需要从地下提取水源进行灌溉，因此当地下水资源不足时会受到限制。

2. 能效低：由于在输送过程中存在大量的蒸发和渗漏损失，因此能效较低，需要更多的用水量来满足农作物生长需求。

3. 地质环境要求高：为了使井灌井排工作正常，需要具备良好的地质环境条件，并且需要定期进行维护和清理。

4. 污染风险高：当地下水源受到污染时，井灌井排会将污染物直接输送到农田中，对农作物的生长和人体健康都会造成威胁。

水源地的范围和取水建筑物的类型确定之后，怎样合理地布置取水建筑物，才能最有效地开采地下水并防止有害后果的产生，就成为最主要的工作。取水建筑物的合理布局主要指取水井平面和剖面上的布置（排列）形式及井间距离与井数的确定等。

（一）水井的平面布局

水井的平面布局主要决定于地下水允许开采量（可开采量）的组成性质及其运动形式。

（1）在地下径流条件良好的地区，为充分拦截地下径流，水井应布置成垂直地下水流向的井排形式。视地下水径流量的大小，可布置一排或数排。例如，我国许多山前冲洪积扇中、上部的水源地，主要靠上游地下水径流补给的河谷水源地，以及由一些巨大的阻水界面所形成的裂隙—岩溶水源地，多采用井排形式。如水源地的主要补给可能是地表水体时，则开采井排应平行于水体的延伸方向布置。在以河流季节补给为主、纵向坡度很缓的河谷潜水区，其开采井则应沿着河谷方向布置，视河谷宽度布置一至数个井排。当含水层四周被透水边界包围时，开采井也可以布置成环形、三角形、矩形等集中孔组形式。

（2）在地下径流滞缓的平原区，当开采量以含水层的储存量或垂向入渗补给量为主时，则开采井群一般布置成网格状、等边三角形（图11-12）、梅花形、圆形等形式。

（3）在岩层导、储水性能很不均匀的基岩裂隙分布区，水井的平面布局主要受富水带分布位置的控制，应把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上，而不必拘束于布井规则要求的布置形成。

（4）农田灌溉水井的布局，应均匀分布在整个灌区。

（二）水井的垂向布局

对于厚度不大（小于30m）的松散含水层和大多数基岩含水层，一般采用完整井（在整个含水层厚度取水），因此不存在垂向布局问题。

对于厚度大（大于30m）的含水层或含水组，可采用完整井取水或采用非完整井取水，或分段分层取水。

西安某水源地为大厚度冲湖积含水层，通过分段抽水试验得到过滤器长度（L）与水井出水量（Q）的关系曲线（图11-8）。由图可见，出水量随着滤水管长度的增大而急剧加大，但其增长率（ ）逐渐变小，当滤水管增加到一定长度，出水量基本不再增加（图11-9）。进行供水管井设计时，一般把 =0.5的滤水管长度（La）称为“过滤器的合理长度”，并以此作为取水设计的依据，它约占整个井出水量的90%～95%。

图11-8 出水量与滤水管长度关系（Q-L）曲线

图11-9 出水量增加强度与滤水管长度关系（ΔQ/ΔL-L）曲线

过滤器的合理长度还与水位降深、含水层厚度、渗透性、过滤器直径等因素有关，可根据抽水试验或用经验公式计算确定，一般为20～30m之间。

为了充分汲取大厚度含水层整个厚度上的地下水，可以在含水层不同深度上采取分段取水的方式。一般采用井组形式分段取水，井组通常由2～3眼井组成（图11-10），可布置成三角形或直线形，井间距一般为3～10m。相邻取水段之间的垂向间距（a）的确定原则是：即要减少垂向上的干扰强度，又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源，表11-2中列出了在不同含水层厚度条件下分段取水的垂向间距等的经验数据。实际资料表明，滤水管垂向间距在5～10m时，其垂向水量干扰系数（α= ×100%）一般都小于25%。完全可以满足设计的要求。

图11-10 分段取水井组布置示意图

实践证明，在透水性较好（中砂以上）的大厚度含水层中分段（层）取水，既可有效地开发地下水资源，又可节省建井投资（不用扩建或新建水源地），并能减轻浅部含水层的开采强度。根据实际开采资料，采用井组分段取水方法，水源地产水量可成倍增加。当然，井组分段取水也是有条件的，因为分段取水增加了单位面积上的取水强度，从而加大含水层的水位降深或加速区域地下水位的下降速度，因此，对补给条件不好的水源地，采用分段取水方法时要慎重。

表11-2 分段（层）取水井组配置参考资料表

（据《供水水文地质手册》，1983）

对有多个含水层的平原地区，应根据各层地下水情况，分层取水，浅、中、深合理配置井位。

（三）井数和井间距离的确定

在满足设计需水量的前提下，本着技术上合理，且经济、安全的原则，确定水井（井组）的数量与井间距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的地下水允许开采量（可开采量）或设计总需水量和井间距离，以及单井出水量的大小。

1.集中式供水水井的数量与井间距

集中式供水水井的数量与井间距，一般采用解析法井流公式或数值法计算确定。例如，用解析法计算时首先应根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、水量的大小及设计允许水位降深等已给定的条件，拟定出几个不同井数和井间距的开采方案，然后选用适合的公式计算每一布井方案的水井总出水量和指定点或指定时刻的水位降深，最好优选出水量和指定点水位降深均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求（一般要求水量减少系数小于20%～25%）、建设投资和开采成本最低的布井方案，即技术、经济最合理的井数与井距方案。

对于水井呈面状分布的水源地（多个井排或在平面上呈其他几何形式排列）的水源地，因各井同时工作时，得在井群分布的中心部位产生最大的干扰水位降深，故在确定该类水源地的井数时，除考虑所选用的布井方案能否满足设计需水量外，还应考虑中心点的水位是否超过设计的允许水位降深值。

2.分散式农田灌溉供水井的井数和井间距

农田灌溉供水井的布局，主要是确定合理的井间距离。考虑的主要原则是：单位面积上的灌水量必须与该范围内地下水的可开采量相平衡。力求将开采地下水时的井间干扰减到最小，以节省设备和动力，降低开采成本，充分发挥单井效益。其方法有以下几种：

（1）单井灌溉面积法。当地下水补给充足，资源丰富，能满足灌溉需水量要求、单井出水量又较大时，则可简单地根据需水量来确定井数与井距。首先，根据单井出水量计算单井保浇面积F（亩）

专门水文地质学

式中：F为单井保浇面积（亩）（1亩≈667m2）；Q为单井出水量（m3/h）；T为一次灌溉所需天数（d）；t为每天抽水时数（h）；η为渠系水有效利用系数；W为灌水定额（m3/亩·次）。

如果水井按正方网状布置（图11-11），则水井间距离D（m）应为：

专门水文地质学

如果水井按等边三角形排列（图11-12a），则每个井灌溉面积除以井为中心的6个小等边三角形外，还要承担中间空出的6个三角形三分之一的面积，因此，每口井实际控制灌溉面积为8个小等边三角形（图11-12b）。设每个小等边三角形的边长为R，井间距为D，且D=2R，每个小三角形面积（FΔ）为：FΔ= RSin60°·R= R2，则单井控制的总面积F（即8个小三角形面积）为：F=8FΔ=8· =2 ，故R= ，由于井间距离D=2R，把（11-1）式代入，并把F的单位由亩转换为m2，则按等边三角形布井时，井间距离D（m）的计算式为：

专门水文地质学

整个灌区内应布置的水井数（n）为：

专门水文地质学

式中：A为灌区的总面积（亩）；β为土地利用率；F为单井控制的面积（亩）。

从以上公式可见，用这种方法计算的井数和井距，主要决定于单井所控制的面积，在单井水量一定的条件下，单井控制面积大小决定于灌水定额。因此，应从平整土地，减少渠道渗漏，改进灌溉技术等方面来降低灌水定额。

图11-11 正方网状布井

图11-12 等边三角形布井示意图

（2）开采模数法。在地下水资源不太丰富的地区，为了保护地下水资源不至枯竭，须保护灌区内地下水量的收支平衡。因此，只能根据允许开采量（可开采量）来计算井数和井距，但不一定能保证满足全部土地灌溉所需的水量，不足部分，可用地表水或其他方法解决。

首先，根据该区含水层的允许开采模数Mb（m3/km2·a），计算1km2上的平均井数（N）为：

专门水文地质学

式中：N为1km2面积上的平均井数；Q为单井出水量（m3/h），T*为每年采水天数（d）；t为每天抽水时数（h），可根据区内地下水补给量与含水层面积之比确定，或根据类似井灌区开采量与稳定的开采水位降落漏斗面积之比确定。

当允许开采模数（Mb）已知时，亦可求出合理的井间距离（D）。如果水井按正方网状布置，则井间距离D（m）为：

专门水文地质学

如果水井按等边三角形排列，则井距D（m）为：

专门水文地质学

（3）根据抽水（或开采）试验确定井距：以上两种计算方法主要用于地下水资源量已查明的情况下。实际上，一个地区在开采地下水的初期阶段水资源状况往往尚未完全查明，在这种情况下，可进行抽水试验或开采试验，根据互相干扰影响的程度确定合理的井距，至少应将井距限制在多孔干扰抽水的出水量减少值不超过单井出水量的20%～25%，据此得出最小井距，指导地区打井。如果按允许最小井距布井后，开采水量若大于地下水允许开采量，则须人工补给地下水或地表水与地下水综合利用，或限量开采，以避免因消耗永久储存量引起地下水位持续下降，导致开采条件恶化和水资源枯竭等环境地质问题的发生。