淺析坎兒井破壞原因及加固形式

房晨

（新疆吐魯番地區世行項目辦 吐魯番市 873000）

坎兒井是新疆勞動人民根據當地自然條件創造的一種古老地下引水建筑物，至今已有兩千多年的歷史，主要提供居民飲用水和灌溉，是一個較完整的原始輸水系統，主要由豎井、輸水明渠、暗渠和儲水池組成。人們利用當地的地下水的坡降和地面坡度相差較小的地形條件和當地土質為砂礫和粘土膠結、質地結實的地質條件，開挖井水坎。把豐富的地下水引向地面，使沙漠變成了綠洲。由于坎兒井是地下暗渠輸水系統，水質好，飲用非常安全；又不受風沙、季節影響；蒸發量小，比其它地表渠系建筑物經濟、有效；流量、水文穩定，可供干旱地區農田常年自流灌溉，因此，坎兒井被稱為中國生態工程,還被譽為與萬里長城、京杭大運河齊名的中國古代三大工程之一。

1 衰退狀況

20世紀中葉以來，古老的坎兒井由于工程艱巨、勞動量大而被其他輸水建筑物取代，就拿坎兒井故都——吐魯番來說。20世紀以來，新疆吐魯番地區開始大量修建防滲渠道，其經濟發展所依賴的水源結構發生了改變，據調查，1950年新疆共有坎兒井1784條之多，年出水量6.826億m3，灌溉面積達到2.42萬hm2（36.30萬畝），其中吐魯番地區占據最多，坎兒井數量、出水量和灌溉面積分別占全新疆坎兒井的69.3%、48.5%、52.1%。到2003年，全新疆有水的坎兒井僅存614條，已干涸的有1170條（完全干涸的有909條，消失了261條），具體變化見附圖。

從附圖可以看出，在短短的56年內，吐魯番坎兒井有水且在使用的，已經減少了近千條，也就是每年減少15條，如果照這樣發展下去，坎兒井再過23年就沒有了，素有“地下萬里長城”之稱的坎兒井就將從此消亡了。

附圖 近幾十年來吐魯番地區有水坎兒井情況統計

2 破壞原因

2.1 外界環境因素

（1）地下水不合理的開發利用。

●各地區爭打淺井，導致坎兒井水源被掠奪。

●機井建設總體規劃不合理，造成地下水位下降。為了開采地下水，在坎兒井附近打機井抽水，加速坎兒井渠水區地下水位下降，造成坎兒井的補給水源減少或斷流，最終大量坎兒井干枯。在吐魯番地區，機電井一般打（60～80）m，便可見水，現在打到100m都見不到水。

（2）區域地下水超采嚴重。

近幾十年來，隨著新疆人口急劇增加，耕地面積擴大，居民飲用和農業灌溉對水資源的需求增大，吐魯番機電井數量在“十五”期間增加了797眼，其中鄯善縣增加了452眼，灌溉面積由1995年的73333.3hm2增長到現在的88000hm2，機電井提水量達到6.45億m3／a，但區域水資源有限，所以地下水長期處于超采狀態，特別是吐魯番市勝金鄉、二三堡鄉一帶和鄯善縣火焰山南部魯克沁一帶，地下水位在10年之間下降超過了25m，超采量高達3.0億m3以上，大部分坎兒井因此截流。

（3）地表地下水資源開發利用模式不協調。

近年來，為了地表水資源的開發利用，在河流上游修建水利工程，不顧客觀規律，不顧地表水和地下水的協調，把大部分水徑流直接引向下游，破壞了原有的水資源平衡，對坎兒井的運行環境很不利。例如，柯柯牙水庫和坎兒基水庫，大壩截流后，下游水源便出現問題了，導致其下游附近近百條坎兒井出現生存危機；部分水利建筑物直接把水引到下游灌區，也減少了坎兒井的水源補給。

（4）油田開發的影響。

一方面，隨著油田開發力度增加，吐魯番每年為此用去其盆地500萬m3的地下水，地下水被大量抽走，坎兒井水源間接受到影響，另一方面，在坎兒井附近鉆油井，坎兒井水質受到污染，嚴重影響到坎兒井提供居民飲用水和農業灌溉的利用價值。

(4) 可靠性.懸掛豎直載荷恒為83.75 kN,同理對其做有限元分析,得到危險部位應力為141 MPa,發生在框架上(Q345鋼,屈服強度為345 MPa),依據機械式懸掛計算可靠度,可得此懸掛的可靠度T=Φ(β)=Φ(8.2)=100%.

（5）管理和技術不善。

●坎兒井開鑿方法原始，勞動強度大，施工條件差，工作危險性大，青年人都不愿從事這艱苦的行業，而當地居民排斥外來人員，堅持要本地人員組成施工隊伍，造成施工和維修的技術人員短缺。

●坎兒井工程是一種民間工程，自生自滅，國家投入資金、人力、物力較少，造成坎兒井開鑿、維修等施工技術依然停留在陳舊落后的水平。

（6）政府和居民對坎兒井沒有給予應有的重視。

當地群眾環境保護意識薄弱，亂倒垃圾、廢物，污染了坎兒井的水源，另外，由于政府沒有給予坎兒井充分重視，管理不到位，重新建設、維護、恢復坎兒井工作需要資金未到位，造成部分坎兒井常年無人維護、維修，最后出現坍塌、阻塞等現象。

（7）植被減少。

近年來，隨著吐魯番地區的人口增多和水利建設需求的增大，人們修建了很多防滲渠道和人工湖，為了擴大耕地面積，開墾樹林，嚴重破壞了原有的地表覆蓋性植物，破壞了生態環境，造成土壤含水率減少，最終造成地下水位降低。

2.2 自身結構缺陷

（1）不能滿足目前水利建設的要求。

坎兒井本身存在缺陷，越來越不能滿足目前水利建設的要求：①坎兒井開采的是淺層地下水，這一構造特點決定了坎兒井對地下水位變化適應性很差，一旦地下水位下降，便造成坎兒井的水源減少或截流，甚至干涸；②坎兒井可自流灌溉，但無法控制，造成冬季水資源得不到充分利用而浪費，還造成下游出現不良的生態環境——土壤次生鹽漬化；③由于坎兒井暗渠基礎性多為砂質和土質，使得寶貴的水資源在輸水段滲漏嚴重，一旦未采取及時的防護措施，暗渠內便可能會有發生坍塌，造成坎兒井暗渠堵塞。

坎兒井開鑿、施工、維修方法原始，出水量少，成本高，易坍塌，加上無修正的往上延伸了，豎井也越來越深，不利于坎兒井的維修和保護。

（3）豎井易坍塌、暗渠易淤堵。

由于坎兒井深埋于地下，而許多坎兒井豎井口沒有封堵或封堵不嚴密，隨著冬季寒流進入，開春凍融使得暗渠出口段和豎井口集中坍塌破損嚴重，進而坎兒井水量減少，利用效率明顯降低。

（4）坡度不合理。

許多現有的坎兒井是根據過去的地下水位而修建的，而近幾十年來地下水位不斷下降，導致井內坡度不合理，有些井的坡度大于1／500，而居民又對井口冬季加固加蓋缺乏重視，導致沖刷嚴重，易造成倒塌堵塞，致使坎兒井水量減少。

3 加固形式

隨著經濟的快速發展，人們對水資源開發力度加大，水資源缺乏的矛盾將日益突出 （吐魯番地區年降水量僅16mm，嚴重缺水），地下水位的下降趨勢將難以逆轉，所以我們必須采取強力有效的加固形式來保護坎兒井這一傳統文化水資源。

3.1 暗渠防護加固

目前暗渠支護主要有城門形漿砌石拱支法、預制混凝土板支護、橢圓形混凝土涵管防護三種形式。

（1）城門形漿砌石拱支法。

城門形漿砌石拱支法斷面為城門形狀，采用漿砌石襯砌，如果當地粗骨料儲藏豐富，可以就地取材，這樣比較經濟，但是由于坎兒井工程施工是在地下進行，而漿砌石體積較大，這樣施工比較困難。

（2）預制混凝土板支護。

預制混凝土板支護采用兩塊預制板拼接而成，具有施工方便，施工條件好，清淤、維護容易等優點，但受力條件差，對混凝土板的強度要求高。

（3）橢圓形混凝土涵管防護。

目前常用的是橢圓形混凝土涵管防護，因為這種形式具有受力均勻，施工拼接安裝相對容易，抗壓性能好，便于檢查。其中加固措施有：①為了防止橢圓形斷面相鄰兩塊混凝土管發生相對錯動移位，在混凝土管中部和底部設置凹槽和凸塊，凹槽高度6cm，深度6cm，寬度8cm，凸塊寬5cm，高5cm，長度8cm，便于相鄰兩個混凝土管之間相互咬合對齊，注意的是要在凸塊和凹槽之間留一定縫隙，便于施工安裝。②在混凝土附近配置鋼筋網來保證混凝土管的安全穩定。

3.2 豎井防護加固

（1）預制鋼筋混凝土圓環。

第一節鋼筋混凝土圓環采用內徑d=0.8m，外徑D= 1.1m，高度h=0.3m，壁厚a=0.15m的預制鋼筋混凝土圓環作為井座，井座內嵌入半徑為d=0.45m的圓形鋼筋混凝土板，其它圓環采用外徑D=0.96m，壁厚a=0.08m預制鋼筋混凝土圓環對豎井口進行保護的措施。環內配有鋼筋網以加強強度。此種方式具有受力條件好，制作工藝簡單等優點，但施工比較困難，運行管理不方便。

（2）矩形預制鋼筋混凝土板。

假設豎井口凈尺寸長×寬=1.5m×0.6m，可以采取矩形預制鋼筋混凝土板對豎井口進行防護，鋼筋混凝土板長邊尺寸可以取長×寬×厚=1.66m×0.3m×0.08m，短邊尺寸可以取長×寬×厚=0.78m×0.3m×0.08m，長邊和短邊互相穿插，互相制約，并且在板內配有鋼筋網以加強強度，另外，蓋板采用長×寬×厚=0.8m×0.7m×0.06m的鋼筋預制混凝土板。這種方式具有施工方便，制作工藝簡單，受力條件好，運行管理方便等優點。

3.3 其 它

（1）在坎兒井保存完好的典型地區，采取引水回灌的方式，來抬升局部地下水位，保障坎兒井的運行環境。

（2）將坎兒井列入農業水利的一部分進行維修保養。（3）合理調整坎兒井內坡度，通過深挖和延伸廊道以增加水量。

（4）對井內容易倒塌的流沙層和下游井口進行永久性加固，這樣既可防倒塌，又可防滲漏。

4 結 語

拯救、恢復和發展坎兒井輸水系統是我們地下水工作者的義務和責任，功在當代利在千秋，我們必須對其給予充分重視，實施科學的工程化管理，實行水庫、機井、坎兒井聯合開發、統一調度，使坎兒井從民間工程走向現代化、正規化。

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