浅析坎儿井破坏原因及加固形式

房晨

（新疆吐鲁番地区世行项目办 吐鲁番市 873000）

坎儿井是新疆劳动人民根据当地自然条件创造的一种古老地下引水建筑物，至今已有两千多年的历史，主要提供居民饮用水和灌溉，是一个较完整的原始输水系统，主要由竖井、输水明渠、暗渠和储水池组成。人们利用当地的地下水的坡降和地面坡度相差较小的地形条件和当地土质为砂砾和粘土胶结、质地结实的地质条件，开挖井水坎。把丰富的地下水引向地面，使沙漠变成了绿洲。由于坎儿井是地下暗渠输水系统，水质好，饮用非常安全；又不受风沙、季节影响；蒸发量小，比其它地表渠系建筑物经济、有效；流量、水文稳定，可供干旱地区农田常年自流灌溉，因此，坎儿井被称为中国生态工程,还被誉为与万里长城、京杭大运河齐名的中国古代三大工程之一。

1 衰退状况

20世纪中叶以来，古老的坎儿井由于工程艰巨、劳动量大而被其他输水建筑物取代，就拿坎儿井故都——吐鲁番来说。20世纪以来，新疆吐鲁番地区开始大量修建防渗渠道，其经济发展所依赖的水源结构发生了改变，据调查，1950年新疆共有坎儿井1784条之多，年出水量6.826亿m3，灌溉面积达到2.42万hm2（36.30万亩），其中吐鲁番地区占据最多，坎儿井数量、出水量和灌溉面积分别占全新疆坎儿井的69.3%、48.5%、52.1%。到2003年，全新疆有水的坎儿井仅存614条，已干涸的有1170条（完全干涸的有909条，消失了261条），具体变化见附图。

从附图可以看出，在短短的56年内，吐鲁番坎儿井有水且在使用的，已经减少了近千条，也就是每年减少15条，如果照这样发展下去，坎儿井再过23年就没有了，素有“地下万里长城”之称的坎儿井就将从此消亡了。

附图 近几十年来吐鲁番地区有水坎儿井情况统计

2 破坏原因

2.1 外界环境因素

（1）地下水不合理的开发利用。

●各地区争打浅井，导致坎儿井水源被掠夺。

●机井建设总体规划不合理，造成地下水位下降。为了开采地下水，在坎儿井附近打机井抽水，加速坎儿井渠水区地下水位下降，造成坎儿井的补给水源减少或断流，最终大量坎儿井干枯。在吐鲁番地区，机电井一般打（60～80）m，便可见水，现在打到100m都见不到水。

（2）区域地下水超采严重。

近几十年来，随着新疆人口急剧增加，耕地面积扩大，居民饮用和农业灌溉对水资源的需求增大，吐鲁番机电井数量在“十五”期间增加了797眼，其中鄯善县增加了452眼，灌溉面积由1995年的73333.3hm2增长到现在的88000hm2，机电井提水量达到6.45亿m3／a，但区域水资源有限，所以地下水长期处于超采状态，特别是吐鲁番市胜金乡、二三堡乡一带和鄯善县火焰山南部鲁克沁一带，地下水位在10年之间下降超过了25m，超采量高达3.0亿m3以上，大部分坎儿井因此截流。

（3）地表地下水资源开发利用模式不协调。

近年来，为了地表水资源的开发利用，在河流上游修建水利工程，不顾客观规律，不顾地表水和地下水的协调，把大部分水径流直接引向下游，破坏了原有的水资源平衡，对坎儿井的运行环境很不利。例如，柯柯牙水库和坎儿基水库，大坝截流后，下游水源便出现问题了，导致其下游附近近百条坎儿井出现生存危机；部分水利建筑物直接把水引到下游灌区，也减少了坎儿井的水源补给。

（4）油田开发的影响。

一方面，随着油田开发力度增加，吐鲁番每年为此用去其盆地500万m3的地下水，地下水被大量抽走，坎儿井水源间接受到影响，另一方面，在坎儿井附近钻油井，坎儿井水质受到污染，严重影响到坎儿井提供居民饮用水和农业灌溉的利用价值。

(4) 可靠性.悬挂竖直载荷恒为83.75 kN,同理对其做有限元分析,得到危险部位应力为141 MPa,发生在框架上(Q345钢,屈服强度为345 MPa),依据机械式悬挂计算可靠度,可得此悬挂的可靠度T=Φ(β)=Φ(8.2)=100%.

（5）管理和技术不善。

●坎儿井开凿方法原始，劳动强度大，施工条件差，工作危险性大，青年人都不愿从事这艰苦的行业，而当地居民排斥外来人员，坚持要本地人员组成施工队伍，造成施工和维修的技术人员短缺。

●坎儿井工程是一种民间工程，自生自灭，国家投入资金、人力、物力较少，造成坎儿井开凿、维修等施工技术依然停留在陈旧落后的水平。

（6）政府和居民对坎儿井没有给予应有的重视。

当地群众环境保护意识薄弱，乱倒垃圾、废物，污染了坎儿井的水源，另外，由于政府没有给予坎儿井充分重视，管理不到位，重新建设、维护、恢复坎儿井工作需要资金未到位，造成部分坎儿井常年无人维护、维修，最后出现坍塌、阻塞等现象。

（7）植被减少。

近年来，随着吐鲁番地区的人口增多和水利建设需求的增大，人们修建了很多防渗渠道和人工湖，为了扩大耕地面积，开垦树林，严重破坏了原有的地表覆盖性植物，破坏了生态环境，造成土壤含水率减少，最终造成地下水位降低。

2.2 自身结构缺陷

（1）不能满足目前水利建设的要求。

坎儿井本身存在缺陷，越来越不能满足目前水利建设的要求：①坎儿井开采的是浅层地下水，这一构造特点决定了坎儿井对地下水位变化适应性很差，一旦地下水位下降，便造成坎儿井的水源减少或截流，甚至干涸；②坎儿井可自流灌溉，但无法控制，造成冬季水资源得不到充分利用而浪费，还造成下游出现不良的生态环境——土壤次生盐渍化；③由于坎儿井暗渠基础性多为砂质和土质，使得宝贵的水资源在输水段渗漏严重，一旦未采取及时的防护措施，暗渠内便可能会有发生坍塌，造成坎儿井暗渠堵塞。

坎儿井开凿、施工、维修方法原始，出水量少，成本高，易坍塌，加上无修正的往上延伸了，竖井也越来越深，不利于坎儿井的维修和保护。

（3）竖井易坍塌、暗渠易淤堵。

由于坎儿井深埋于地下，而许多坎儿井竖井口没有封堵或封堵不严密，随着冬季寒流进入，开春冻融使得暗渠出口段和竖井口集中坍塌破损严重，进而坎儿井水量减少，利用效率明显降低。

（4）坡度不合理。

许多现有的坎儿井是根据过去的地下水位而修建的，而近几十年来地下水位不断下降，导致井内坡度不合理，有些井的坡度大于1／500，而居民又对井口冬季加固加盖缺乏重视，导致冲刷严重，易造成倒塌堵塞，致使坎儿井水量减少。

3 加固形式

随着经济的快速发展，人们对水资源开发力度加大，水资源缺乏的矛盾将日益突出 （吐鲁番地区年降水量仅16mm，严重缺水），地下水位的下降趋势将难以逆转，所以我们必须采取强力有效的加固形式来保护坎儿井这一传统文化水资源。

3.1 暗渠防护加固

目前暗渠支护主要有城门形浆砌石拱支法、预制混凝土板支护、椭圆形混凝土涵管防护三种形式。

（1）城门形浆砌石拱支法。

城门形浆砌石拱支法断面为城门形状，采用浆砌石衬砌，如果当地粗骨料储藏丰富，可以就地取材，这样比较经济，但是由于坎儿井工程施工是在地下进行，而浆砌石体积较大，这样施工比较困难。

（2）预制混凝土板支护。

预制混凝土板支护采用两块预制板拼接而成，具有施工方便，施工条件好，清淤、维护容易等优点，但受力条件差，对混凝土板的强度要求高。

（3）椭圆形混凝土涵管防护。

目前常用的是椭圆形混凝土涵管防护，因为这种形式具有受力均匀，施工拼接安装相对容易，抗压性能好，便于检查。其中加固措施有：①为了防止椭圆形断面相邻两块混凝土管发生相对错动移位，在混凝土管中部和底部设置凹槽和凸块，凹槽高度6cm，深度6cm，宽度8cm，凸块宽5cm，高5cm，长度8cm，便于相邻两个混凝土管之间相互咬合对齐，注意的是要在凸块和凹槽之间留一定缝隙，便于施工安装。②在混凝土附近配置钢筋网来保证混凝土管的安全稳定。

3.2 竖井防护加固

（1）预制钢筋混凝土圆环。

第一节钢筋混凝土圆环采用内径d=0.8m，外径D= 1.1m，高度h=0.3m，壁厚a=0.15m的预制钢筋混凝土圆环作为井座，井座内嵌入半径为d=0.45m的圆形钢筋混凝土板，其它圆环采用外径D=0.96m，壁厚a=0.08m预制钢筋混凝土圆环对竖井口进行保护的措施。环内配有钢筋网以加强强度。此种方式具有受力条件好，制作工艺简单等优点，但施工比较困难，运行管理不方便。

（2）矩形预制钢筋混凝土板。

假设竖井口净尺寸长×宽=1.5m×0.6m，可以采取矩形预制钢筋混凝土板对竖井口进行防护，钢筋混凝土板长边尺寸可以取长×宽×厚=1.66m×0.3m×0.08m，短边尺寸可以取长×宽×厚=0.78m×0.3m×0.08m，长边和短边互相穿插，互相制约，并且在板内配有钢筋网以加强强度，另外，盖板采用长×宽×厚=0.8m×0.7m×0.06m的钢筋预制混凝土板。这种方式具有施工方便，制作工艺简单，受力条件好，运行管理方便等优点。

3.3 其 它

（1）在坎儿井保存完好的典型地区，采取引水回灌的方式，来抬升局部地下水位，保障坎儿井的运行环境。

（2）将坎儿井列入农业水利的一部分进行维修保养。（3）合理调整坎儿井内坡度，通过深挖和延伸廊道以增加水量。

（4）对井内容易倒塌的流沙层和下游井口进行永久性加固，这样既可防倒塌，又可防渗漏。

4 结 语

拯救、恢复和发展坎儿井输水系统是我们地下水工作者的义务和责任，功在当代利在千秋，我们必须对其给予充分重视，实施科学的工程化管理，实行水库、机井、坎儿井联合开发、统一调度，使坎儿井从民间工程走向现代化、正规化。

1 维吾尔·米努甫，吐尔逊·托呼提，乌斯曼·沙吾提.新疆的坎儿井研究[J].灌溉排水,1982 ,4 .

2 张焕德，吾甫尔·努尔丁.新疆坎儿井的来源及其发展[J].中国社会科学,1981 ,5 .

3 陈兰生，牛永绮.试论坎尔井的环境价值[J].新疆环境保护，1998 ，20 (4 )：48 -50 .

4 胡居红，杨树敏.浅谈吐鲁番地区坎儿井的利用与保护[J].新疆农业科学，2007 ，44 (S2 )：233 -235 .

5 坎儿井灌溉国际学术讨论会.干旱地区坎儿井灌溉国际学术讨论会文集[C].新疆人民出版社，香港文化教育出版社，1993 .

6 关东海，姜波，陈志卿.坎儿井暗渠和竖井防护措施及施工技术[J].西北水力发电，2005 ，21 (4 )：56 -59 .