[发明专利]一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统及排水方法

说明书

技术领域

本发明属于边坡排水技术领域，具体涉及一种免动力的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统和排水方法，特别适用于降雨丰富地区的堆积土边坡排水。

背景技术

降雨入渗引起边坡体地下水位上升，可能诱发滑坡灾害。及时排出坡体地下水，将坡内地下水位控制在安全水位面以下，对防止滑坡灾害发生具有重要意义。虹吸排水具有免动力和流动过程由液位变化自动控制的物理特性，非常适合坡体地下水位控制的需要。虹吸的扬程是指虹吸上水管中液体从最低处抬升至最高处的垂直高度。在一个大气压的条件下，自然虹吸所能带动的最大水柱高度约为10.24m，即自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m。边坡虹吸排水有两个显著的特征：(1)坡体地下水一般埋深较大，需要采用高扬程虹吸，而这是低扬程虹吸难以做到的；(2)旱季长期无水，虹吸管会经历很长的停流期。

液体中一般溶解有气体，定温下液体中的气体溶解度与该气体在液面上的平衡分压成正比，而虹吸管内液体的压力随距管口液面的高程增大而逐渐减小。发明人通过大量的实验发现，扬程在5m以上的高扬程时，因虹吸管内低压环境会使溶于水的空气大量释放形成气泡，从而在高扬程虹吸系统顶部出现空气段(如图1所示)。因虹吸管内压力降低而析出空气形成的气泡，如果不能在虹吸排水过程中使析出的气泡随水流排出，势必会造成虹吸管顶部空气的不断积聚而造成虹吸过程中断。由于高扬程虹吸管内压力变化大，空气析出作用强烈。因此，低扬程虹吸与高扬程虹吸存在着物理条件的根本性差别。

目前的虹吸应用中，除水利工程涉及扬程在5m以上的高扬程虹吸外，一般只涉及低扬程虹吸。水利工程上的高扬程输水，通常在虹吸管的顶部设置排气装置(例如排气阀)，以防止虹吸管的顶部发生空气积累而破坏虹吸过程，不适用于边坡高扬程虹吸排水。发明人通过大量的实验发现，扬程在5m以下的低扬程虹吸，为保证虹吸的长期有效，一般通过控制虹吸出水端和进水端在同一海拔高程以保证进水端的水不被抽干，而保证排水过程顺利进行。该法由于虹吸进水端、出水端在同一海拔高程，虹吸流速较慢，排水效果欠佳。

高扬程虹吸存在需要克服的空气积累的技术问题。水中溶解有空气，其溶解度与压力成正比，高扬程虹吸管顶附近的低压环境，必然导致大量空气释放。并且，由于降雨的间歇性，导致坡体中的地下水位时涨时落，因此，边坡虹吸排水是一个间歇性过程，当间歇时间过长时，虹吸管内会产生空气积累，如图2所示的上水管顶部空气段长度h随时间变化曲线图可知，上水管顶部空气段长度h会随时间明显增大。

在上水管顶部空气段长度h较大的情况下，虹吸进水口水位需要大幅上升才能重新自动恢复虹吸，其结果可能因坡体地下水位大幅上升而发生滑坡，失去边坡虹吸排水的本来意义。因此，对于高扬程虹吸排水，经常性进行虹吸启动是十分必要的，可防止虹吸管内产生过多的空气积累，保障虹吸持续有效。人工启动虹吸维护工作量大、启动虹吸的合理时机选择困难。

目前的边坡排水中使用的低扬程虹吸排水系统，一般做法是地下水位上升至一定高度才启动虹吸排水系统，排水缺乏先期预警能力。地下水的抬升往往滞后于降雨，若无法及时排出，会造成坡体地下水位大幅上升而发生滑坡，在发生降雨初期就使虹吸排水系统处于一个警戒状态是实现高效及时排水、避免山体滑坡的先决条件。

发明内容

本发明的目的是针对现有虹吸技术中的缺陷，提供一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统，所述的虹吸排水系统能实现虹吸扬程在5m以上，充分利用了高扬程虹吸的优点，克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题，可以无需排气装置(例如排气阀)，无需人力物力自动排水，自动恢复，保持长期稳定有效；能够在降雨初期就自动使排水系统启动，处于一个随时可排水的警戒状态；并且，可以设置虹吸管进出水口高差保证较高的虹吸流速，实现高效及时排水。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统，所述的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统包括自动排水系统与自动恢复系统，其中：

所述的自动排水系统包括高扬程虹吸排水管；所述的高扬程虹吸排水管用于在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸，实时排出坡体内地下水，控制边坡地下水位在安全水位以下，所述的自动排水系统包括多根高扬程虹吸排水管；