水利水电工程施工期基坑降水系统的设计与运行

水利水电工程施工常涉及深大基坑开挖，地下水位控制成为影响施工顺利与结构安全的重要因素。基坑降水系统能够通过降低地下水位和削减渗透压力，确保坑壁稳定和施工环境可控。然而，由于水文地质条件复杂，降水设计和运行管理面临多种挑战，需要在技术选择、系统布置和运行调控等方面进行深入研究。通过科学的设计和高效的运行，可以实现基坑安全、经济与环保的统一目标。

一、基坑降水系统设计的关键要素

（一）水文地质条件对降水设计的影响

水文地质条件是基坑降水设计的核心依据，不同地区的地下水类型、含水层厚度、渗透系数以及水位埋深都会直接影响降水方式的选择和系统规模。砂层和卵石层因渗透系数大，需要设置大口径降水井以保证排水效果，而粉质黏土或低渗透性土层则更适合采用轻型井点或深井泵的组合方式。若基坑周边存在承压水层，降水设计需考虑减压井布置，以防止突涌和管涌等不良地质现象。基坑开挖深度与地下水位差异越大，降水系统的设计规模与运行难度也越高，需通过详细的地质勘察来确定合理参数。

（二）降水井布置与排水能力计算方法

降水井的布置形式和排水能力直接决定降水系统运行效果。布井位置需要根据基坑平面形状、开挖深度和水文地质条件综合确定，常采用环状布置、梅花形布置或集中布置方式，以确保井群降水形成有效的降水帷幕。井深和井径需与含水层厚度及渗透特性相匹配，通过抽水试验获取参数，为排水能力计算提供依据。排水能力的计算通常基于地下水动力学原理，结合杜普依公式或经验公式，确定单井与群井的出水量，从而保证降水后水位能够降至基坑底标高以下一定安全距离。在布置设计中还需兼顾施工便利性与经济性，避免因过度抽水造成周边沉降和不必要的能耗，确保降水效果与环境安全的平衡。

（三）防渗措施与系统设计优化

防渗措施是基坑降水系统的重要补充，能够有效防止渗流破坏与水土流失。常见方法包括设置地下连续墙、帷幕灌浆和钢板桩支护，这些措施可以形成隔水屏障，减少地下水对基坑的渗透压力。对于渗透性较强的地层，还需在降水井周边采用粘土回填或化学注浆加固，以增强防渗效果。在系统设计优化方面，应根据基坑规模和施工周期合理确定井点数量和排水能力，避免因设计冗余增加成本。通过引入信息化监测手段，实时掌握地下水位变化情况，可以在运行中及时调整抽水量，实现节能与安全的双重目标。防渗措施与优化设计的结合，使降水系统能够在保障基坑稳定的同时，降低环境风险并提高整体施工效率。

二、基坑降水系统运行的管理策略

（一）运行监测与动态调控方法

基坑降水系统运行过程中必须依靠完善的监测与动态调控手段，以确保水位控制和基坑稳定。监测内容包括地下水位、抽水流量、井点水压以及基坑周边地质体的应力变化，这些数据可通过水位计、流量计和压力传感器实时获取。监测数据的动态分析能够帮助管理人员及时判断降水效果，并根据实际情况调整抽水量与运行方式，避免过度降水引发地层沉降。动态调控方法要求结合施工进度和水文变化，灵活安排抽水时间和强度，保持地下水位在安全范围内。通过建立监测预警机制，可以在水位异常或设备运行异常时发出警报，确保问题被及时发现并处理。有效的监测与调控不仅能提高降水系统运行效率，还能为施工安全提供可靠保障。

（二）降水过程中的环境与地表沉降控制

基坑降水运行不仅涉及地下水位控制，还直接影响周边环境和地表沉降。地下水位过度下降会导致土体结构失稳，出现地表不均匀沉降，从而危及邻近建筑物与道路安全。为降低这一风险，需要在基坑周边布设沉降监测点和地表变形观测仪，实时掌握沉降速率与范围，并在超出预警值时及时采取调整措施。控制沉降的有效手段包括优化抽水速率、分区分级降水以及在必要时实施回灌措施，以保持地层水位平衡。降水过程中还应重视对周边生态环境的保护，避免地下水资源被过度消耗或水质发生劣化。通过科学的环境控制措施，能够实现降水施工与周边环境的协调统一，减少不良影响，保障工程与环境的共同安全。

（三）运行中的设备维护与节能措施

降水系统运行依赖泵站、管路、阀门和监测设备的高效运转，设备维护是保障系统长期稳定的关键。运行期间需要对泵体进行定期检修，检查电机和轴承的工作状态，及时更换磨损部件，避免因设备故障导致系统停运。管路与阀门需定期清理淤积，确保水流畅通，防止堵塞或泄漏影响抽水效率。维护过程中还应配合能耗监测，合理安排抽水周期和设备启停时间，以减少能源浪费。节能措施包括采用高效水泵、设置变频调速控制系统和优化排水路径，这些手段可以在保证降水效果的同时降低运行成本。通过建立设备维护档案和能耗统计制度，不仅能提高降水系统运行的可靠性，还能推动系统向绿色低碳方向发展。

（四）信息化技术在系统运行中的应用

信息化技术在基坑降水系统运行中的应用，使管理水平显著提升。通过物联网传感器和无线数据传输设备，可以实现对水位、流量和设备状态的实时采集和远程传输，避免人工监测的滞后性与局限性。数据汇总进入信息化管理平台后，可利用大数据分析与人工智能算法，对水位变化趋势进行预测，为运行调控提供科学依据。信息化平台能够实现多点同步监控，使管理人员随时掌握不同区域的运行情况，并快速定位潜在隐患。结合移动终端，监控数据和报警信息可以实时推送，提升应急反应速度。信息化技术还可以与 BIM 模型和三维 GIS 结合，将降水系统与基坑施工全过程进行动态可视化管理，为施工单位和监理方提供直观的运行支持。信息化的全面应用，为降水系统的安全运行提供了技术保障。

（五）突发情况的应急处置与风险防控

基坑降水系统在运行中可能面临暴雨洪水、泵站故障、管路破裂或电力中断等突发情况，应急处置与风险防控能力直接关系到施工安全与周边环境稳定。应急处置需要建立完善的预案体系，明确各类突发事件的响应程序与责任分工，确保人员和物资能够在最短时间内到位。常见措施包括配备备用水泵、发电设备和应急排水通道，以便在主系统失效时迅速恢复降水功能。风险防控需要在运行前进行全面的风险评估，识别可能的薄弱环节，并通过冗余设计和多重保障措施降低风险发生概率。运行中通过实时监测与预警机制，可以在灾害或设备故障发生前获取信号，提前采取控制措施。科学的应急与防控体系能够有效避免险情扩大，保障基坑施工和周边环境的安全稳定。

三、结束语

基坑降水系统在水利水电工程施工中的作用不仅体现在施工安全保障方面，更关系到工程整体质量与周边环境的稳定性。通过科学的设计能够因地制宜地确定降水方式与布置形式，使系统具备良好的适应性与经济性。在运行阶段，通过监测、调控和维护相结合的方式，可以确保降水效果稳定持久，并有效降低能耗和运行成本。新技术的引入为系统运行的智能化与精细化提供了条件，使风险防控更加主动和高效。

参考文献：

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