CN105464166A - 一种岩溶山区水资源循环利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境技术领域，尤其涉及一种岩溶山区水资源循环利用系统，包括集储子系统包括在岩溶山区的山体的内部建立的地下水库，以及在山体的坡面建立的地表水库；输水子系统包括坡面输水管网、家庭输水管网和地下水动力输送管网，坡面输水管网在输水沿程利用分支水流膜技术坡面进行农业灌溉，家庭输水管网将经过慢滤处理的水向居民家庭传输，地下水动力输送管网抽取出地下暗河水后利用地下暗河水控制居民家庭的室内温度；净水子系统用于对岩溶山区的水资源进行净化和矿化；水质监测子系统包括水质数据采集传感器组和数据分析设备。本发明实现了对岩溶山区水资源的有效利用，提高了该地区水资源的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及环境技术领域，尤其涉及一种岩溶山区水资源循环利用系统。
背景技术
我国西南地区降水丰沛，水资源丰富，人均占有水量远高于全国水平，其中，岩溶山区具有大片的可溶岩，并且，生境基岩裸露，土体浅薄，竖井紧密，水分下渗严重，生境保水性差。但是，由于该区域多以山区为主，土地资源少，而且多呈小片散布在山丘区，土层薄瘠，水低田高，开发难度大，用水十分困难。同时，西南地区水资源开发利用程度很低，水资源开发利用率仅为10％，在一定程度上制约并影响到工农业的发展。在现有技术中，岩溶山区的供水系统多以引提水工程为主，然而，这些工程往往调蓄能力小、控制程度低，供水保障程度低，导致在干旱年份常出现缺水现象。
发明内容
本发明通过提供一种岩溶山区水资源循环利用系统，解决了现有技术岩溶山区的水资源利用率低的技术问题。
本发明实施例提供了一种岩溶山区水资源循环利用系统，包括：
集储水子系统，所述集储子系统包括在所述岩溶山区的山体的内部建立的地下水库，以及在所述山体的坡面建立的地表水库；
输水子系统，所述输水子系统包括坡面输水管网、家庭输水管网和地下水动力输送管网，其中，所述坡面输水管网在输水沿程利用分支水流膜技术所述坡面进行农业灌溉，所述家庭输水管网将经过慢滤处理的水向居民家庭传输，所述地下水动力输送管网抽取出地下暗河水后利用所述地下暗河水控制所述居民家庭的室内温度；
净水子系统，所述净水子系统用于对所述岩溶山区的水资源进行净化和矿化；
水质监测子系统，所述水质监测子系统包括水质数据采集传感器组和数据分析设备，其中，所述水质数据采集传感器组设置在所述水资源流经的监测管路内，所述水质数据采集传感器组采集到的水质数据传递至所述数据分析设备进行分析处理。
优选的，通过所述岩溶山区不同岩性地层叠覆处的褶皱区的截流形成所述地下水库。
优选的，通过在所述坡面设置汇水沟、蓄水沟和坡面集雨装置建立所述地表水库。
优选的，所述地下水动力输送管网以所述岩溶山区的天然落水洞为通道利用所述地下暗河水的动力势能所进行的冷热交替，抽取出所述地下暗河水后，使所述地下暗河水在所述居民家庭屋底铺设的水管中流动后再排入地下，以控制所述居民家庭的室内温度。
优选的，所述净水子系统利用改性沸石的逐层填充物作为粗滤池的滤料，且，利用三价铁离子改性沸石作为慢滤池的滤料。
优选的，所述水质数据采集传感器组包括水分传感器和/或温度传感器和/或负压传感器和/或电导率传感器。
优选的，所述坡面集雨装置包括集雨柜身、扇叶顶盖、输水管道、压力传感器和阀门；
所述扇叶顶盖设置在所述集雨柜身的上部，且，所述压力传感器设置于所述扇叶顶盖上，其中，所述扇叶顶盖能够在所述压力传感器的作用下相对于所述集雨柜身开合或关闭；
所述输水管道设置在所述集雨柜身的侧壁上；(这里感觉有些没说清楚)
所述阀门设置在所述输水管道上。
优选的，所述净水子系统包括电热管和太阳能电池板，所述电热管嵌在所述慢滤池的内壁上，所述太阳能电池板与所述电热管连接。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明利用集储子系统建立地下水库和地表水库，通过地下水库和地表水库能够解决雨季和旱季水资源分布不均的问题，地下水库和地表水库能够在不同时期互相补给，利用坡面输水管网对农作物进行灌溉，利用地下水动力输送管网抽取地下暗河水以控制居民家庭的室内温度，同时，结合净水子系统和水质监测子系统分别对岩溶山区的水进行净化和监测，实现了对岩溶山区水资源的有效利用，提高了该地区水资源的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种岩溶山区水资源循环利用系统的示意图；
图2为本发明实施例中净水子系统的示意图；
图3为本发明实施例中坡面集雨装置处于打开状态的示意图；
图4为本发明实施例中坡面集雨装置处于闭合状态的示意图。
其中，1为汇水沟，2为蓄水沟，3为坡面集雨装置，4为净水子系统，5为居民家庭住房，6为地源热泵管道，7为地下暗河，8为微润灌溉的主管道，9为清水池，10为粗滤池，11为慢滤池，12为水泵，13为集雨柜身，14为扇叶顶盖，15为输水管道，16为阀门，17为压力传感器。
具体实施方式
为解决现有技术岩溶山区的水资源利用率低的技术问题，本发明提供一种岩溶山区水资源循环利用系统。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种岩溶山区水资源循环利用系统，如图1所示，所述系统包括集储水子系统、输水子系统、净水子系统4和水质监测子系统。
其中，集储子系统包括在岩溶山区的山体的内部建立的地下水库，以及在山体的坡面建立的地表水库。具体来讲，一方面，通过所述岩溶山区不同岩性地层叠覆处的褶皱区的截流形成所述地下水库，地下水库作为旱季水资源不足的后备资源。另一方面，通过在坡面设置汇水沟1、蓄水沟2和坡面集雨装置3建立地表水库，地表水库可以作为日常直接用水的来源。通过地下水库和地表水库能够解决雨季和旱季水资源分布不均的问题，地下水库和地表水库能够在不同时期互相补给。
另外，地下水库还能够降低水的动力势能，减缓山体内部水流对灰岩的机械破坏和岩溶塑造，提高山体的稳定性。潜水位的提高使得山体裂隙、溶穴的水位提高，山体表面浅层土湿润度增高，为经济作物的根系稳固提供水分条件，减缓水土流失引起的石漠化。
其中，输水子系统包括坡面输水管网、家庭输水管网和地下水动力输送管网。坡面输水管网在输水沿程利用分支水流膜技术所述坡面进行农业灌溉，通过分支管道中使用的膜技术实现的，利用根部土壤及管内的水势压差进行灌溉，能够比滴灌节省62％的水资源。家庭输水管网将经过慢滤处理的水向居民家庭传输，地下水动力输送管网抽取出地下暗河水后利用地下暗河水控制所述居民家庭的室内温度。
具体来讲，坡面输水管网与农业用水相结合，在输水沿程利用分之水流在坡面进行农业灌溉，采用微润模式，利用半透膜两侧的水势压差进行灌溉，节约水资源并且不耗费任何动力。家庭输水管网将经过慢滤处理的水向居民家庭内部传输，将慢滤部分作为一个小型供水水厂，在此之间铺设输水管道15，便于居民直接使用，并将家庭制造的轻度生活污水输送至粗滤池10进行二次处理，二次处理后的水进行地表径流及地下水的回灌。地下水动力输送管网以岩溶山区的天然落水洞为通道利用地下暗河7的水的动力势能所进行的冷热交替，抽取出温度稳定在15～20℃的地下暗河7的水后，使地下暗河7的水在居民家庭住房5的屋底铺设的地源热泵管道6中流动后再排入地下，利用均衡的水温保证居民家庭的室内温度达到适宜，本申请以天然落水洞为通道吗，抽取不需要考虑同层回灌，减少了工程量。
其中，净水子系统4用于对岩溶山区的水资源进行过滤，净水子系统4设置于山脚，净化后的水向居民家庭输送。现有的净水子系统4包括粗滤池10、慢滤池11和清水池9，粗滤池10和慢滤池11分别与清水池9相连，且，粗滤池10还与慢滤池11相连，本申请以现有的净水子系统4为基础，将粗滤池10的滤料由现有的砾石更换为改性沸石的逐层填充物，且，利用三价铁离子改性沸石作为慢滤池11的滤料，如图2所示，从而，能够在粗滤池10中对岩溶水进行离子方面的预处理，以延长慢滤处理中生物膜的寿命，并且，三价铁离子改性沸石能够提高挂膜速率和净化效果。进一步，本申请在粗滤池10上增设冲洗管，由清水池9提供原水，动力由水泵12提供，开启水泵12使得慢滤池11中的未经过滤料层的水进入粗滤池10中进行清洗，清洗后的污水则由粗滤池10底部的排污管排出。另外，在慢滤池11的内壁嵌入电热管，电热管与太阳能电池板连接，电能由外界系统中的太阳能电池板提供，利用电能转化为热能，实施温度控制，帮助冬天活性的提高，延长生物膜的使用寿命及效率。
其中，水质监测子系统包括水质数据采集传感器组和数据分析设备，水质数据采集传感器组设置在水资源流经的监测管路内，水质数据采集传感器组采集到的水质数据传递至所述数据分析设备进行分析处理。优选的，水质数据采集传感器组包括水分传感器和/或温度传感器和/或负压传感器和/或电导率传感器。上述传感器与对应的传感器接头通过数据传输线连接，数据分析设备通关过数据传输线接收传感器接头传来的信息，并进行储存分析，从而确定岩溶山区水资源各部分成分、分布范围以及迁移变化规律，实现了从整体上更准确地掌握岩溶山区天然地表径流、地下岩溶水、地下暗河7径流的水质状况，适时作出局部水利用的改进。并能够通过出水水质的监控，按时对滤料进行反冲洗或更换。
优选的，在本申请中，坡面集雨装置3包括集雨柜身13、扇叶顶盖14、输水管道15、压力传感器17和阀门16。扇叶顶盖14设置在集雨柜身13的上部，且，压力传感器17设置于扇叶顶盖14上，其中，扇叶顶盖14能够在压力传感器17的作用下相对于集雨柜身13打开或关闭，根据降雨的压力，压力传感器17控制扇叶顶盖14的打开或关闭。输水管道15设置在集雨柜身13的侧壁上，阀门16设置在输水管道15上，当系统中包含多个坡面集雨装置3时，多个坡面集雨装置3中的集雨柜身13之间通过输水管道15连接。具体的，扇叶顶盖14呈半球状，由多片倾斜弧状扇片组成，扇片通过转轴与集雨柜身13连接，扇片收缩后形成上凸半球，如图4所示，可隔绝集雨柜身13与空气接触，防止外界杂质飞入，还能够防止水份蒸发。扇片在雨季张开，如图3所示，从而增大接触面积，收集更多雨水，还能够减少降雨与地面直接接触的几率，防治水土流失。
下面将对本申请的岩溶山区水资源循环利用系统做进一步介绍。
如图1所示，利用山体本身溶沟走向开挖的整体斜向下的汇水沟1和蓄水沟2对坡面上的雨水进行收集，并利用自身的倾斜优势使其汇集到坡面集雨装置3处。此处进入坡面集雨装置3之前先经过一道起着沉砂池作用的沸石粗滤屏障。一方面对肉眼可见的颗粒起拦截作用，防止其堵塞下方管道，另一方面，将肉眼不可见的部分离子吸附，使得下方的微润管中半透膜负担减小，延长其使用寿命。雨季下雨时节将坡面集雨装置3的扇叶顶盖14张开，增大其与雨水的接触面积，倾斜的形状使雨水能够迅速下落至集雨柜身13中。而在集雨柜身13底部仍有一层平铺干砖上铺着一层沸石，同样，沸石起沉砂作用。
水从坡面集雨装置3底部流入坡面上坡面输水管网中的微润灌溉的主管道8，并通过主管道8与下一个局部蓄水水头建立水力联系，以及通过主管道8将水分别运输至微润灌溉中，以进行对坡面上梯田或者直接种植的植物和树木。主管道8设置在田垄处沿着坡面顺延下来，不仅起着水力的管道传输作用，还起着收集并且运输的作用。
坡面上最后一个的坡面集雨装置3具有双重作用，在保证局部微润管网8的供水前提下，还作为山脚处居民集中小型供水的净水系统的水源水头。势能的转化使得粗滤能够从下往上慢滤不需要外加泵力。水通过粗滤再经过慢滤并暂时性的存放于下方封闭的清水池9内，并通过管道向各家户传输使用。而家庭使用过的轻质生活污染的水，也仍然可以通过另外的管道向粗滤池10底部传输，进行二次利用。
山脚下农户聚居地处的房屋屋顶可以作为集雨坡面，但是不作为水的收集水源，将屋顶收集的雨水汇入附进溶洞、溶坑、地下暗河7等，作为补给。另一方面，在山顶处的集雨坡面的收集量与降雨补给地下水的量相比仍属于较小部分，对此处岩溶山区含水系统的补给、排泄并不会产生太大的影响。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明利用集储子系统建立地下水库和地表水库，通过地下水库和地表水库能够解决雨季和旱季水资源分布不均的问题，地下水库和地表水库能够在不同时期互相补给，利用坡面输水管网对农作物进行灌溉，利用地下水动力输送管网抽取地下暗河水以控制居民家庭的室内温度，同时，结合净水子系统和水质监测子系统分别对岩溶山区的水进行净化和监测，实现了对岩溶山区水资源的有效利用，提高了该地区水资源的利用率。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种岩溶山区水资源循环利用系统，其特征在于，包括：
集储水子系统，所述集储子系统包括在所述岩溶山区的山体的内部建立的地下水库，以及在所述山体的坡面建立的地表水库；
输水子系统，所述输水子系统包括坡面输水管网、家庭输水管网和地下水动力输送管网，其中，所述坡面输水管网在输水沿程利用分支水流膜技术所述坡面进行农业灌溉，所述家庭输水管网将经过慢滤处理的水向居民家庭传输，所述地下水动力输送管网抽取出地下暗河水后利用所述地下暗河水控制所述居民家庭的室内温度；
净水子系统，所述净水子系统用于对所述岩溶山区的水资源进行净化和矿化；
水质监测子系统，所述水质监测子系统包括水质数据采集传感器组和数据分析设备，其中，所述水质数据采集传感器组设置在所述水资源流经的监测管路内，所述水质数据采集传感器组采集到的水质数据传递至所述数据分析设备进行分析处理。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过所述岩溶山区不同岩性地层叠覆处的褶皱区的截流形成所述地下水库。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过在所述坡面设置汇水沟、蓄水沟和坡面集雨装置建立所述地表水库。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地下水动力输送管网以所述岩溶山区的天然落水洞为通道利用所述地下暗河水的动力势能所进行的冷热交替，抽取出所述地下暗河水后，使所述地下暗河水在所述居民家庭屋底铺设的水管中流动后再排入地下，以控制所述居民家庭的室内温度。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述净水子系统利用改性沸石的逐层填充物作为粗滤池的滤料，且，利用三价铁离子改性沸石作为慢滤池的滤料。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质数据采集传感器组包括水分传感器和/或温度传感器和/或负压传感器和/或电导率传感器。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述坡面集雨装置包括集雨柜身、扇叶顶盖、输水管道、压力传感器和阀门；
所述扇叶顶盖设置在所述集雨柜身的上部，且，所述压力传感器设置于所述扇叶顶盖上，其中，所述扇叶顶盖能够在所述压力传感器的作用下相对于所述集雨柜身开合或关闭；
所述输水管道设置在所述集雨柜身的侧壁上；(这里感觉有些没说清楚)
所述阀门设置在所述输水管道上。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述净水子系统包括电热管和太阳能电池板，所述电热管嵌在所述慢滤池的内壁上，所述太阳能电池板与所述电热管连接。
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