CN105735418B - 一种地下暗管式潜水补给系统 - Google Patents

一种地下暗管式潜水补给系统 Download PDF

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    • E03B3/32Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water with artificial enrichment, e.g. by adding water from a pond or a river

Abstract

本发明公开了一种地下暗管式潜水补给系统,包括依次相连的首部枢纽和暗管入渗系统,以及对潜水补给系统运行情况进行监测的运行监测系统;所述首部枢纽设置在地表,用于提供补给用水;所述暗管入渗系统预埋在地表下的砂砾石包气带内,用于通过内外水头差将补给用水渗漏补给含水层以增加地下水储量;所述运行监测系统,用于监测补给区域的水文和气象资料。本发明提供的地下暗管式潜水补给系统,可弥补现阶段广泛应用的管井注入法和地面入渗法存在的不足,可促进地下水调蓄功能的发挥,使区域水资源得到合理调控,使其不产生地表井流,从而减少蒸发损失,可有效控制植被根系层土壤含水量;还可降低维护难度,防止补给区域含水层堵塞,减少占地面积。

Description

一种地下暗管式潜水补给系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种潜水补给系统,特别是涉及一种地下暗管式潜水补给系统,属于 地下水库工程中人工补给潜水装置领域。
背景技术
[0002] 地下滴灌技术是一种高新农业灌溉技术,是微灌技术的典型应用形式之一。灌溉 水通过地埋毛管上的灌水器缓慢出流渗入附近土壤,借助重力作用或土壤毛细作用扩散到 整个根系层供作物吸收利用,较其他灌溉技术突显出显著的节水增产优点。
[0003] 地下滴灌技术在整个灌溉过程不产生地表径流,可最大程度地减少表层土壤的含 水量及地面蒸发损失,同时便于管理和控制。这为潜水人工补给方法的创新提供了重要参 考。目前,国内外大量使用的潜水人工补方法主要为地面入渗法和管井注入法。
[0004] 地面入渗法主要利用天然洼地、河床、沟道、较平整的草场或耕地,以及水库、坑 塘、渠道或开挖水池等地面集(输)水工程设施,借助地表水和地下水之间的天然水头差,使 之自然渗漏补给含水层,以增加地下水的储量。如美国加州的“垄沟式”入渗池及系列梯级 浅槽式渗水池;德国的河道入渗式人工回灌;我国新疆地区台兰河地下水库示范区的梯级 渗水池与人工渗渠回补模式等。地面入渗法工程设施简单、投资少、运行管理及维护简单, 但入渗设施占地面积较大,补给水在干旱地区蒸发损失较大,还可能引起附近土壤次生盐 渍化;
[0005] 管井注入法是目前人工直接补给潜水的最有效方式之一,当包气带存在弱透水层 以及在土地资源短缺地区实施地下水人工回灌时更是如此。如摩洛哥为保证首都丹吉尔的 供水要求,利用注水井将姆哈河洪水回灌补给地下水;上海市自1966年起在中心城区进行 的地下水管井回灌,基本控制了城区地面沉降。管井注入法不受地形条件、弱透水层分布和 地下水位埋深限制,占地面积小,水量浪费少,不易受地面气候变化等因素影响,但由于水 量集中注入,井及附近含水层中流速较大,井管和含水层易被堵塞,且对水质要求较高,检 修困难。
发明内容
[0006] 本发明的主要目的在于,克服现有技术中的不足,提供一种地下暗管式潜水补给 系统,特别适用于干旱区深覆盖河谷区及山前冲洪积扇区域建设的地下水库进行人工补 给。
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供结构简单、拆装方便、制作容易、安全可靠、实 用性强的地下暗管式潜水补给系统,可弥补现阶段广泛应用的管井注入法和地面入渗法存 在的诸多不足,可促进地下水调蓄功能的发挥,从而使区域水资源得到合理调控,使其不产 生地表井流,可有效减少水资源的无效蒸发。
[0008] 为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
[0009] —种地下暗管式潜水补给系统,包括依次相连的首部枢纽和暗管入渗系统,以及 对潜水补给系统运行情况进行监测的运行监测系统;所述首部枢纽设置在地表,用于提供 补给用水;所述暗管入渗系统预埋在地表下的砂砾石包气带内,用于通过内外水头差将补 给用水渗漏补给含水层以增加地下水储量;所述运行监测系统,用于监测补给区域的水文 和气象资料。
[0010] 本发明进一步设置为:所述首部枢纽包括依次贯通的渠道、前室和净水输出管,所 述渠道与地表水相通,所述前室的一侧设置有泄槽,所述泄槽的溢流堰的堰顶设置有泄槽 闸门,所述净水输出管为若干根、管内从始端至末端方向依次设置有栏污栅和过滤层,栏污 栅和过滤层之间的净水输出管管体依次设置有工作闸门和通气孔,所述净水输出管和前室 之间设置有检修闸门。
[0011] 而且,所述暗管入渗系统包括与净水输出管的末端相连通的输水干管,与输水干 管相连通的至少一级渗水支管;所述输水干管的管体设置有放空口,所述渗水支管的管体 设置有进排气孔,渗水支管与输水干管通过控制阀相连通;所述运行监测系统包括对补给 区域进行监测的监测平台,与监测平台相连用于对监测平台进行数据处理的计算机监控平 台。
[0012] 本发明进一步设置为:所述前室还设置有冲砂孔。
[0013] 本发明进一步设置为:所述过滤层位于净水输出管的末端,为可拆卸安装。
[0014] 本发明进一步设置为:所述净水输出管的管体设置有旁通管,所述旁通管的一端 与栏污栅所在的净水输出管管体相连通、旁通管的另一端连通于工作闸门和通气孔之间的 净水输出管管体。
[0015] 本发明进一步设置为:所述净水输出管的管体设置有分布在栏污栅和工作闸门之 间的化学药品添加孔。
[0016] 本发明进一步设置为:所述渗水支管的外表四周铺设有反滤层。
[0017] 本发明进一步设置为:所述监测平台包括设置于暗管入渗系统中的液位传感器、 水样取样孔及配套的电导率仪,设置于暗管入渗系统所在地表上的自动气象站,以及设置 于暗管入渗系统所在地表下砂砾石包气带内的土壤含水量传感器;所述计算机监控平台包 括计算机单元,与计算机单元相连的检测装置和控制装置;所述检测装置与监测平台相连, 用于采集汇总存储监测数据、并将监测数据传输给计算机单元;所述控制装置分别与工作 闸门、检修闸门、泄槽闸门和控制阀相连,用于将计算机单元的监测处理结果输出并执行。
[0018] 本发明进一步设置为:所述自动气象站包括自动雨量计和蒸发皿。
[0019] 本发明进一步设置为:所述土壤含水量传感器为时域反射仪TDR。
[0020] 与现有技术相比,本发明具有的有益效果是:
[0021] 1、采用在地表下预埋暗管入渗系统作为补给水入渗通道,不产生地表径流,最大 程度减小了表层土壤的含水量,从而减少蒸发损失,可有效控制植被根系层土壤含水量,产 生良好的环境效益。
[0022] 2、可覆盖较广区域,使区域水资源得到合理调控,使其不产生地表井流;还可降低 维护难度,且由于补给区域相对分散,可防止补给区域含水层中补给水流速过于集中造成 的含水层堵塞。
[0023] 3、整套系统结结构简单,配设方便,即可开挖施工、又能选取现阶段已发展成熟的 非开挖铺设地下管线施工技术,使工程施工具有多种选择,有利于降低工程造价;而且可减 少设施的地表占地面积。
[0024] 上述内容仅是本发明技术方案的概述,为了更清楚的了解本发明的技术手段,下 面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
[0025] 图1为本发明一种地下暗管式潜水补给系统的结构示意图;
[0026] 图2为本发明一种地下暗管式潜水补给系统中暗管入渗系统的布设示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合说明书附图,对本发明作进一步的说明。
[0028] 如图1和图2所示,本发明提供一种地下暗管式潜水补给系统,包括依次相连的首 部枢纽和暗管入渗系统,以及对潜水补给系统运行情况进行监测的运行监测系统;所述首 部枢纽设置在地表10,用于提供补给用水;所述暗管入渗系统预埋在地表10下的砂砾石20 包气带内,用于通过内外水头差将补给用水渗漏补给含水层以增加地下水储量;所述运行 监测系统,用于监测补给区域的水文和气象资料。图1和图2中所示的箭头表示水流方向。
[0029] 如图1所示,所述首部枢纽包括依次贯通的渠道1、前室2和净水输出管3,所述渠道 1与地表水相通,所述前室2的一侧设置有泄槽21,所述泄槽21的溢流堰的堰顶设置有泄槽 闸门,前室2还设置有冲砂孔22,所述净水输出管3为若干根、管内从始端至末端方向依次设 置有栏污栅31和过滤层32,过滤层32优选可拆卸安装于净水输出管3的末端;栏污栅31和过 滤层32之间的净水输出管3管体依次设置有化学药品添加孔33、工作闸门34和通气孔35,所 述净水输出管3和前室2之间设置有检修闸门36;所述净水输出管3的管体还设置有旁通管 37,所述旁通管37的一端与栏污栅31所在的净水输出管3管体相连通、旁通管37的另一端连 通于工作闸门34和通气孔35之间的净水输出管3管体。其中的地表水可为拦蓄雨水、地表河 流来水、外调水、地表水库弃水、冬季河流闲水和灌溉用水、工业废水和城市污水等。
[0030] 如图1所示,所述暗管入渗系统包括与净水输出管3的末端相连通的输水干管4,与 输水干管4相连通的至少一级渗水支管5;所述输水干管4的管体设置有放空口 41,所述渗水 支管5的管体设置有进排气孔51,渗水支管5与输水干管4通过控制阀52相连通;所述渗水支 管5的外表四周铺设有反滤层6,如图2所示。
[0031] 所述运行监测系统包括对补给区域进行监测的监测平台,与监测平台相连用于对 监测平台进行数据处理的计算机监控平台。
[0032] 所述监测平台包括设置于暗管入渗系统中的液位传感器、水样取样孔及配套的电 导率仪,设置于暗管入渗系统所在地表10上的自动气象站,以及设置于暗管入渗系统所在 地表10下砂砾石20包气带内的土壤含水量传感器;所述自动气象站包括自动雨量计和蒸发 皿,所述土壤含水量传感器为时域反射仪TDR。
[0033] 所述计算机监控平台包括计算机单元,与计算机单元相连的检测装置和控制装 置;所述检测装置与监测平台相连,用于采集汇总存储监测数据、并将监测数据传输给计算 机单元;所述控制装置分别与工作闸门、检修闸门、泄槽闸门和控制阀相连,用于将计算机 单元的监测处理结果输出并执行。
[0034] 本发明提供的一种地下暗管式潜水补给系统,地表水由渠道输送入首部枢纽,经 前室沉淀、拦污栅的初步过滤、过滤层的深度过滤、添加适当及必需的化学药品入化学药品 添加孔后,在无压或微压的条件下,将地表水资源输送至输水干管,并进一步通过渗水支管 渗漏补给潜水。整个过程可通过控制泄槽堰顶的泄槽闸门开度控制前池水位,进而控制渗 水压力。
[0035] 采用地下暗管式人工补给系统进行地下水人工补给时同样存在堵塞问题,可将暗 管堵塞问题分为三类:物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞。在工程实际运行过程中,可采用深 层次过滤、定期冲洗等方法去除积累在系统中堵塞物。当输水干管的进水口管顶安全水头 超高不足时,大量空气随补给水进入含水层,也可能造成堵塞(气相堵塞),此时可通过开启 输水干管及渗水支管上的进排气阀,排出空气,避免造成气相堵塞;此外,进排气阀还可防 止系统排水时,管内负压造成颗粒物吸入而引起的堵塞;对于生物、化学堵塞主要是采用通 过化学药品添加孔注酸方法进行处理。输水干管和渗水支管可采用单级布置,亦可根据实 际工程需要及水文地质条件采用多级布置,以达到补水量最大、工程造价最低的目的。
[0036] 本发明还利用压力传感器、电导率仪及取样器、时域反射仪TDR、雨量计、蒸发皿等 监测设备,监测人工补给区域地下水水质、水位、水量及其变化趋势等信息,采集包括蒸发 量、降水量等气象条件,地表水的水质、水量条件,包气带的含水量、土壤含盐量、地表生态 环境等信息,为系统的运行与管理提供科学合理的监测依据。
[0037] 现以某河地下水库为例,进一步说明本发明的原理及效益。稳定下渗状态下,即渗 管与含水层形成水力联系时,系统补给量可采用如下式(1)、式⑵进行估算:
Figure CN105735418BD00061
[0040] 其中,q为单位长度渗管单位时间的渗漏量(m3/d · m),K为潜水含水层渗透系数 (m/d),i为暗管内外水力坡度,W为入渗水量(m3),瓦为潜水含水层平均厚度(m),Τ为入渗时 间(d),L为渗管长度(m),识为有效补给率、按补给含水层水量占总渗漏水量百分比。
[0041] 如果修建IOkm入渗暗管,暗管内外水力坡度按0.5%,含水层厚度按150m,有效补 给率按85%。此外,根据大型原位渗水试验和双环注水试验,某河的砾石带浅层垂直渗透系 数取平均为2.87m/d。试验结果:仅11月至翌年2月入渗水量可达约220万m3,说明可为地下 水库人工补给提供有力保障。
[0042] 本发明的创新点在于,采用预埋暗管入渗系统作为补给水入渗通道,不产生地表 径流,最大程度地减少了表层土壤的含水量,能有效减少蒸发损失,以及可减少占地面积、 产生良好的环境效应。
[0043] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。

Claims (9)

1. 一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:包括依次相连的首部枢纽和暗管入渗 系统,以及对潜水补给系统运行情况进行监测的运行监测系统; 所述首部枢纽设置在地表,用于提供补给用水;所述暗管入渗系统预埋在地表下的砂 砾石包气带内,用于通过内外水头差将补给用水渗漏补给含水层以增加地下水储量;所述 运行监测系统,用于监测补给区域的水文和气象资料; 所述首部枢纽包括依次贯通的渠道、前室和净水输出管,所述渠道与地表水相通,所述 前室的一侧设置有泄槽,所述泄槽的溢流堰的堰顶设置有泄槽闸门,所述净水输出管为若 干根、管内从始端至末端方向依次设置有栏污栅和过滤层,栏污栅和过滤层之间的净水输 出管管体依次设置有工作闸门和通气孔,所述净水输出管和前室之间设置有检修闸门; 所述暗管入渗系统包括与净水输出管的末端相连通的输水干管,以及与输水干管相连 通的至少一级渗水支管;所述输水干管的管体设置有放空口,所述渗水支管的管体设置有 进排气孔,渗水支管与输水干管通过控制阀相连通; 所述运行监测系统包括对补给区域进行监测的监测平台,与监测平台相连用于对监测 平台进行数据处理的计算机监控平台。
2. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述前室还设置 有冲砂孔。
3. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述过滤层位于 净水输出管的末端,为可拆卸安装。
4. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述净水输出管 的管体设置有旁通管,所述旁通管的一端与栏污栅所在的净水输出管管体相连通、旁通管 的另一端连通于工作闸门和通气孔之间的净水输出管管体。
5. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述净水输出管 的管体设置有分布在栏污栅和工作闸门之间的化学药品添加孔。
6. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述渗水支管的 外表四周铺设有反滤层。
7. 根据权利要求1所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述监测平台包 括设置于暗管入渗系统中的液位传感器、水样取样孔及配套的电导率仪,设置于暗管入渗 系统所在地表上的自动气象站,以及设置于暗管入渗系统所在地表下砂砾石包气带内的土 壤含水量传感器; 所述计算机监控平台包括计算机单元,与计算机单元相连的检测装置和控制装置;所 述检测装置与监测平台相连,用于采集汇总存储监测数据、并将监测数据传输给计算机单 元;所述控制装置分别与工作闸门、检修闸门、泄槽闸门和控制阀相连,用于将计算机单元 的监测处理结果输出并执行。
8. 根据权利要求7所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述自动气象站 包括自动雨量计和蒸发皿。
9. 根据权利要求7所述的一种地下暗管式潜水补给系统,其特征在于:所述土壤含水量 传感器为时域反射仪TDR。
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