CN105804155B - 一种干旱半干旱地区渗流井取水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种干旱半干旱地区渗流井取水的方法,包括如下步骤,S1:通过冲击钻施工工艺在河流一侧的一级阶地上挖出集水竖井;S2:通过水平导向钻进工艺在河流对岸的一级阶地施工若干辐射孔,所述辐射孔穿过河床底部砂卵砾石层与所述集水竖井连通。本发明提供的方法,相比较于传统渗流井结构简单;整个施工过程均为地面作业,安全性高;辐射孔穿过整个滤床的不同深度,水量补给大;经过天然滤床的吸附、反应最终进入渗流井的地下水水质较好;根据河水流量季节性变化,选择不同的辐射孔工作;辐射孔内滤管上滤孔堵塞之后,可抽取河水进行冲洗,简单方便;辐射孔内部的小口径的第三滤管损坏之后可进行拆换,增加渗流井使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗流井取水的方法,尤其是一种干旱半干旱地区渗流井取水的新方法。
背景技术
我国西北内陆地处干旱半干旱地区,降水补给较少,气候比较干旱,因此水资源不仅成为该地区重要的环境因素,而且也是人们在生产生活中最重要的自然资源。但是,随着社会经济的发展,人类活动对水资源的浪费以及污染,使得目前能够利用的水资源越来越少,严重的水资源危机已引起人们的广泛关注。为了解决西北地区的缺水问题,人们对地下潜水甚至承压水的开采量越来越大,不仅开采成本高、花费大,而且引发了严重的环境问题,比如地面沉降、土地荒漠化。
天然河床在流水作用下形成一定厚度的砂卵砾石层,对河水有着较好的滤清作用,可以将比较浑浊的河水转变成为清水,而且天然河床砂卵砾石层表面生物泥膜中微生物的净化作用,对河水有一定的净化除菌作用;河床底部具有一定压力的潜流水,可以阻止被污染的河水到达地下潜流水面,从而使地下水具有比较好的水质;随着河水的流动,滤床表面堆积的滤出物很快被冲走,砂卵砾石层表面生物泥膜得以再生,继续对入渗的河水进行净化。
因此,基于河床的天然净化优势,现在越来越多的渗流井已被很多水源工程采用,但是传统的渗流井是一种结构较为复杂的地下水取水建筑物,由竖井、平巷、硐室和渗流孔四部分组成,传统的渗流井在开挖过程中需要大量的井下作业,危险性较高,同时辐射孔(渗流孔)一旦堵塞,不容易清洗,造成渗流井的出水量大大减少,降低渗流井的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种干旱半干旱地区渗流井取水的新方法。以期解决以上传统渗流井存在的技术问题。
本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,包括如下步骤:
S1:通过冲击钻施工工艺在河流一侧的一级阶地上挖出集水竖井;
S2:通过水平导向钻进工艺在河流对岸的一级阶地施工若干辐射孔,所述辐射孔穿过河床底部砂卵砾石层与所述集水竖井连通。
优选地,S1中,所述冲击钻施工工艺包括如下步骤:
在河流一侧的一级阶地上选取有丰富地下水补给源的合适的打井场地;
对打井场地进行杂物清除和硬化;
利用冲击钻施工工艺开挖集水竖井;
集水竖井开挖完毕,在所述集水竖井内安装第一滤管,并在集水竖井井底填充滤料,所述第一滤管管壁上设有滤孔和辐射孔接口。
更优选地,S2中,所述水平导向钻进工艺包括如下步骤:
在河流对岸的一级阶地上选取合适的(物探测定含水层厚度较大,能满足
辐射孔按照设计的钻进轨迹曲线钻进)辐射孔钻进位置;
对辐射孔钻进场地进行杂物清除和平整;
设计辐射孔钻进的轨迹曲线;
利用水平导向钻机按照设计的辐射孔轨迹曲线进行辐射孔钻进,辐射孔钻进完成之后,所述水平导向钻机的钻头在第一滤管管壁上的接口处露出,卸下钻头;
在辐射孔内安装与所述辐射孔匹配的第二滤管,所述第二滤管的管壁上开设有渗流孔,所述第二滤管和所述第一滤管在第一滤管管壁上的辐射孔接口处接通,并在接口处安装阀门;
打开所述阀门,对集水竖井进行洗井。
更优选地,在河流对岸的一级阶地上选取第一辐射孔钻进位置、第二辐射孔钻进位置和第三辐射孔钻进位置。
更优选地,所述第一辐射孔钻进位置与所述集水竖井隔岸相对,所述第二辐射孔钻进位置和所述第三辐射孔钻进位置分别位于所述第一辐射孔钻进位置与所述集水竖井连线的两侧。
更优选地,利用水平导向钻机直接带动第二滤管按照设计的辐射孔轨迹曲线进行辐射孔钻进;
更优选地,辐射孔钻进完成之后,钻头卸下时,跟随钻头钻进的第二滤管保留在含水层内。
更优选地,所述第二滤管内还设置有第三滤管,所述第三滤管的管壁上开设有渗滤孔,所述第三滤管通过小钻头带动,通过并留在所述第二滤管内。
更优选地,每个集水竖井与对应连通的3个辐射孔构成一个重复单元,该重复单元的数量为两个或两个以上,且相邻两个集水竖井连通。
本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,相比较于传统渗流井由竖井、平巷、硐室和渗流孔组成的复杂结构,结构简单;整个施工过程均为地面作业,安全性高;辐射孔穿过整个滤床的不同深度,水量补给大;经过天然滤床的吸附、反应最终进入渗流井的地下水水质较好;根据河水流量季节性变化,选择不同的辐射孔工作;辐射孔滤管上滤孔堵塞之后,可抽取河水进行冲洗,简单方便;辐射孔内部的小口径滤管损坏之后可进行拆换,增加渗流井使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的剖面结构示意图;
图2为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的集水竖井滤管结构示意图;
图3为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的集水竖井平面结构示意图;
图4为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的平面结构示意图;
图5为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的辐射孔结构示意图;
图6为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的辐射孔滤管结构示意图;
图7为本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水方法的辐射孔内小口径滤管结构示意图;
图8为本发明一种干旱半干旱地区渗流井取水方法的扩展结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种干旱半干旱地区渗流井取水的方法,具体包括以下步骤:
具体如图1-7所示,在河流的一级阶地上选取合适的(含水层厚度较大,地下水补给丰富)位置,通过冲击钻施工工艺在河流一侧的一级阶地上挖出集水竖井1,然后在河流对岸(集水竖井对岸)的一级阶地上通过水平导向钻进工艺施工辐射孔7、8、9,最终辐射孔7、8、9和集水竖井1的第一滤管4上的接口6-1、6-2、6-3连接,接口处安装阀门2-1、2-2、2-3,控制辐射孔出水。
具体的,上述冲击钻施工工艺依次包括如下步骤:
在河流的一级阶地上选取合适的打井场地;并清除打井场地的杂物;利用冲击钻施工工艺开挖井深为h,井口直径为d的集水竖井1;集水竖井1开挖完毕,下第一滤管4,第一滤管4管壁上除本身的滤水孔5之外,还在特定位置设有与辐射孔接通的接口6-1、6-2、6-3,同时,在集水竖井1井底填充滤料。
上述水平导向钻进工艺依次包括如下步骤:
在河流对岸(集水竖井对岸)的一级阶地上选取合适的辐射孔位置7、8、9;对选取的辐射孔7、8、9位置的杂物进行清除,并设计辐射孔7、8、9钻进轨迹曲线,利用水平导向探测钻头带动第二滤管(直径d1),按照辐射孔7、8、9设计的钻进轨迹曲线进行辐射孔钻进,同时实现每个辐射孔内都安装有第二滤管;辐射孔7、8、9按照设计的钻进轨迹曲线钻进完成之后,钻头分别在集水竖井内的第一滤管4上预留的接口6-1、6-2、6-3露出,第二滤管11-1、11-2、11-3则留在含水层内;
而后,利用小钻头带动小口径的第三滤管(直径d2)10-1、10-2、10-3分别通过第二滤管11-1、11-2、11-3,小钻头在接口6-1、6-2、6-3露出,卸下小钻头,小口径的第三滤管10-1、10-2、10-3分别留在第二滤管11-1、11-2、11-3内;此外,还在接口6-1、6-2、6-3连接处安装有流量控制阀门2-1、2-2、2-3,控制辐射孔出水。可根据河水流量季节性变化,通过启闭不同的阀门而选择不同的辐射孔工作;打开阀门2-1、2-2、2-3,对集水竖井1进行抽水洗井。
本发明提供的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,由集水竖井1和辐射孔7、8、9组成,结构简单,解决了传统渗流井结构复杂的特点;集水竖井1和辐射孔7、8、9施工过程均为地面作业,安全性高;辐射孔7、8、9穿过整个滤床的不同深度,水量补给大;经过天然滤床的吸附、反应,最终进入渗流井的地下水水质较好;根据河水流量季节性变化,可通过启闭阀门2-1、2-2、2-3选择不同的辐射孔工作;辐射孔7、8、9的滤孔堵塞之后,可抽取河水进行冲洗,简单方便;辐射孔内小口径的第三滤管10-1、10-2、10-3损坏之后可进行拆换,增加渗流井使用寿命。
由于第三滤管10-1、10-2、10-3的结构完全相同,同样的,第二滤管11-1、11-2、11-3的结构完全相同,结合附图5-7,为了便于理解,且简化绘图内容,统一的,第三滤管10-1、10-2、10-3的具体结构见附图中标号10所示,第二滤管11-1、11-2、11-3的具体结构见附图中标号11所示。
实施例1:
为了分析干旱半干旱地区渗流井取水的新方法在施工过程中可能存在的问题,定量分析渗流井的涌水量以及水质变化,为西北干旱半干旱地区渗流井取水提供理论依据,特在陕北某河流两岸阶地上实施了本发明的方法。
具体过程如下:
1.通过冲击钻施工工艺在河流的一级阶地上挖出集水竖井1,集水竖井1井深h=15m,井口直径d=2m;
2.在河流对岸的一级阶地上选择三个辐射孔钻进位置7、8、9,辐射孔7和集水竖井1之间的相对距离为98m,辐射孔8、9分别位于辐射孔7两侧12m、16m处,通过水平导向钻进工艺沿着设计的辐射孔钻进轨迹曲线穿过河床底部砂卵砾石层分别与集水竖井滤管4上接口6-1、6-2、6-3连通,接口处分别通过阀门2-1、2-2、2-3控制;
1)集水竖井1的施工,具体步骤为:
首先应用可以用来确定地下水埋深以及含水层厚度物探技术在河流的一级阶地上选取适合打井的位置;
为了对打井场地的杂草进行清除,人工铲去表层10cm厚的土层;
利用冲击钻施工工艺进行集水竖井1的开挖,集水竖井1开挖深度h=15m,井径d=2m;
集水竖井1开挖完毕之后,安装第一滤管4,并在集水竖井底部填充滤料,具体的,滤料由粒径大小不一的石英砂组成;在集水竖井底部一般铺设滤料3~4层,成锅底状,滤料自下而上逐渐变粗,每层厚度为200mm~300mm,若铺设厚度不均匀或滤料不合规格有可能导致井底部堵塞和涌砂。
2)辐射孔的施工,具体步骤为:
在河流对岸一级阶地上选择三个辐射孔7、8、9钻进位置,辐射孔7与集水竖井1之间的距离为93m,辐射孔8、9分别位于辐射孔7两侧12m、16m处;
为了对辐射孔7、8、9位置清除杂草,人工铲去表层10cm厚土层;
设计辐射孔7、8、9钻进的轨迹曲线;
利用水平导向探测钻头带动第二滤管(直径d1=400mm)按照辐射孔7、8、9设计钻进的轨迹曲线进行辐射孔钻进;
辐射孔7、8、9钻进完成之后,钻头分别在集水竖井的第一滤管4上预留的接口6-1、6-2、6-3露出,其中接口6-1、6-2、6-3距集水竖井1井口距离分别为14m、11m、7m,卸下钻头,第二滤管11-1、11-2、11-3留在含水层内;
利用小钻头带动小口径的第三滤管(直径d2=300mm)10-1、10-2、10-3通过第二滤管(直径d1=400mm)11-1、11-2、11-3,在接口6-1、6-2、6-3卸下小钻头,小口径的第三滤管10-1、10-2、10-3留在第二滤管11-1、11-2、11-3中;
接口6-1、6-2、6-3连接处安装有阀门2-1、2-2、2-3,根据河水流量季节性变化,通过开关不同的阀门选择不同的辐射孔工作;
打开阀门2-1、2-2、2-3,对集水竖井1进行抽水洗井。
集水竖井1通过抽水洗井,达到水清并稳定出水时停止抽水,待水位稳定之后,打开不同阀门进行抽水试验测其涌水量,并在抽水试验过程中及渗流井使用3个月之后取地表、地下水样化验。
通过抽水试验结果可知,辐射孔7、8、9同时工作时(打开阀门2-1、2-2、2-3),渗流井涌水量为23850m3/d;辐射孔8、9同时工作时(打开阀门2-2、2-3),渗流井涌水量为18870m3/d;仅辐射孔9工作时(打开阀门2-3),渗流井涌水量为11050m3/d。
通过对比抽水试验过程中及渗流井使用3个月之后取得的地表、地下水样化验结果(表1)可知,高浊度河水经天然滤床过滤之后,浊度、细菌总数显著降低,总大肠菌群直接变为零,水中的氟化物、硝酸盐氮、高锰酸盐指数等去除率非常高。本次开挖渗流井内的水符合国家饮用水III类水标准,可以不经处理直接作为生活饮用水。
表1河水、渗流水水质化验结果
集水竖井滤管和辐射孔接口处的阀门可以有选择性的打开或关闭。当河水处于丰水期时,可以打开其中部分阀门,选择一个或两个辐射孔工作;当河水处于枯水期时,可以将阀门全部打开,三个辐射孔同时工作。
当渗流井使用时间较长,辐射孔滤管被堵塞之后,可以通过抽取河水对辐射孔进行冲洗,冲洗完毕之后,再对集水竖井进行抽水洗井;如果辐射孔内小口径的第三滤管损坏严重,可以随时更换,增加渗流井的使用寿命。
上述渗流井按照每个集水竖井与3个辐射孔连通的配置,可按当地需求进行组合开掘,并将多个集水竖井连通,渗流井的取水方法与上述方法完全相同,具体如图8所示,在集水竖井1两侧增加了集水竖井12、13,对岸一级阶地上辐射孔增加了14、15、16、17、18、19,其中辐射孔14、15、16与集水竖井12连通,辐射孔17、18、19与集水竖井13连通,然后连通集水竖井1和12、13,从集水竖井1中取水。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内,本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,包括如下步骤
S1:通过冲击钻施工工艺在河流一侧的一级阶地上挖出集水竖井,所述冲击钻施工工艺具体步骤为:首先在河流一侧的一级阶地上选取有丰富地下水补给源的打井场地并对打井场地进行杂物清除和硬化,然后利用冲击钻施工工艺开挖集水竖井,集水竖井开挖完毕,在所述集水竖井内安装第一滤管,并在集水竖井井底填充滤料,所述滤料由粒径大小不一的石英砂组成,滤料一般在集水井底部铺设3-4层,成锅底状,滤料自下而上逐渐变粗,每层厚度为200mm-300mm,在所述第一滤管管壁上设有滤孔和辐射孔接口;
S2:通过水平导向钻进工艺在河流对岸的一级阶地施工若干辐射孔,所述辐射孔穿过河床底部砂卵砾石层与所述集水竖井连通,所述水平导向钻进工艺具体步骤为:首先在河流对岸的一级阶地上选取辐射孔钻进位置并对对辐射孔钻进场地进行杂物清除和平整,然后设计辐射孔钻进的轨迹曲线,利用水平导向钻机按照设计的辐射孔轨迹曲线进行辐射孔钻进,辐射孔钻进完成之后,所述水平导向钻机的钻头在第一滤管管壁上的接口处露出,卸下钻头;在辐射孔内安装与所述辐射孔匹配的第二滤管,所述第二滤管的管壁上开设有渗流孔,所述第二滤管和所述第一滤管在第一滤管管壁上的辐射孔接口处接通,并在接口处安装阀门;最后打开所述阀门,对集水竖井进行洗井。
2.根据权利要求1所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,在河流对岸的一级阶地上选取第一辐射孔钻进位置、第二辐射孔钻进位置和第三辐射孔钻进位置。
3.根据权利要求2所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,所述第一辐射孔钻进位置与所述集水竖井隔河相对,所述第二辐射孔钻进位置和所述第三辐射孔钻进位置分别位于所述第一辐射孔钻进位置和所述集水竖井连线的两侧。
4.根据权利要求1所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,利用水平导向钻机直接带动第二滤管按照设计的辐射孔轨迹曲线进行辐射孔钻进。
5.根据权利要求4所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,辐射孔钻进完成之后,钻头卸下时,跟随钻头钻进的第二滤管保留在含水层内。
6.根据权利要求1所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,所述第二滤管内还设置有第三滤管,所述第三滤管通过小钻头带动通过所述第二滤管,并留在所述第二滤管内。
7.根据权利要求1所述的干旱半干旱地区渗流井取水的方法,其特征在于,每个集水竖井与对应连通的3个辐射孔构成一个重复单元,该重复单元的数量为两个或两个以上,且相邻两个集水竖井连通。
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Stevanović | Tapping of karst groundwater |
Legal Events
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Granted publication date: 20180824 Termination date: 20190320 |
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