CN106555419B - 一种承压水开发、利用的一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩溶地区承压水开发、利用的一体化装置，尤其涉及一种承压水开发、利用的一体化装置，包括一级提水管，所述一级提水管的一端用于插入到岩溶地区承压水层内，另一端通过第一提水泵连通地表调节水池的进水口，所述地表调节水池的出水口通过第二提水泵连通二级提水管的一端，所述二级提水管的另一端连通高位蓄水池的进水口，所述高位蓄水池的出水口通过虹吸供水管连通若干供水箱，所述高位蓄水池的水平高度高于所述供水箱的水平高度。本发明的有益效果是：承压水开发、利用的一体化装置结构完整、技术先进、可操作性性强，可作为岩溶地区承压水开发利用的示范工程；缓解岩溶地区居民点用水困难、水质水量难以保障的问题。

Description

一种承压水开发、利用的一体化装置

技术领域

本发明涉及一种岩溶地区承压水开发、利用的一体化装置，尤其涉及一种承压水开发、利用的一体化装置。

背景技术

在岩溶地区地表裂隙、落水洞、竖井等地貌发育，地表渗漏严重，蓄水能力弱，可利用、便于利用的地表水资源较少。加之水利工程设施不完善，工程蓄水效益差，导致人口密集的小城镇地区季节性干旱发生频繁，居民生活用水难以保障。在近年来的水利工程建设对城市供水能力大幅度提升，但在小城镇等乡村居民点地区由于供水分散，水资源开发难度大，成本高，水资源保障能力低下，水资源短缺已对居民点的农业生产、生活重要限制性因素。因此，开发利用岩溶地区各类水资源对缓解生活用水困难的问题具有重要意义。

承压水是充满两个隔水层之间的承压水，其埋藏条件为上下均有隔水层，中间为饱和透水层。相比于地表水、潜水，承压水补给区小于分布区，埋藏深，但水量稳定，水质不易受到污染，开发、利用承压水有利于丰富岩溶地区水资源开发利用方式和解决小城镇饮用水资源短缺的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种承压水开发、利用的一体化装置，主要解决岩溶地区承压水埋藏结构复杂，空间分布勘察难度大，成井率低的问题；承压水受背景条件和人为活动引发的水污染，进行水质净化问题和跨流域低成本调配水资源问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种承压水开发、利用的一体化装置，用于将岩溶地区承压水开发利用，包括一级提水管，所述一级提水管的一端用于插入到岩溶地区承压水层内，另一端通过第一提水泵连通地表调节水池的进水口，所述地表调节水池的出水口通过第二提水泵连通二级提水管的一端，所述二级提水管的另一端连通高位蓄水池的进水口，所述高位蓄水池的出水口通过虹吸供水管连通若干供水箱，所述高位蓄水池的水平高度高于所述供水箱的水平高度。

本发明的有益效果是：承压水开发、利用的一体化装置结构完整、技术先进、可操作性性强，可作为岩溶地区承压水开发利用的示范工程；该一体化装置丰富了岩溶地区水资源开发利用方式与方法，缓解岩溶地区居民点用水困难、水质水量难以保障的问题；采用机电化泵站提水，设备操作简单，运营成本低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述一级提水管插在所述岩溶地区承压水层内的一端的管壁上设有多个渗水孔，所述渗水孔设置在距离所述一级提水管插入岩溶地区承压水层内的一端的端部2m的范围内，所述渗水孔的孔径为一级提水管的管径的1/8-1/10。

采用上述进一步方案的有益效果是：渗水孔的设置方便在第一提水泵提取水。

进一步，所述渗水孔在所述一级提水管的管壁上呈螺旋状布置，单排所述渗水孔的数量未6-8个。

采用上述进一步方案的有益效果是：渗水孔在一级提水管的管壁上呈螺旋状布置，提取水的过程中能在侧边形成螺旋的水流，提高提取水的效率。

进一步，所述一级提水管采用φ235的热镀锌管及相关管件。

采用上述进一步方案的有益效果是：一级提水管采用热镀锌管能保证一级提水管的使用寿命。

进一步，还包括泵房，所述第一提水泵和所述第二提水泵均设在所述泵房内。

采用上述进一步的有益效果是：将第一提水泵和第二提水泵均设置在泵房内，使用水泵以及电路的集中化设置，方便维修以及管理。

进一步，所述泵房布置在钻井旁边，泵房采用机电化设计，电力设备均放置在泵房内，便于操作和管理。

进一步，所述泵房内主要由电力表、稳压器、提水泵站及相关电路设施，且提水泵站采用380V高压电源。

进一步，所述一级提水管插在所述岩溶地区承压水层内的一端的端口处设有凸出端口的半球状过滤网，所述半球状过滤网采用不锈钢球形钢架材质，通过焊接方式涵盖住一级提水管的端部。

采用上述进一步方案的有益效果是：半球状过滤网的设置能对水中较大杂质进行过滤。

进一步，所述地表调节水池包括依次密封连通的反应池、沉淀池、过滤池和净水池，所述地表调节水池的进水口设在所述反应池的上部，所述地表调节水池的出水口设在所述净水池的上部。所述反应池中投入定量的改性有机天然高分子絮凝剂，絮凝剂主要成分为木质素和单质铁离子。所诉过滤池采用不对称纤维滤料的倾斜式设计，底部顺水流方向倾斜，倾斜角度在20-40°之间，有助于加快水流的过滤效益。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过反应池、沉淀池、过滤池以及净水池对第一提水泵提取上的水进行依次净化，提高使用水的安全性。所述净水池主要是用于汇集净化后的承压水，便于输送水资源的稳定性。

进一步，所述反应池中投入定量的改性有机天然高分子絮凝剂，絮凝剂主要成分为木质素和单质铁离子。

进一步，所述反应池的底部的水平高度、所述沉淀池的底部的水平高度、所述过滤池的底部的水平高度和所述净水池的底部的水平高度依次降低。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现地表调节水池对提取上来的水的充分净化。

进一步，所述反应池、所述沉淀池、所述过滤池和所述净水池的底部均设有用于打开后排出污泥杂质的排污管。

采用上述进一步方案的有益效果是：排污管的设置可以方便将反应池、沉淀池、过滤池和净水池中沉积的杂质排出清理。

进一步，所述沉淀池的宽度大于所述反应池的宽度。

采用上述进一步的有益效果是：使水流流入沉淀池水面变宽，水流势能、动能降低，有助于水流中悬浮物的沉积。

进一步，所述反应池的内底面、所述沉淀池的内底面和所述过滤池的内底面均为倾斜面，所述排污管分别设在反应池的内底面的水平低处、所述沉淀池的内底面的水平低处和所述过滤池的内底面的水平低处。

采用上述进一步方案的有益效果是：排污管设置各个池的水平低处，沉淀物沉积在水平地处后，开启排污管即可方便排出。

进一步，所述反应池的内底面的水平高度由靠近所述进水口的一端向靠近所述沉淀池的一端逐渐升高，所述沉淀池的内底面的水平高度由靠近所述反应池的一端向靠近所述过滤池的一端逐渐升高，所述过滤池的内底面的水平高度由靠近所述沉淀池的一端向靠近所述净水池的一端逐渐降低。

采用上述进一步方案的有益效果是：反应池的内底面、沉淀池的内底面的水平高度均随水流方向逐渐提高能增加反应以及沉淀的时间，所述过滤池采用不对称纤维滤料的倾斜式设计，底部顺水流方向倾斜，倾斜角度在20-40°之间，有助于加快水流的过滤效益。

进一步，所述反应池的顶部设有若干上挡板，所述反应池的底部设有若干下挡板，所述上挡板和所述下挡板相互交错设置形成往复水流廊道。

采用上述进一步方案的有益效果是：上挡板和下挡板相互交错设置形成往复水流廊道，使反应池中的整个絮凝反应充分。

附图说明

图1为本发明的安装示意图，附图中第一提水泵和第二提水泵的位置重合；

图2为本发明的一级提水管上渗水管的设置示意图；

图3为本发明反应池、沉淀池、过滤池和净水池的安装示意图；

图4为本发明反应池、沉淀池、过滤池和净水池的安装俯视图；

图5为本发明中高位蓄水池的安装示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、一级提水管，2、渗水孔，3、半球状过滤网，4、第一提水泵，5、泵房，6、反应池，7、沉淀池，8、过滤池，9、排污管，10、不对称纤维滤料，11、净水池，12、第二提水泵，13、二级提水管，14、圆钢爬梯，15、热镀锌连接管，16、高位蓄水池，17、虹吸供水管，18、供水箱，19、清理口，20、地表潜水层，21、隔水顶层，22、承压水层，23、隔水底层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明包括一级提水管1，所述一级提水管1的一端呈近似垂直地面的方式沿钻井井道穿过地表潜水层20、隔水顶层21后到达承压水层22。所述一级提水管1沿钻井道(预先打好)穿过潜水层和隔水顶层21延伸至承压水层22，其深度达承压水层22净深度的2/3处即可。另一端通过第一提水泵4连通地表调节水池的进水口，所述地表调节水池的出水口通过第二提水泵12连通二级提水管13的一端，所述二级提水管13的另一端连通高位蓄水池16的进水口，所述高位蓄水池16的出水口通过虹吸供水管17连通若干供水箱18，所述高位蓄水池16的水平高度高于所述供水箱18的水平高度。所述地表调节水池包括依次密封连通的反应池6、沉淀池7、过滤池8和净水池11，所述地表调节水池的进水口设在所述反应池6的上部，所述出水口设在所述净水池11的上部。承压水层22中的承压水受上层岩层压力和隔水底层23阻隔作用的影响，导致承压水有一定的水头差，承压水位自动上升至提水管2/3的位置，使泵房5的实际提水距离缩短，能耗成本降低。承压水开发、利用的一体化装置结构完整、技术先进、可操作性性强，可作为岩溶地区承压水开发利用的示范工程；该一体化装置丰富了岩溶地区水资源开发利用方式与方法，缓解岩溶地区居民点用水困难、水质水量难以保障的问题，其具体实施效益见表1表2；采用机电化泵房5提水，设备操作简单，运营成本低。

一体化装置	取水点与利用方式	月供水量(m<sup>3</sup>)	水质	覆盖人口(人)	覆盖区域
						实施前	小水池抽水泵分散供水	20	不达标	240	部分寨子
实施后	承压水泵房5集中供水	100	达标II类	678	石头堡村

表1承压水开发、利用的一体化装置实施效益

表2承压水净水装置的水质处理效果

如图2所示，一级提水管1距离前端进水口2m以内的管段设置渗水孔2，渗水孔2孔径控制在φ5-10mm之间，渗水孔2采用螺旋状错位布置，钻孔工具为数控机床中的不锈钢冲击钻。所述一级提水管1进水端口处焊接凸起球状过滤网，网格大小为5-15mm，以防止提水过程中吸入大颗粒砂石堵塞管道。

所述二级提水管13将净水池11水提升至高位蓄水池16，二级提水管13采用直径为600DN的PVC饮水管，饮水管采用埋地式铺设，埋地深度在20-30cm之间，以防止提水管的人为破坏，延长水管使用寿命。

所述高位蓄水池16因地制宜的建在山体的中段平坦地带，其高度均高于居民点位置。

所述虹吸供水管17由供水主管和入户支管组成，在供水前将管中空气抽干，即可实现虹吸自流，且虹吸压力水压稳定，供水成本低廉，易维护。

如图3、图4所示，所述反应池6的底部的水平高度、所述沉淀池7的底部的水平高度、所述过滤池8的底部的水平高度和所述净水池11的底部的水平高度依次降低。所述反应池6的内底面、所述沉淀池7的内底面和所述过滤池8的内底面均为倾斜面，所述排污口分别设在反应池6的内底面的水平低处、所述沉淀池7的内底面的水平低处和所述过滤池8的内底面的水平低处。具体的，反应池6、沉淀池7底部倾斜角度为5-10°，过滤池8底部倾斜角度为30-45°，且在底部最低处的一端预留排污管9，排污管9采用直径为φ50的PVC饮水管，管道外部布置开关阀门，仅在清理水池时才打开，并将水池底部沉淀物等杂质排出。

在本发明的实施例中，所述反应池6、沉淀池7、过滤池8和净水池11四周采用砖体结构，底部用管径混泥土浇筑，上部采用活动式钢筋混泥土盖板，内壁分别用水泥膏和砂浆抹面0.5cm和1.5cm。若条件允许，可在四周及底部内壁铺设不透水膜。

第一提水泵4承压水提升至反应池6中进行加入改性有机天然高分子絮凝剂反应，絮凝剂主要成分为淀粉、木质素和少量的单质铁离子，加入30-50g/m³的絮凝剂(剂水比例1:500)。所述反应池6为隔板式设计，反应池6中布置道隔板，形成往复廊道，促进絮凝剂与水体充分反应。

所述沉淀池7对反应池6中的承压水进行沉淀，沉淀后水流至过滤池8，过滤池8利用较大底部坡降比，加快过滤速度。过滤池8采用长条形设计，池中设置不对称纤维滤料10成分，纤维滤料为无毒无害的人工纤维，滤料末端密集的固定在不锈钢架上。水流通过滤料过滤后进入净水池11。所述净水池11中的承压水通过提水泵房5和二级提水管13提升至高位蓄水池16。所述二级提水管13为600DN的PVC饮水管材，且将二级提水管13埋入地下20-30cm，防止人为破坏，延长管材使用寿命。

由于山顶有悬崖陡坡，无相应的施工条件，故所述高位蓄水池16建造在山体的中上部地势相对平坦的位置，水池采用四周砖体结构，墙体厚度为24cm，底部浇筑钢筋混凝土层厚度为24cm，底部四周与墙体之间铺设止水施工缝，水池上部铺设18cm厚的钢筋混凝土盖板，盖板底部设置承重柱根分布于整个水池中部。所诉高位蓄水池16底部地势低洼处预留排污管9，排污管9用材、规格、结构与净化装置中的排污管9一致。如图5所示，所述高位蓄水池16顶部一侧预留清理口19，清理口19为60*60cm的方形口，在非清理水池期间，用70*70cm的活动盖板盖住。清理高位蓄水池16时，将盖板移开，沿着内壁的圆钢爬梯14进入池底清洗水池的沉淀物、杂质等。

所述虹吸供水管17在铺设完成以后，在进水口一端利用抽风机将管道里面的空气抽取掉，然后将管道放在水中，实现虹吸式跨流域自流供水，从而为解决了岩溶山地地区长距离输水提供一种有效方法。虹吸供水管统一用热镀锌管材，其主管直径为2寸，支管直径采用6-8分的标准铺设。

包括承压含水层提水装置、承压水净化装置、虹吸供水装置3个模块和承压水勘察、承压水净化、跨流域虹吸供水3项技术，

所述承压水勘察技术主要以地表岩层出露状况和产汇流特征进行判别，即野外勘察过程中，观测河谷地貌区两边山体断崖，断崖高度至少包含2-3个完整岩层，根据岩层走向、倾向确定河道成因。本案例的河谷为常年性水流汇集区，且河流径流量的年际变化不显著，故可认定河流下部为向斜地貌，岩层裂隙构造发育不明显，可形成向斜储水层。结合岩层的透水性，即可确定承压含水层的所在位置，估算出含水层的厚度。

所述承压水勘察技术主要以地表岩层出露状况和产汇流特征进行判别，即野外勘察过程中，观测河谷地貌区两边山体断崖，断崖高度至少包含2-3个完整岩层，根据岩层走向、倾向确定河道成因。本案例的河谷为常年性水流汇集区，且河流径流量的年际变化不显著，故可认定河流下部为向斜地貌，岩层裂隙构造发育不明显，可形成向斜储水层。结合岩层的透水性，即可确定承压含水层的所在位置，估算出含水层的厚度。

所述虹吸供水技术指在铺设好虹吸供水管17后，在高位蓄水池16的管道进水口利用抽风机将管内空气抽出后，迅速将水管插入水池底部，并将水管固定在池壁上，实现虹吸自流供水。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种承压水开发、利用的一体化装置，用于将岩溶地区承压水开发利用，其特征在于，包括一级提水管(1)，所述一级提水管(1)的一端用于插入到岩溶地区承压水层内，另一端通过第一提水泵(4)连通地表调节水池的进水口，所述地表调节水池的出水口通过第二提水泵(12)连通二级提水管(13)的一端，所述二级提水管(13)的另一端连通高位蓄水池(16)的进水口，所述高位蓄水池(16)的出水口通过虹吸供水管(17)连通若干供水箱(18)，所述高位蓄水池(16)的水平高度高于所述供水箱(18)的水平高度，所述一级提水管(1)插在所述岩溶地区承压水层内的一端的管壁上设有多个渗水孔(2)，所述渗水孔(2)在所述一级提水管(1)的管壁上呈螺旋状布置。

2.根据权利要求1所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述一级提水管(1)插在所述岩溶地区承压水层内的一端的端口处设有凸出端口的半球状过滤网(3)。

3.根据权利要求1所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述地表调节水池包括依次密封连通的反应池(6)、沉淀池(7)、过滤池(8)和净水池(11)，所述地表调节水池的进水口设在所述反应池(6)的上部，所述出水口设在所述净水池(11)的上部。

4.根据权利要求3所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述反应池(6)的底部的水平高度、所述沉淀池(7)的底部的水平高度、所述过滤池(8)的底部的水平高度和所述净水池(11)的底部的水平高度依次降低。

5.根据权利要求3所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述反应池(6)、所述沉淀池(7)、所述过滤池(8)和所述净水池(11)的底部均设有用于排出污泥杂质的排污管(9)。

6.根据权利要求5所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述反应池(6)的内底面、所述沉淀池(7)的内底面和所述过滤池(8)的内底面均为倾斜面，所述排污管(9)分别设在反应池(6)的内底面的水平低处、所述沉淀池(7)的内底面的水平低处和所述过滤池(8)的内底面的水平低处。

7.根据权利要求6所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述反应池(6)的内底面的水平高度由靠近所述进水口的一端向靠近所述沉淀池(7)的一端逐渐升高，所述沉淀池(7)的内底面的水平高度由靠近所述反应池(6)的一端向靠近所述过滤池(8)的一端逐渐升高，所述过滤池(8)的内底面的水平高度由靠近所述沉淀池(7)的一端向靠近所述净水池(11)的一端逐渐降低。

8.根据权利要求3所述的一种承压水开发、利用的一体化装置，其特征在于，所述反应池(6)的顶部设有若干上挡板，所述反应池(6)的底部设有若干下挡板，所述上挡板和所述下挡板相互交错设置形成往复水流廊道。