CN110735468A - 一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，其特征在于：在弱透水层（4）设置潜水含水层回灌井（21），潜水含水层回灌井（21）在潜水含水层（3）安装第一滤水管（10），第一滤水管（10）上部至地面（1）设置不透水的第一井壁管（9），在潜水含水层回灌井（21）附近建设灌渠（32），灌渠（32）通过输水廊道（17）进入潜水含水层回灌井（21），针对潜水和承压水分别建立相应的潜水监测井（22）和承压水监测井（23）。本发明不仅实现地表水与地下水之间的互相补给，还利用弱透水层实现地下含水层的跨层越流补给，节约了回灌成本。并利用灌渠对雨洪水等地表水资源的收集作用和过滤作用，保证了回灌水质。

Description

一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统

技术领域

本发明涉及水文地质、地下水科学技术领域，尤其涉及一种潜水含水层地下水越流补给回灌方案，主要是一种灌渠灌井结合的间接回灌下部承压含水层的越流补给系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，近年来地下水开采量持续增加，造成地下水位持续下降，在不同含水层位形成地下水漏斗区，导致了地面沉降、地面塌陷和咸水入侵等一系列环境地质问题。其中过度抽取地下水引起含水层土体骨架释水压缩是引发地面沉降的主要原因，通过向地下水含水层回灌，使得含水层土体骨架充水后回弹，达到控制地面沉降的目的，并因此提出了地下水人工回灌技术。

地下水人工回灌技术是通过采用人工措施将地表水或其他水源的水注入地下以补充地下水，其目的是补充地下水水量，是缓解或防治地面沉降及地下水咸水入侵等环境地质问题的有效手段。目前国内外大量使用的直接回灌方法主要是地面入渗法和管井注入法，地面入渗法是利用天然洼地、河床、沟道等地面集水工程设施，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，该方法可充分利用自然条件，以较少的投资获得较大的入渗量,但该方法难以满足回灌水源到达深部含水层；管井注入法是通过钻井、竖井等设施，将水源直接注入地下目标含水层中的一种人工回灌方法，该方法占地少，不易受地面气候变化等因素影响。合理而有效的回灌方案应能保证入渗补给快，补给的水量在大面积上分布均匀，工程投资及经营管理费用小，方法简单易行。虽然地下水人工回灌已广泛应用，合理的回灌方案及降低回灌成本等仍是地下水人工回灌领域亟待解决的技术问题。

发明内容

目前传统的地下水人工回灌补给主要集中在深层承压含水层，即通过针对相应回灌层位的回灌井的方式对深部含水层进行补给，但这种深部含水层地下水人工回灌方式存在施工时间长、资金投入大等问题，若对所有层位进行回灌则导致成本较高。越流补给是地下水的补给来源之一，天然含水层的水头差是越流补给的必要条件，因此可对某一上部含水层进行回灌抬升水位，通过弱透水层越流作用对下部含水层进行补给，实现含水层间的隔层回灌。

综合考虑以上问题，本发明提出了一种实现含水层隔层回灌的灌渠灌井相结合的地下水越流补给系统，并对本系统进行详细的说明。该系统利用弱透水层的透水优势，利用两个含水层间弱透水层的连通性，将回灌水源通过灌渠或浅层回灌井回灌至上部潜水含水层，使得潜水地下水水位升高，使回灌水源通过弱透水层后进入下部承压含水层，进而实现对深层承压水的越流回灌补给。由于回灌水源的多样性，本发明提出灌渠灌井相结合的回灌模式，符合回灌水质要求的外调水源可通过灌井直接回灌至潜水含水层；灌渠可有效收集雨洪资源、河道来水等地表水资源，灌渠底部过滤层可有效提高回灌水水质，过滤后的地表水源通过连接灌井灌渠的输水廊道进入回灌井后至潜水含水层。灌渠灌井相结合的方法即可有效提高回灌量，又能保障水质安全。本次提出的含水层越流补给系统应用方便，节约成本，可根据不同的水文地质特点选择使用。

本发明是一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，根据岩性和地下水赋存条件，地下水含水层可划分为第四系的潜水含水层、弱透水层和承压含水层，由于潜水含水层和承压含水层之间有一定水力联系导致竖向越流补给能力较强。所述越流补给系统是设置灌渠、回灌井及监测井，回灌井揭穿弱透水层顶板，滤水管与潜水含水层相对应设置，滤水管应略大于潜水含水层厚度，可以提高回灌效率；通过廊道设置一与灌井连通的灌渠，灌渠主要包括上部的滤料层和下部的土工布过滤层。

本发明的具体实施方案是：一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，该系统适用于弱透水层存在的地层条件，根据地质、水文地质条件进行布设，根据回灌区内水文地质条件，地下水划分为：潜水、半承压水及承压水，其中潜水含水层和半承压水含水层间存在一定的水力联系，根据钻孔取芯得到的地层信息分别确定耕作层、潜水含水层、弱透水层、半承压含水层各层的岩性及厚度，潜水含水层疏干，地下水位位于半承压水含水层的顶板以下，其特征在于：在弱透水层存在的回灌区设置潜水含水层回灌井，潜水含水层回灌井包括有第一井壁管、第一滤水管、第一粘土球及第一滤料，潜水含水层回灌井在潜水含水层相应的直接回灌含水层位置安装第一滤水管，回灌水源能直接进入潜水含水层，其中第一滤水管的长度比直接回灌含水层的潜水含水层厚度大，有效提高回灌能力，第一滤水管与潜水含水层回灌井的井壁间设有第一滤料；第一滤水管上部至地面设置不透水的第一井壁管，第一井壁管与潜水含水层回灌井的井壁间设有第一粘土球；所述潜水含水层回灌井的井径在160-180mm之间，第一滤水管和第一井壁管的管径在110-125mm之间；由于回灌井与含水层的直接联系，水质满足回灌要求的回灌水源首先通过回灌井的第一滤水管，第一滤水管与潜水含水层间填充第一滤料具有较大的渗透能力，后到达直接回灌含水层即潜水含水层；利用灌渠具有收集雨洪资源、河道来水等作用，在潜水含水层回灌井附近建设灌渠，灌渠利用混凝土挡板建成，灌渠设有粗滤料层、细滤料层和过滤尼龙布，地表回灌水源分别经过灌渠上层的粗滤料层和细滤料层的前期过滤作用后，经过过滤尼龙布进一步净化后通过输水廊道进入潜水含水层回灌井。回灌水源到达潜水含水层后，回灌后地下水位大幅度抬升并形成充水漏斗产生水头差，弱透水层具有一定的渗透能力，潜水含水层内地下水受到水压力作用通过弱透水层进入下部承压含水层，潜水含水层回灌井是直接回灌含水层与回灌水源进行水体交换的连接。

针对潜水和承压水分别建立相应的潜水监测井和承压水监测井，井径均为125mm，其中潜水监测井在潜水含水层处设第二滤水管，第二滤水管与潜水含水层间填充第二滤料，第二滤水管上部至地面设置不透水的第二井壁管，第二井壁管与潜水监测井的井壁间设有第二粘土球；承压水监测井在弱透水层下的承压含水层设第三滤水管，第三滤水管与潜水含水层间填充第三滤料，第三滤水管上部至地面设置不透水的第三井壁管，第三井壁管与承压水监测井的井壁间设有第三粘土球。

这种基于地下水回灌潜水含水层越流补给系统的特征主要在于地层条件和回灌装置，根据回灌区地质、水文地质特点，回灌水源通过潜水含水层和承压含水层间的弱透水层连接；这种基于地下水回灌的多层含水层越流补给方案其技术核心就是解决利用浅层灌渠灌井对深层含水层进行越流补给问题，回灌水源通过灌渠灌井与潜水含水层连接，回灌水源进入潜水含水层后通过弱透水层进入下部承压含水层。总体而言，该种基于地下水回灌的潜水含水层越流补给方案主要包括回灌补给，地下越流补给部分。

本发明具有以下优点：

1、该回灌系统不仅实现地表水与地下水之间的互相补给，还利用弱透水层实现地下含水层的跨层越流补给。

2、该回灌系统通过人工补给地下水使潜水含水层水位迅速回升，水头差的增加使得回灌水源易于通过弱透水层向下补给承压含水层。

3、该回灌系统对潜水含水层的补给过程中地下水形成充水漏斗，与通过回灌井深层回灌相比，有效增加了补给面积。

4、该回灌系统采用灌渠灌井结合的回灌方式，利用灌渠对雨洪水等地表水资源的收集作用和过滤作用，有效增加了回灌量和保证了回灌水质。

5、通过跨层越流补给，回灌水源经过弱透水层后进入承压含水层，弱透水层具有一定的过滤效果，更高程度上保证了回灌水质安全问题。

6、该回灌系统中回灌井不用揭穿目标回灌层，通过对浅层含水层的回灌实现对深层承压含水层的补给，大大地节约了回灌成本。

附图说明

图1是含水层结构示意图；

图2是本发明的结构示意图。

图中，1、地面，2、耕作层，3、潜水含水层，4、弱透水层，5、半承压含水层，6、不透水层顶板，7、原始地下水位，8、回灌水源，9、第一井壁管，10、第一滤水管（带60目滤网），11、第一粘土球，12、第一滤料（粒径0.4-0.6cm），13、混凝土挡板，14、粗滤料层（粒径2-3cm），15、细滤料层（粒径1-2cm），16、过滤尼龙布，17、输水廊道，18、回灌后地下水位，19、水流方向，20、顶板，21、潜水含水层回灌井，22、潜水监测井，23、承压水监测井，24、第二滤水管，25、第二滤料，26、第二井壁管，27、第二粘土球，28、第三滤水管，29、第三滤料，30、第三井壁管，31、第三粘土球。

具体实施方式

本发明公开一种基于地下水回灌的多层含水层越流补给方案，下面结合实施例对本发明作更进一步详细说明。

参照附图，一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，该系统适用于弱透水层存在的地层条件，根据地质、水文地质条件进行布设，根据回灌区内水文地质条件，地下水划分为：潜水、半承压水及承压水，其中潜水含水层和半承压水含水层间存在一定的水力联系，根据钻孔取芯得到的地层信息分别确定耕作层2、潜水含水层3、弱透水层4、半承压含水层5各层的岩性及厚度，潜水含水层3疏干，地下水位7位于半承压水含水层5的顶板20以下，其特征在于：在弱透水层4存在的回灌区设置潜水含水层回灌井21，潜水含水层回灌井21包括有第一井壁管9、第一滤水管10、第一粘土球11及第一滤料12，潜水含水层回灌井21在潜水含水层3相应的直接回灌含水层位置安装第一滤水管10，回灌水源8能直接进入潜水含水层3，其中第一滤水管10的长度比直接回灌含水层的潜水含水层3厚度大，有效提高回灌能力，第一滤水管10与潜水含水层回灌井21的井壁间设有第一滤料12；第一滤水管10上部至地面1设置不透水的第一井壁管9，第一井壁管9与潜水含水层回灌井21的井壁间设有第一粘土球11；所述潜水含水层回灌井21的井径在160-180mm之间，第一滤水管10和第一井壁管9的管径在110-125mm之间；由于回灌井与含水层的直接联系，水质满足回灌要求的回灌水源8首先通过回灌井的第一滤水管10，第一滤水管10与潜水含水层3间填充第一滤料12具有较大的渗透能力，后到达直接回灌含水层即潜水含水层3；利用灌渠具有收集雨洪资源、河道来水等作用，在潜水含水层回灌井21附近建设灌渠32，灌渠32利用混凝土挡板13建成，灌渠32设有粗滤料层14、细滤料层15和过滤尼龙布16，地表回灌水源8分别经过灌渠32上层的粗滤料层14和细滤料层15的前期过滤作用后，经过过滤尼龙布16进一步净化后通过输水廊道17进入潜水含水层回灌井21。回灌水源8到达潜水含水层3后，回灌后地下水位18大幅度抬升并形成充水漏斗产生水头差，弱透水层4具有一定的渗透能力，潜水含水层3内地下水受到水压力作用通过弱透水层4进入下部承压含水层5，潜水含水层回灌井21是直接回灌含水层与回灌水源8进行水体交换的连接。

针对潜水和承压水分别建立相应的潜水监测井22和承压水监测井23，井径均为125mm，其中潜水监测井22在潜水含水层3处设第二滤水管24，第二滤水管24与潜水含水层3间填充第二滤料25，第二滤水管24上部至地面设置不透水的第二井壁管26，第二井壁管26与潜水监测井22的井壁间设有第二粘土球27；承压水监测井23在弱透水层4下的承压含水层5设第三滤水管28，第三滤水管28与潜水含水层3间填充第三滤料29，第三滤水管28上部至地面设置不透水的第三井壁管30，第三井壁管30与承压水监测井23的井壁间设有第三粘土球31。

Claims (3)

1.一种灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，该系统适用于弱透水层存在的地层条件，根据地质、水文地质条件进行布设，根据回灌区内水文地质条件，地下水划分为：潜水、半承压水及承压水，其中潜水含水层和半承压水含水层间存在一定的水力联系，根据钻孔取芯得到的地层信息分别确定耕作层（2）、潜水含水层（3）、弱透水层（4）、半承压含水层（5）各层的岩性及厚度，潜水含水层（3）疏干，地下水位（7）位于半承压水含水层（5）的顶板（20）以下，其特征在于：在弱透水层（4）存在的回灌区设置潜水含水层回灌井（21），潜水含水层回灌井（21）包括有第一井壁管（9）、第一滤水管（10）、第一粘土球（11）及第一滤料（12），潜水含水层回灌井（21）在潜水含水层（）3相应的直接回灌含水层位置安装第一滤水管（10），回灌水源（8）能直接进入潜水含水层（3），第一滤水管（10）与潜水含水层回灌井（21）的井壁间设有第一滤料（12）；第一滤水管（10）上部至地面（1）设置不透水的第一井壁管（9），第一井壁管（9）与潜水含水层回灌井（21）的井壁间设有第一粘土球（11），由于回灌井与含水层的直接联系，水质满足回灌要求的回灌水源（8）首先通过回灌井的第一滤水管（10），第一滤水管（10）与潜水含水层（3）间填充第一滤料（12）具有较大的渗透能力，后到达直接回灌含水层即潜水含水层（3）；利用灌渠具有收集雨洪资源、河道来水的作用，在潜水含水层回灌井（21）附近建设灌渠（32），灌渠（32）利用混凝土挡板（13）建成，灌渠（32）设有粗滤料层（14）、细滤料层（15）和过滤尼龙布（16），地表回灌水源（8）分别经过灌渠（32）上层的粗滤料层（14）和细滤料层（15）的前期过滤作用后，经过过滤尼龙布（16）进一步净化后通过输水廊道（17）进入潜水含水层回灌井（21），针对潜水和承压水分别建立相应的潜水监测井（22）和承压水监测井（23），井径均为125mm，其中潜水监测井（22）在潜水含水层（3）处设第二滤水管（24），第二滤水管（24）与潜水含水层（3）间填充第二滤料（25），第二滤水管（24）上部至地面设置不透水的第二井壁管（26），第二井壁管（26）与潜水监测井（22）的井壁间设有第二粘土球（27）；承压水监测井（23）在弱透水层（4）下的承压含水层（5）设第三滤水管（28），第三滤水管（28）与潜水含水层（3）间填充第三滤料（29），第三滤水管（28）上部至地面设置不透水的第三井壁管（30），第三井壁管（30）与承压水监测井（23）的井壁间设有第三粘土球（31）。

2.按照权利要求1所述的灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，其特征在于：其中第一滤水管（10）的长度比直接回灌含水层的潜水含水层（3）厚度大，有效提高回灌能力。

3.按照权利要求1所述的灌渠灌井结合的地下水越流补给回灌系统，其特征在于：所述潜水含水层回灌井（21）的井径在160-180mm之间，第一滤水管（10）和（第四系）第一井壁管（9）的管径在110-125mm之间。

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