CN116770936A - 地下水回灌用辐射井及其成井方法、回灌方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种地下水回灌用辐射井及其成井方法、回灌方法。该辐射井包括竖井和多个水平辐射管，多个水平辐射管从竖井处延竖井径向向外延伸，且水平辐射管与竖井流体连通，水平辐射管位于含水层内。多个水平辐射管分布在同一水平面上，且其沿竖井井壁均匀分布。或者，多个水平辐射管分布在多个水平面上，同一水平面上的多个水平辐射管沿竖井井壁均匀分布。该辐射井无需加压即可通过无压渗透的方式将水回灌至地下。该辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
Description
技术领域
本发明涉及地下水回灌技术领域，尤其涉及一种地下水回灌用辐射井及其成井方法、回灌方法。
背景技术
回灌地下水是通过各种入渗措施，把各种洁净水源补充到含水层内使之增加可利用的地下水资源。地下水回灌是水资源重复利用的前沿领域，尤其是在干旱、半干旱缺水地区，深度处理后的地下水，经回灌系统回灌地下以备再次抽取使用、地下水回灌已成为解决区域水资源短缺的一种有效途径，同时为水资源的调控提供了一种重要的手段。
现有技术中常用的回灌方式包括地表渗池和钻孔注水回灌。地表渗池仅适用于松散层地层，其在水文地质条件简单、渗透率相对较差的地层情况下通常渗透率较慢、回灌效率低。钻孔注水回灌通常需要预先加压，水量入渗的速度与压力基本成正相关关系，其适用于承压含水层，但是加压过程往往需要消耗大量电能。
为实现地下水高效快速回灌，本申请提出了针对松散含水层的地下水回灌方法，其利用辐射井回灌地下水，且避免了加压过程。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种地下水回灌用辐射井及其成井方法、回灌方法，该回灌方法适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
第一方面，本发明提供了一种地下水回灌用辐射井，该辐射井包括竖井和多个水平辐射管，多个水平辐射管从竖井处延竖井径向向外延伸，且水平辐射管与竖井流体连通，所述水平辐射管位于含水层内。利用该地下水回灌用辐射井，能够适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在第一方面的一个实施方式中，多个水平辐射管分布在同一水平面上，且其沿竖井井壁均匀分布。通过该实施方式，能够避免由于间距过小引发的辐射管层相互影响，且将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
在第一方面的一个实施方式中，多个水平辐射管分布在多个水平面上，同一水平面上的多个水平辐射管沿竖井井壁均匀分布。通过该实施方式，多层辐射管层能够进行充分渗透，且能够避免辐射管层间的相互干扰，同时能够将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
在第一方面的一个实施方式中，所述竖井、所述水平辐射管均由钢花管构成，所述钢花管上开设有均匀分布的通孔。通过该实施方式，钢花管有利于水的无压渗透，水能够从钢花管的内壁经通孔流向管外。
在第一方面的一个实施方式中，辐射井还包括孔口管，所述孔口管位于所述竖井的顶端，所述孔口管套设在所述竖井外侧，且所述孔口管从表土层与松散层的界面延伸至表土层外。通过该实施方式，有利于避免松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象。
在第一方面的一个实施方式中，所述孔口管的直径大于竖井的直径0.5至1米，所述孔口管在表土层外的高度为0.5至1米。通过该实施方式，有利于进一步地避免表土层坍塌。
在第一方面的一个实施方式中，所述竖井套设在人工砾石层内，所述竖井的外壁与所述人工砾石层贴合；且，所述水平辐射管套设在纱布层内，所述水平辐射管的外壁与所述纱布层贴合。通过该实施方式，砾石层和纱布层均为过滤层，有利于避免井壁、管壁的堵塞。
第二方面，本发明还提供了一种第一方面及其任一实施方式的地下水回灌用辐射井的成井方法，该成井方法包括以下步骤：机械成孔，采用钻机施工竖井孔和辐射管孔；竖井施工，采用漂浮法下管成井；以及，水平辐射管施工。通过该实施方式安装的辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在第二方面的一个实施方式中，在机械成孔前埋设孔口管，用于防止表土层坍塌。通过该实施方式，有利于避免松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象。
在第二方面的一个实施方式中，在竖井施工时，在井壁周围进行人工砾石填充，砾石作为过滤层能够防止竖井井壁堵塞。
在第二方面的一个实施方式中，在水平辐射管施工时，用纱布包裹水平辐射管，纱布作为过滤层能够防止水平辐射管管壁堵塞。
在第二方面的一个实施方式中，当含水层厚度大于20米或有多层含水层时，施工多层所述水平辐射管。通过该实施方式，能够避免辐射管层间的相互干扰，还能够充分利用多层含水层，从而有利于水的快速渗透。
在第二方面的一个实施方式中，分析回灌点水文地质条件，获取含水层的埋深、厚度、粒径以及渗透性参数；根据所述埋深，设计竖井的高度；根据所述渗透性参数，设计所述水平辐射管的长度。通过该实施方式，有利于充分利用水文地质条件，最大化回灌效率。
在第二方面的一个实施方式中，所述竖井高40至50米，竖井直径3至5米，竖井井壁厚0.2至0.5米；所述水平辐射管的直径为20厘米，单层水平辐射管的数量为8个，所述水平辐射管的长度30至50米。
第三方面，本发明还提供了一种利用第一方面及其任一实施方式所述的地下水回灌用辐射井进行的回灌方法，水通过无压渗透流经所述竖井回灌含水层；或者，水通过无压渗透流经所述竖井及所述水平辐射管回灌含水层。通过该实施方式，无需加压即可通过无压渗透的方式将水回灌至地下。该辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在第三方面的一个实施方式中，如果水源受到污染，在回灌前，需要采用水处理工艺以保证水源达到回灌标准。通过该实施方式，有利于保证回灌水的洁净度，从而避免对含水层的污染。
本申请提供的地下水回灌用辐射井及其成井方法、回灌方法，相较于现有技术，具有如下的有益效果。
1、本申请的地下水回灌用辐射井，能够适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
2、同一水平面上的多个水平辐射管沿竖井井壁均匀分布，能够将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
3、孔口管的设置，有利于避免松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述，其中：
图1显示了根据本发明一实施方式的辐射井的剖视示意图；
图2显示了根据本发明一实施方式的辐射井的俯视示意图；
图3显示了根据本发明一实施方式的水平辐射管的结构示意图。
附图标记清单：
1-竖井；2-水平辐射管；3-孔口管；4-纱布层。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本实施方式提供了一种地下水回灌用辐射井，该辐射井包括竖井1和多个水平辐射管2，多个水平辐射管2从竖井1处延竖井1径向向外延伸，且水平辐射管2与竖井1流体连通，水平辐射管2位于含水层内。
本实施方式提供了一种地下水回灌用辐射井，该辐射井无需加压即可通过无压渗透的方式将水回灌至地下。该辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
竖井1和水平辐射管2上均设有孔眼，水通过无压渗透流经竖井1回灌含水层；或者，水通过无压渗透流经竖井1及水平辐射管2回灌含水层。
竖井1上的水平辐射管2越多、水平辐射管2越长，辐射井的辐射面积越大，相应地，回灌速度越大。但是水平辐射管2不能过长，水平辐射管2的长度由含水层的渗透性参数等因素综合决定。
在地下水回灌用辐射井的安装过程中，首先机械成孔，即采用钻机施工竖井孔和辐射管孔，施工过程中分次扩孔至设计孔径、孔深。
然后，采用漂浮法下管成井，利用水的浮力，将大重量的辐射管下到已成型的辐射井孔内。
优选地，先将水平辐射管2装入辐射管孔，再将竖井1装入竖井孔。
本实施方式的辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在一个实施方式中，多个水平辐射管2分布在同一水平面上，且其沿竖井1井壁均匀分布。
当含水层厚度小于等于20米，且安装地点只有一层含水层时，辐射井只具有单层辐射管层，从而避免由于间距过小引发的辐射管层相互影响。
多个水平辐射管2分布在同一水平面上，且其沿竖井1井壁均匀分布，从而将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
本实施方式能够避免由于间距过小引发的辐射管层相互影响，且将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
在一个实施方式中，如图1所示，多个水平辐射管2分布在多个水平面上，同一水平面上的多个水平辐射管2沿竖井1井壁均匀分布。
当含水层厚度大于20米，或安装地点具有多层含水层时，辐射井具有多层辐射管层。
当含水层厚度大于20米时，多层辐射管层能够进行充分渗透，且能够避免辐射管层间的相互干扰。
同一水平面上的多个水平辐射管2沿竖井1井壁均匀分布，能够将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
本实施方式的多层辐射管层能够进行充分渗透，且能够避免辐射管层间的相互干扰，同时能够将相邻辐射管的相互影响降到最低，有利于水的快速渗透。
在一个实施方式中，竖井1、水平辐射管2均由钢花管构成，钢花管上开设有均匀分布的通孔。
本实施方式的钢花管有利于水的无压渗透，水能够从钢花管的内壁经通孔流向管外。
在一个实施方式中，如图1和图2所示，辐射井还包括孔口管3，孔口管3位于竖井1的顶端，孔口管3套设在竖井1外侧，且孔口管3从表土层与松散层的界面延伸至表土层外。
在竖井1钻探过程中，为防止松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象，使用孔口管3维护钻孔施工，保证钻进作业正常进行。
本实施方式有利于避免松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象。
在一个实施方式中，孔口管3的直径大于竖井1的直径0.5至1米，孔口管3在表土层外的高度为0.5至1米。
本实施方式有利于进一步地避免表土层坍塌。
在一个实施方式中，竖井1套设在人工砾石层内，竖井1的外壁与人工砾石层贴合；且，水平辐射管2套设在纱布层4内，水平辐射管2的外壁与纱布层4贴合。
本实施方式的砾石层和纱布层4均为过滤层，有利于避免井壁、管壁的堵塞。
本实施方式还提供了一种上述地下水回灌用辐射井的成井方法，该成井方法包括以下步骤：机械成孔，采用钻机施工竖井孔和辐射管孔；竖井1施工，采用漂浮法下管成井；以及，水平辐射管2施工。
在地下水回灌用辐射井的安装过程中，首先机械成孔，即采用钻机施工竖井孔和辐射管孔，施工过程中分次扩孔至设计孔径、孔深。
然后，采用漂浮法下管成井，利用水的浮力，将大重量的辐射管下到已成型的辐射井孔内。
优选地，先将水平辐射管2装入辐射管孔，再将竖井1装入竖井孔。
本实施方式安装的辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在一个实施方式中，在机械成孔前埋设孔口管3，用于防止表土层坍塌。
在竖井1钻探过程中，为防止松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象，使用孔口管3维护钻孔施工，保证钻进作业正常进行。
本实施方式有利于避免松散表土层在钻探过程中出现孔壁坍塌、缩径等现象。
在一个实施方式中，在竖井1施工时，在井壁周围进行人工砾石填充，砾石作为过滤层能够防止竖井1井壁堵塞。
在一个实施方式中，在水平辐射管2施工时，如图3所示，用纱布包裹水平辐射管2，纱布作为过滤层能够防止水平辐射管2管壁堵塞。
在一个实施方式中，当含水层厚度大于20米或有多层含水层时，施工多层水平辐射管2。
当含水层厚度大于20米，或安装地点具有多层含水层时，辐射井具有多层辐射管层。
当含水层厚度大于20米时，多层辐射管层能够进行充分渗透，且能够避免辐射管层间的相互干扰。
在具有多层含水层时，每个含水层对应一层辐射管，有利于充分利用多层含水层，从而有利于水的快速渗透。
本实施方式能够避免辐射管层间的相互干扰，还能够充分利用多层含水层，从而有利于水的快速渗透。
在一个实施方式中，分析回灌点水文地质条件，获取含水层的埋深、厚度、粒径以及渗透性参数；根据埋深，设计竖井1的高度；根据渗透性参数，设计水平辐射管2的长度。
竖井1只有到达含水层才能保证渗透效率，因此需要根据埋深来设计竖井1的高度。
本实施方式有利于充分利用水文地质条件，最大化回灌效率。
在一个实施方式中，竖井1高40至50米，竖井1直径3至5米，竖井1井壁厚0.2至0.5米；水平辐射管2的直径为20厘米，单层水平辐射管2的数量为8个，水平辐射管2的长度30至50米。
本实施方式还提供了一种利用上述地下水回灌用辐射井进行的回灌方法，水通过无压渗透流经竖井1回灌含水层；或者，水通过无压渗透流经竖井1及水平辐射管2回灌含水层。
本实施方式的回灌方法无需加压即可通过无压渗透的方式将水回灌至地下。该辐射井适用于松散含水层的回灌，且回灌过程高效快速，同时避免了加压过程，有利于避免消耗电能。
在一个实施方式中，如果水源受到污染，在回灌前，需要采用水处理工艺以保证水源达到回灌标准。
本实施方式有利于保证回灌水的洁净度，从而避免对含水层的污染。
实施例一
伊敏煤田某井工矿矿井涌水量多达600立方米每小时,矿井范围内用水量则约为300立方米每小时，其矿井水水质为当地白垩系含水层水，水质良好，剩余的大量的矿井涌水量无处可用，最终排入当地河流。为解决大量洁净矿井水外排，造成水资源浪费的矛盾，技术人员根据当地水文地质条件设计施工本申请的回灌用辐射井。在回灌过程中，将洁净矿井水采用无压入渗至第四系松散含水层中，涵养了地下含水层，增加了地下水资源，同时抬高了潜水水位，当地的植被由于原来的地下水位低长势差的情况得到极大的提高，改善了当地的生态环境。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (16)
1.一种地下水回灌用辐射井，其特征在于，包括竖井和多个水平辐射管，多个所述水平辐射管从所述竖井处延所述竖井径向向外延伸，且所述水平辐射管与所述竖井流体连通，所述水平辐射管位于含水层内。
2.根据权利要求1所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，多个所述水平辐射管分布在同一水平面上，且其沿所述竖井井壁均匀分布。
3.根据权利要求1所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，多个所述水平辐射管分布在多个水平面上，同一水平面上的多个所述水平辐射管沿所述竖井井壁均匀分布。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，所述竖井、所述水平辐射管均由钢花管构成，所述钢花管上开设有均匀分布的通孔。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，还包括孔口管，所述孔口管位于所述竖井的顶端，所述孔口管套设在所述竖井外侧，且所述孔口管从表土层与松散层的界面延伸至表土层外。
6.根据权利要求5所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，所述孔口管的直径大于所述竖井的直径0.5至1米，所述孔口管在表土层外的高度为0.5至1米。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的地下水回灌用辐射井，其特征在于，所述竖井套设在人工砾石层内，所述竖井的外壁与所述人工砾石层贴合；且，所述水平辐射管套设在纱布层内，所述水平辐射管的外壁与所述纱布层贴合。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的地下水回灌用辐射井的成井方法，包括以下步骤：
机械成孔，采用钻机施工竖井孔和辐射管孔；
竖井施工，采用漂浮法下管成井；以及，
水平辐射管施工。
9.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，在机械成孔前埋设孔口管，用于防止表土层坍塌。
10.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，在竖井施工时，在井壁周围进行人工砾石填充，砾石作为过滤层能够防止所述竖井井壁堵塞。
11.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，在水平辐射管施工时，用纱布包裹所述水平辐射管，纱布作为过滤层能够防止所述水平辐射管管壁堵塞。
12.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，当含水层厚度大于20米或有多层含水层时，施工多层所述水平辐射管。
13.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，分析回灌点水文地质条件，获取含水层的埋深、厚度、粒径以及渗透性参数；根据所述埋深，设计竖井的高度；根据所述渗透性参数，设计所述水平辐射管的长度。
14.根据权利要求8所述的成井方法，其特征在于，所述竖井高40至50米，竖井直径3至5米，竖井井壁厚0.2至0.5米；
所述水平辐射管的直径为20厘米，单层水平辐射管的数量为8个，所述水平辐射管的长度30至50米。
15.一种利用如权利要求1至7中任一项所述的地下水回灌用辐射井进行的回灌方法，其特征在于，水通过无压渗透流经所述竖井回灌含水层；或者，
水通过无压渗透流经所述竖井及所述水平辐射管回灌含水层。
16.根据权利要求15所述的回灌方法，其特征在于，如果水源受到污染，在回灌前，需要采用水处理工艺以保证水源达到回灌标准。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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