CN117803044A - 一种组合井咸淡水同步开采回灌装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合井咸淡水同步开采回灌装置及其方法，涉及水资源开采设备技术领域，包括伸入淡水层内的第一水井和伸入咸水层内的第二水井；第一水井内设有用于抽取和排放淡水的第一水管，第二水井内设有用于抽取咸水的第二水管；第一水管上设有用于抽取淡水的第一水泵，第二水管上设有用于抽取咸水的第二水泵；本发明通过第一水泵和第二水泵同时抽取淡水层内的淡水和咸水层的咸水，使得淡水层和咸水层水位同步下降，这避免了现有技术中因仅开采淡水层的淡水，导致淡水层内形成的负压将咸水层内的咸水吸入淡水层即咸水升锥问题，维持了淡水层和咸水层的水力平衡，使得开采出来的淡水均为合格的淡水，提高了淡水开采质量。

Description

一种组合井咸淡水同步开采回灌装置及其方法

技术领域

本发明涉及水资源开采设备技术领域，特别是涉及一种组合井咸淡水同步开采回灌装置及其方法。

背景技术

现有技术在开采淡水资源时，咸淡水的分界层将上移即出现“咸水升锥”现象，而随着水资源的持续开采，部分咸水将进入抽水井内，导致抽出的水因咸度过高而无法使用。

故如何避免咸水升锥问题，提高淡水开采质量成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合井咸淡水同步开采回灌装置及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，以避免咸水升锥问题，提高淡水开采质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种组合井咸淡水同步开采回灌装置，包括伸入淡水层内的第一水井和伸入咸水层内的第二水井；

所述第一水井内设有用于抽取和排放淡水的第一水管，所述第二水井内设有用于抽取咸水的第二水管；

所述第一水管上设有用于抽取淡水的第一水泵，所述第二水管上设有用于抽取咸水的第二水泵。

优选的，所述第二水管上还用于过滤和净化咸水的过滤组件，以及用于将过滤组件过滤出的浓咸水回灌至浓咸水层的排放机构。

优选的，所述过滤组件内置于所述第二水管中，所述第二水管在与浓咸水层相对应的区域设有用于浓咸水排出的第二通孔，所述第二通孔构成所述排放机构。

优选的，所述组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括伸入浓咸水层内的第三水井，所述第三水井内设有用于回灌浓咸水的第三水管，所述第三水管构成所述排放机构，所述过滤组件设置有咸水进口、淡水出口以及浓咸水出口，并且所述过滤组件通过所述咸水进口和所述淡水出口串接于所述第二水管上，所述咸水进口位于所述淡水出口的下游，所述浓咸水出口与所述第三水管的一端相连接，所述第三水管的另一端与所述浓咸水层相连通。

优选的，所述第一水井、所述第二水井与所述第三水井均为竖直井或均为水平井；

或者，所述第三水井为竖直井，所述第一水井和所述第二水井为水平井。

优选的，所述第一水管上还设有用于转换所述第一水管抽水或注水状态的灌抽转换组件。

优选的，所述第一水井内在所述淡水层与所述咸水层之间设有用于在回灌淡水时封闭所述第一水井的封隔器；所述第一水管和所述第二水管上均设有逆止阀，所述逆止阀用于防止停水时的水锤作用对所述第一水泵和所述第二水泵造成损坏。

优选的，所述第一水管与所述淡水层相对应的区域设有用于淡水进出的第一通孔，所述第三水管与所述浓咸水层相对应的区域设有用于咸水进入的第三通孔；

所述第一水管上设有用于检测所述第一通孔所在水层咸度的第一水质传感器，所述第二水管上设有用于检测所述第二通孔所在水层咸度的第二水质传感器，所述第三水管上设有用于检测所述第三通孔所在水层咸度的第三水质传感器；所述组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括用于带动所述第一水管、所述第二水管、所述第三水管的泵送深度的多个绞盘，所述第一水质传感器、所述第二水质传感器、所述第三水质传感器、所述绞盘均与控制器电性连接。

本发明还提供一种组合井咸淡水同步开采回灌方法，当处于枯水期时，同步抽取淡水层内的淡水和咸水层内的咸水；

当处于丰水期时，向淡水层内回灌淡水。

优选的，在抽取咸水层内的咸水时，咸水经过过滤净化后产生的浓咸水被回灌至浓咸水层。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过第一水泵和第二水泵同时抽取淡水层内的淡水和咸水层的咸水，使得淡水层和咸水层水位同步下降，这避免了现有技术中因仅开采淡水层的淡水，导致淡水层内形成的负压将咸水层内的咸水吸入淡水层即咸水升锥问题，维持了淡水层和咸水层的水力平衡，使得开采出来的淡水均为合格的淡水，提高了淡水开采质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为组合井为多个竖直井时抽取咸淡水以及回灌浓咸水的结构示意图；

图2为组合井为多个竖直井时回灌淡水的结构示意图；

图3为组合井为多个水平井时抽取咸淡水以及回灌浓咸水的结构示意图；

图4为组合井为多个水平井时回灌淡水的结构示意图；

其中，1、淡水层；2、第一隔水层；3、咸水层；4、第二隔水层；5、浓咸水层；6、第一水井；7、第二水井；8、第三水井；9、第一水管；10、第二水管；11、第三水管；12、第一水泵；13、第二水泵；14、过滤组件；15、淡水存储机构；16、灌抽转换组件；17、水平集水廊道；18、水泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本发明公开了一种组合井咸淡水同步开采回灌装置，包括伸入淡水层1内的第一水井6和伸入咸水层3内的第二水井7；第一水井6内设有用于抽取和排放淡水的第一水管9，第二水井7内设有用于抽取咸水的第二水管10；第一水管9上设有用于抽取淡水的第一水泵12，在第二水管10上还设有用于抽取咸水的第二水泵13。

本发明通过第一水泵12和第二水泵13同时抽取淡水层1内的淡水和咸水层3的咸水，使得淡水层1和咸水层3水位同步下降，这避免了现有技术中因仅开采淡水层1的淡水，导致淡水层1内形成的负压将咸水层3内的咸水吸入淡水层1即咸水升锥问题，维持了淡水层1和咸水层3的水力平衡，使得开采出来的淡水均为合格的淡水，提高了淡水开采质量。

如图1-图4所示，且本发明在第二水管10上还设有用于过滤和净化咸水的过滤组件14，以及用于将过滤组件14过滤出的浓咸水回灌至浓咸水层5的排放机构。过滤组件14使得从咸水层3抽取出的咸水可经过过滤净化，以使得从咸水层3内抽取的咸水可转化为合格的淡水；排放机构的设置则可将浓咸水回灌至浓咸水层5内，这避免了现有技术中将浓咸水直接排放至环境中，造成环境污染的问题。咸水层3内还设有水平集水廊道17即水平井，通过水平集水廊道17增大了抽取咸水层3内咸水的效率。

其中，本发明中第一水管9伸出第一水井6的一端，以及第二水管10伸出第二水井7的一端均与淡水存储机构15相连，淡水存储机构15用于储存从淡水层1内抽取的淡水，经过滤组件14过滤净化后的咸水，以及丰水期多余的淡水。淡水存储机构15与过滤组件14的淡水出口之间设有用于将淡水泵送至淡水存储机构15内的水泵18。过滤组件14具体可为RO膜、反渗透膜等可实现咸水过滤淡化的结构。第一水泵12和第二水泵13具体可为抽水泵。淡水层1和咸水层3之间设有天然形成的第一隔水层2，咸水层3和浓咸水层5之间设有天然形成的第二隔水层4。第一隔水层2和第二隔水层4由低渗透性天然沉积物构成。

且本发明中过滤组件14和排放机构具有多种设置形式。例如，过滤组件14内置于第二水管10中，第二水管10的底端位于水井内与浓咸水层5相对应的区域，第二水管10在与浓咸水层5相对应的区域设有用于浓咸水排出的第二通孔，第二通孔构成排放机构。当通过第二水泵13抽取咸水层3的咸水时，咸水在经过过滤组件14的过滤净化后，将在自身重力作用下通过第二通孔回灌至浓咸水层5内，从而避免了现有技术中将采集到的浓咸水直接排放造成的环境污染问题。

或者，本发明中的过滤组件14和排放机构亦可不采用上段文字所述的结构，具体的，组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括伸入浓咸水层5内的第三水井8，第三水井8内设有用于回灌浓咸水的第三水管11，第三水管11构成排放机构，过滤组件14设置有咸水进口、淡水出口以及浓咸水出口，并且过滤组件14通过咸水进口和淡水出口串接于第二水管10上，咸水进口位于淡水出口的下游，浓咸水出口与第三水管11的一端相连接，第三水管11的另一端与浓咸水层5相连通。

当第三水管11的另一端与浓咸水层5相连通时，在第二水泵13抽取咸水层3的咸水时，咸水在经过过滤组件14的过滤净化后，将在自身重力作用下通过第二通孔回灌至浓咸水层5内（或者，亦可在第三水管11上额外设置水泵18，以提高浓咸水的回灌效率，但需注意水泵18的速率不能过快，以防止从咸水层3内抽取的咸水还未经过过滤组件14的充分过滤净化便被回灌至浓咸水层5），从而避免了现有技术中将采集到的浓咸水直接排放造成的环境污染问题。

如图1-图4所示，本发明中第一水井6、第二水井7与第三水井8具有多种设置形式。例如，第一水井6、第二水井7与第三水井8均为竖直井或均为水平井；或者，第三水井8为竖直井，第一水井6和第二水井7为水平井。

当第一水井6或第二水井7或第三水井8为水平井时，与竖直井相比，第一水井6或第二水井7或第三水井8与水层具有更大的接触面积，故当第一水井6或第二水井7或第三水井8为水平井时，水资源抽取或回灌的效率更高。

再者，本发明在第一水管9上还设有用于转换第一水管9抽水或注水状态的灌抽转换组件16。当通过第一水泵12抽取淡水层1的淡水时，灌抽转换组件16保持关闭，当通过第一水泵12将淡水存储机构15的淡水回灌内淡水层1内时，开启灌抽转换组件16，加速淡水回灌效率。同时，通过灌抽转换组件16可控制回灌水流的大小，降低气泡对透水层的影响，提高了回灌效率。避免了现有技术中回灌时无法控制水流大小，出水口压力变化大导致水中携带大量气泡，在渗流的过程中就会附着在土壤的空隙间堵塞透水层空隙，时间不长，透水层就会大部分堵塞，导致回灌效率较低的问题。

本发明中灌抽转换组件16的具体结构可参考专利文件CN104235432 B中的外置式地下水抽水回灌液压两用阀或专利文件CN104328821B中的井下电控抽水回灌两用装置。外置式地下水抽水回灌液压两用阀包括环形阀体、上液压缸体和下液压缸体，环形阀体顶端设置上开口，环形阀体底端设置阀座，阀座上设置下开口，环形阀体内靠近阀座位置设置稳定架，稳定架上设置过水口，稳定架中部设置穿孔，穿孔内设置阀杆，阀杆远离阀座一端设置限位板，阀杆靠近下开口一端安装与下开口相对应的阀瓣，阀瓣与稳定架间设置压缩弹簧，压缩弹簧套在阀杆上，在环形阀体内壁上设置出水口，出水口位于稳定架上方，阀座底部安装下法兰，环形阀体外壁上套装下液压缸体，下液压缸体安装在下法兰上，下液压缸体上设置下通液孔，下液压缸体底部设置第二通孔（并非本发明中第二水管上的第二通孔），第二通孔间设置下推杆，下推杆靠近下法兰一端安装与下液压缸体相适应的下活塞，下推杆远离下法兰一端安装密封套，环形阀体顶部安装上法兰，环形阀体外壁上套装上液压缸体，上液压缸体安装在上法兰上，上液压缸体上设置上通液孔，上液压缸体底部设置第一通孔，第一通孔间设置上推杆，上推杆靠近上法兰一端安装与上液压缸体相适应的上活塞，上推杆远离上法兰一端安装密封套，密封套套在环形阀体上，密封套能够完全封堵出水口。上法兰的顶部接第一水泵12，下法兰的底部接本发明中的第一水管9。

井下电控抽水回灌两用装置包括外管、内基管、环形步进电机、螺纹管和阀套装置，外管壁上开设有竖向排列的阀口，环形步进电机位于外管与内基管形成的环形腔体内，内基管包括上内基管和下内基管，环形步进电机的转子套设在上内基管上，环形步进电机的定子固定在外管内壁上，环形步进电机的输出轴与螺纹管连接，螺纹管位于环形步进电机转子下方，螺纹管套设于上内基管上，阀口上方的外管内壁上设有密封装置，螺纹管与密封装置紧密接触，螺纹管的底部通过阀套装置与下内基管连接，下内基管的底部设有上水口；阀套装置包括阀环、阀杆和堵头活塞，螺纹管的底部通过阀杆与阀环连接，阀环通过阀杆与堵头活塞连接，堵头活塞位于下内基管内且可上下自由滑动，阀环紧密贴合在外管内壁上且可上下自由滑动。外管为第一水管9。

本发明在第一水井6内在淡水层1与咸水层3之间设有用于在回灌淡水时封闭第一水井6的封隔器。通过封隔器封闭井口，营造封闭空间，通过回灌水泵实现加压回灌，提高淡水回灌的效率。其中，封隔器具体可为气囊，气囊连接有用于抽/排气体，以实现气囊膨胀/收缩的抽排管道。通过封隔器封闭水井内淡水层1以下的区域，实现了淡水的定层回灌，即使得淡水几乎（大部分）均被回灌至淡水层1内，实现了“压咸补淡”，将咸水层3与淡水层1的分界线下压，使得淡水开采过程中咸水升锥现象更不易发生，为枯水期的水资源开采做好了储备，从而进一步提高了淡水资源的开采效果。

再者，本发明还在第一水管9和第二水管10上均设有逆止阀，逆止阀用于防止停水时的水锤作用对第一水泵12和第二水泵13造成损坏。

再者，本发明在第一水管9与淡水层1相对应的区域设有用于淡水进出的第一通孔，第三水管11与浓咸水层5相对应的区域设有用于咸水进入的第三通孔；第一水管9上设有用于检测第一通孔所在水层咸度的第一水质传感器，第二水管10上设有用于检测第二通孔所在水层咸度的第二水质传感器，第三水管11上设有用于检测第三通孔所在水层咸度的第三水质传感器；组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括用于带动第一水管9、第二水管10、第三水管11的泵送深度的多个绞盘，第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器、绞盘均与控制器电性连接。当第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器检测到所在水层咸度超过阈值时，则由控制器控制绞盘带动第一水管9、第二水管10和第三水管11移动直至移至咸度位于阈值内的水层，以保证抽取出来的为合格的淡水。

此外，本发明还提供一种组合井咸淡水同步开采回灌方法，当处于枯水期时，同步抽取淡水层1内的淡水和咸水层3内的咸水；当处于丰水期时，向淡水层1内回灌淡水。

在抽取咸水层3内的咸水时，咸水经过过滤净化后产生的浓咸水被回灌至浓咸水层5。

需说明的是，为保证淡水层1内的水可被顺利抽吸到第一水管9内，以及为保证淡水可被顺利回灌至淡水层1内，本发明中第一水井6的井管壁至少在与淡水层1相对应的区域为透水材料，且第一水管9与淡水层1相对应的区域设有第一通孔，第一通孔可位于第一水管9的侧壁和/或底端，第一通孔的位置取决与第一水管9底端的位置与第一水管9长度。例如，若第二水管10较长，且第二水管10的底端位于咸水层3的下方，则第二通孔位于第二水管10的侧壁，且第二水管10的底部需封堵，以防止在抽取咸水层3内咸水的同时抽取咸水层3内的咸水；若第二水管10的底端刚好位于咸水层3处，则第二通孔既可仅位于第二水管10的侧壁或底端，又可同时位于第二水管10的侧壁和底端。

为保证咸水层3内的水可被顺利抽吸到第二水管10内，本发明中第二水井7的井管壁至少在与咸水层3相对应的区域为透水材料，且第二水管10与咸水层3相对应的区域设有第二通孔，第二通孔可位于第二水管10的侧壁和/或底端，第二通孔的位置取决与第二水管10底端的位置与第二水管10的长度。例如，若第二水管10较长，且第二水管10的底端位于咸水层3的下方，则第二通孔位于第二水管10的侧壁，且第二水管10的底部需封堵，以防止在抽取咸水层3内咸水的同时抽取浓咸水层5内的浓咸水；若第二水管10的底端刚好位于咸水层3处，则第二通孔既可仅位于第二水管10的侧壁或底端，又可同时位于第二水管10的侧壁和底端。

当排放机构为第三水管11，且第三水管11的另一端与与浓咸水层5相连通时，为保证浓咸水可顺利通过第三水管11被排放至浓咸水层5内，本发明中第三水井8的井管壁至少在与浓咸水层5相对应的区域为透水材料，且第三水管11与咸水层3相对应的区域设有第三通孔，第三通孔可位于第三水管11的侧壁和/或底端，第三通孔的位置取决与第三水管11底端的位置与第三水管11的长度。例如，若第三水管11较长，且第三水管11的底端位于浓咸水层5的下方，则第三通孔位于第三水管11的侧壁，且第三水管11的底部需封堵，以防止在抽取浓咸水层5内浓咸水的同时抽取浓咸水层5下方水层内的水；若第三水管11的底端刚好位于浓咸水层5处，则第三通孔既可仅位于第三水管11的侧壁或底端，又可同时位于第三水管11的侧壁和底端。

需说明的是，本发明中图1-图4中的箭头代表水资源（包括淡水、咸水和浓咸水的流动方向）。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，包括伸入淡水层内的第一水井和伸入咸水层内的第二水井；

所述第一水井内设有用于抽取和排放淡水的第一水管，所述第二水井内设有用于抽取咸水的第二水管；

所述第一水管上设有用于抽取淡水的第一水泵，所述第二水管上设有用于抽取咸水的第二水泵。

2.根据权利要求1所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述第二水管上还用于过滤和净化咸水的过滤组件，以及用于将过滤组件过滤出的浓咸水回灌至浓咸水层的排放机构。

3.根据权利要求2所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述过滤组件内置于所述第二水管中，所述第二水管在与浓咸水层相对应的区域设有用于浓咸水排出的第二通孔，所述第二通孔构成所述排放机构。

4.根据权利要求2所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括伸入浓咸水层内的第三水井，所述第三水井内设有用于回灌浓咸水的第三水管，所述第三水管构成所述排放机构，所述过滤组件设置有咸水进口、淡水出口以及浓咸水出口，并且所述过滤组件通过所述咸水进口和所述淡水出口串接于所述第二水管上，所述咸水进口位于所述淡水出口的下游，所述浓咸水出口与所述第三水管的一端相连接，所述第三水管的另一端与所述浓咸水层相连通。

5.根据权利要求4所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述第一水井、所述第二水井与所述第三水井均为竖直井或均为水平井；

或者，所述第三水井为竖直井，所述第一水井和所述第二水井为水平井。

6.根据权利要求1所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述第一水管上还设有用于转换所述第一水管抽水或注水状态的灌抽转换组件。

7.根据权利要求4所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述第一水井内在所述淡水层与所述咸水层之间设有用于在回灌淡水时封闭所述第一水井的封隔器；所述第一水管和所述第二水管上均设有逆止阀，所述逆止阀用于防止停水时的水锤作用对所述第一水泵和所述第二水泵造成损坏。

8.根据权利要求7所述的组合井咸淡水同步开采回灌装置，其特征在于，所述第一水管与所述淡水层相对应的区域设有用于淡水进出的第一通孔，所述第三水管与所述浓咸水层相对应的区域设有用于咸水进入的第三通孔；

所述第一水管上设有用于检测所述第一通孔所在水层咸度的第一水质传感器，所述第二水管上设有用于检测所述第二通孔所在水层咸度的第二水质传感器，所述第三水管上设有用于检测所述第三通孔所在水层咸度的第三水质传感器；所述组合井咸淡水同步开采回灌装置还包括用于带动所述第一水管、所述第二水管、所述第三水管的泵送深度的多个绞盘，所述第一水质传感器、所述第二水质传感器、所述第三水质传感器、所述绞盘均与控制器电性连接。

9.一种组合井咸淡水同步开采回灌方法，其特征在于，

当处于枯水期时，同步抽取淡水层内的淡水和咸水层内的咸水；

当处于丰水期时，向淡水层内回灌淡水。

10.根据权利要求9所述的组合井咸淡水同步开采回灌方法，其特征在于，在抽取咸水层内的咸水时，咸水经过过滤净化后产生的浓咸水被回灌至浓咸水层。