一种可控堵塞的原位河床促渗装置及方法

1.本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种可控堵塞的原位河床促渗装置及方法。


背景技术：

2.地下水人工补给是借助一定的工程设施将地表水引渗或注入地下含水层的措施，通过对地下水水资源量和地下水位的人为干预，达到对不同的水资源管理的目的，可以补充地下水资源、调节水资源的时空分布、储备地下水资源；缓解、控制或修复由地下水超采引起的环境负效应；保持地热水、天然气和石油层的压力等。
3.直接补给方法是地下水人工补给最主要的研究和实施方向，包括管井注入补给以及地表入渗补给等主要类型。当包气带入渗条件较好时，使用地表入渗可以充分发挥包气带-含水层的水质改善功能，与井灌相比，地表入渗成本较低且简单方便，更加绿色环保。其中，利用天然河道开展河水入渗补给地下水是一种常见方式，但由于河床低渗透性淤积层的存在使得单位面积的入渗效率较低。因此，采用河床促渗装置提高地表入渗效率具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可控堵塞的原位河床促渗装置及方法，适用于强化河水对地下水的补给作用，旨在解决地表水向地下水转化效率低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可控堵塞的原位河床促渗装置，包括：空心柱状体，设于河床中；钻孔，所述柱状体的上部和下部侧壁打有钻孔并使之透水；筛网，所述柱状体的内壁衬有筛网；罩网，所述柱状体外部设有罩网；过滤材料，所述柱状体中填充过滤材料。
6.进一步的，所述柱状体为圆形或方形；所述柱状体的内径为50-200cm；所述柱状体为高度100-150cm的聚乙烯管，所述柱状体穿透河床表面淤积层50-100cm深，所述柱状体的上部高出河床地表50cm，所述柱状体的地表露出高度不高于柱状体位于河床以下部分的高度。
7.进一步的，所述柱状体的上部和下部侧壁30cm区段打有钻孔，所述钻孔的孔径为0.3-0.5cm，孔距为孔径的2倍。
8.进一步的，所述罩网为圆柱形，所述罩网的直径大于柱状体的直径，所述罩网的网眼直径为钻孔孔径的1-2倍。
9.进一步的，所述过滤介质为粗砂或砾石。
10.进一步的，所述过滤介质的直径为：d50
＝（5-10）d
50
式中：d
50
为滤料筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径；d
50
为河床下包气带砂筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径。
11.一种可控堵塞的原位河床促渗方法，包括以下步骤：在河床中设置空心柱状体，柱状体中填充过滤材料，当河水处于枯水期时，安装促渗装置，平水期时，水流从柱状体的侧壁钻孔进入柱状体，丰水期时，河水没过柱状体，水流从柱状体上端和侧壁同时进入，水体经过滤材料过滤部分杂质，净化后的水体继续向下流动补给地下水。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明提供的方法对于控制河水中悬浮颗粒物对入渗装置堵塞的效果十分显著，尤其适用于在低渗透河道中实施河水补给地下水工程。
13.2、本发明提供的方法在补给过程中还可起到净化水质的作用，且填充过滤材料可取出清洗重复使用或更换，便于长期使用。
14.3、本发明提供的方法安装环境要求低，投加或更换材料操作简单，无需大量人力物力，是一种简单、经济的长效促进河水入渗补给地下水的方法。
15.4、本发明提供的方法环境友好，在河水位高于促渗装置时，装置处于淹没状态，不影响景观；当不需要促渗时，则仅需将柱状体和罩网取出即可，过滤材料无环境影响。
附图说明
16.图1为本发明的结构结构剖面示意图。
17.图2为本发明的平水期河水入渗示意图。
18.图3为本发明的丰水期河水入渗示意图。
19.图中：1、河床；2、柱状体；3、钻孔；4、罩网；5、过滤材料；6、筛网。
实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
22.如图1-3所示，为本发明一个实施例提供的一种可控堵塞的原位河床促渗装置，包括：空心柱状体2，设于河床1中；钻孔3，所述柱状体2的上部和下部侧壁打有钻孔3并使之透水；筛网6，所述柱状体2的内壁衬有筛网6；罩网4，所述柱状体2外部设有罩网4；过滤材料5，所述柱状体2中填充过滤材料5。
23.在本发明实施例中，优选的，柱状体2的内壁衬有筛网6，使柱状体2内的砂不外泄；枯水期在裸露河床上施工，将阻碍河水向地下水转化的河床低渗透介质移除，并开挖至渗透性较好的包气带地层，埋入并固定柱状体2；水流通过钻孔3经过滤材料5净化促渗，可穿
过河道底部低渗透性淤积层直接补给进入地下含水层，过滤材料5堵塞后可取出清洗重复使用或更换，便于长期使用。若要监测入渗水量，还可以选择在柱状体2中的不同深度位置砂层中布设水位监测管。
24.如图1-3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述柱状体2为圆形或方形；所述柱状体2的内径为50-200cm；所述柱状体2为高度100-150cm的聚乙烯管，所述柱状体2穿透河床1表面淤积层50-100cm深，所述柱状体2的上部高出河床地表50cm，所述柱状体2的地表露出高度不高于柱状体2位于河床以下部分的高度。
25.在本发明实施例中，优选的，柱状体2形状可以根据实际场地有要求设定为圆柱形、长方体等；内径可根据实际场地要求设定在50-200cm；柱状体2为高度100-150cm的聚乙烯管，确保穿透河床1表面淤积层50-100cm深，柱状体2的上部高出河床地表50cm左右，具体尺寸可根据实际情况而变化，柱状体2露出地表的高度不高于河床以下部分的高度，减小水流作用对装置稳定性的影响，以保持装置的稳定性。
26.如图1-3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述柱状体2的上部和下部侧壁30cm区段打有钻孔3，所述钻孔3的孔径为0.3-0.5cm，孔距为孔径的2倍。
27.在本发明实施例中，优选的，钻孔3位于柱状体2上部和下部侧壁30cm区段，孔径可设为0.3-0.5cm，孔距约为孔径的2倍，使柱状体2上部和下部的侧壁具有良好的透水能力。
28.如图1-3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述罩网4为圆柱形，所述罩网4的直径大于柱状体2的直径，所述罩网4的网眼直径为钻孔3孔径的1-2倍。
29.在本发明实施例中，优选的，所述侧壁钻孔3外使用一圆柱形罩网4，罩网4直径略大于柱状体2即可，网眼直径可设置为柱状体2侧壁钻孔3孔径的1-2倍范围，可对进入透水砂柱的河水起到过滤悬浮物的作用，防止河水中较大悬浮物等从开孔处进入砂柱。
30.如图1-3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述过滤介质5为粗砂或砾石。
31.在本发明实施例中，优选的，过滤材料5采用磨圆度好、圆形或亚圆形的粗砂或砾石。
32.如图1-3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述过滤介质5的直径为：d
50
＝（5-10）d
50
式中：d
50
为滤料筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径；d
50
为河床下包气带砂筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径。
33.如图1-3所示，为本发明一个实施例提供的一种可控堵塞的原位河床促渗方法，包括以下步骤：在河床1中设置空心柱状体2，柱状体2中填充过滤材料5，当河水处于枯水期时，安装促渗装置，平水期时，水流从柱状体2的侧壁钻孔3进入柱状体2，丰水期时，河水没过柱状体2，水流从柱状体2上端和侧壁同时进入，水体经过滤材料5过滤部分杂质，净化后的水体继续向下流动补给地下水。
34.在本发明实施例中，优选的，当河道水量较少、河水位低于柱状体2侧壁开孔段底部时，无水流进入该装置；当河水位超过柱状体2侧壁开孔段后，河水可由柱状体2四周渗透进入砂柱并向下补给地下水；当河水继续上涨并超过柱状体2的顶部后，进水面积达到最大；而下部非进水段可以阻止水中淤积物进入透水砂柱。上层过滤材料5逐渐过滤至堵塞后可取出清洗，重新装填后重复使用，恢复透水能力，实现长期使用的目的。
实施例
35.利用现有河道，在枯水期河道内挖直径60cm，深60cm可使空心柱状体2穿过低渗透淤积层的坑，并将上部打好钻孔、安装好的圆柱形柱状体2放入其中，向其中填入粒径1mm左右的粗砂。入渗坑要穿透低渗透层，深入河床表面以下50cm，防止被水冲走，圆柱形空心柱状体2设置高出地表50cm。河水上涨淹没砂柱，河水开始入渗补给地下水，河水回落离开高渗透砂柱，完成一次补给。整个过程分三个阶段，河水涨水前，未有河水通过高渗透性砂柱补给地下水；河水涨水中，河水开始通过高渗透性砂柱补给地下水；河水回落后，一次河水补给地下水过程结束。
36.通过实施例得到：原位入渗装置在8天内入渗了53.47m3的河水，渗透系数稳定增大，最大至4.6倍，使入渗效率提高了一个数量级。
37.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

技术特征：
1.一种可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，包括：空心柱状体，设于河床中；钻孔，所述柱状体的上部和下部侧壁打有钻孔并使之透水；筛网，所述柱状体的内壁衬有筛网；罩网，所述柱状体外部设有罩网；过滤材料，所述柱状体中填充过滤材料。2.根据权利要求1所述的可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，所述柱状体为圆形或方形；所述柱状体的内径为50-200cm；所述柱状体为高度100-150cm的聚乙烯管，所述柱状体穿透河床表面淤积层50-100cm深，所述柱状体的上部高出河床地表50cm，所述柱状体的地表露出高度不高于柱状体位于河床以下部分的高度。3.根据权利要求1所述的可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，所述柱状体的上部和下部侧壁30cm区段打有钻孔，所述钻孔的孔径为0.3-0.5cm，孔距为孔径的2倍。4.根据权利要求1所述的可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，所述罩网为圆柱形，所述罩网的直径大于柱状体的直径，所述罩网的网眼直径为钻孔孔径的1-2倍。5.根据权利要求1所述的可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，所述过滤介质为粗砂或砾石。6.根据权利要求1所述的可控堵塞的原位河床促渗装置，其特征在于，所述过滤介质的直径为：d
50
＝（5-10）d
50
式中：d
50
为滤料筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径；d
50
为河床下包气带砂筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50％时的最大颗粒直径。7.一种根据权利要求1-6任一所述的可控堵塞的原位河床促渗方法，其特征在于，包括以下步骤：在河床中设置空心柱状体，柱状体中填充过滤材料，当河水处于枯水期时，安装促渗装置，平水期时，水流从柱状体的侧壁钻孔进入柱状体，丰水期时，河水没过柱状体，水流从柱状体上端和侧壁同时进入，水体经过滤材料过滤部分杂质，净化后的水体继续向下流动补给地下水。

技术总结
本发明适用于环境工程技术领域，提供了一种可控堵塞的原位河床促渗装置及方法，装置包括：空心柱状体，设于河床中；钻孔，所述柱状体的上部和下部侧壁打有钻孔并使之透水；筛网，所述柱状体的内壁衬有筛网；罩网，所述柱状体外部设有罩网；过滤材料，所述柱状体中填充过滤材料。当河水处于枯水期时，安装促渗装置，平水期时，水流从柱状体的侧壁钻孔进入柱状体，丰水期时，河水没过柱状体，水流从柱状体上端和侧壁同时进入，水体经过滤材料过滤部分杂质，净化后的水体继续向下流动补给地下水。本发明可以有效解决河水向地下水转化速率低的问题，同时还可以净化河水水质、保障河水向地下水补给的水质安全，安装简单，且可长期、反复使用。使用。使用。


技术研发人员：冶雪艳 徐洋 杜新强 张赫轩 李铮
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/7