CN212534293U - 一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构。本实用新型结构包括强渗透含水层、集水井、防溢含水层，所述集水井设置于强渗透含水层与防溢含水层之间，并三者依次紧密相连；所述强渗透含水层由底部的第一砾料层与顶面的回填土层组成，所述第一砾料层与回填土层相邻；所述防溢含水层由底部的均厚段、渐变段与顶面的回填土层组成，所述均厚段、渐变段与回填土层相邻。本结构通过建设强渗透含水层，能够增大低渗透薄含水层中地下水水力坡度、渗溢面积等，使地下水渗溢到水平槽状的强渗透含水层中，并渗流汇集到下游的集水井处，从中抽取较大的地下水量，达到工程设计目的。

Description

一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构

技术领域

本实用新型属于水文地质工程技术领域，涉及一种用水平渗井开采地下水的技术方法，具体地说是一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构。

背景技术

地下水是支撑社会经济发展最重要的资源之一。在许多地方，赋存地下水的含水层厚度薄，渗透性差，地下水资源开发利用难。例如某地第四系含水层岩性为泥质砂砾卵石，渗透性差，含水层厚度为2.5－12m，富水性差，是含水层补给源较为稳定的水文地质单元，为了实现上述地下水资源开发利用，建成为生产生活服务的较大水量供水水源地，则需采用新的工程技术方法才能实现。

目前，开采地下水资源采用常规的垂直水井开采，但是由于许多地方地下水资源赋存于泥质砂砾卵石等为主的薄含水层中，该类地层渗透性差，利用垂直水井开采时，水量很小，或者出水不连续等，多达不到供水要求或无意义。

因此，亟待一种新的水井结构与开采方法，以期实现在低渗透薄含水层中开采并获取较大量地下水资源的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，通过建设强渗透含水层，能够增大弱含水层中地下水水力坡度、渗溢面积，使得较多的地下水渗溢到水平槽状强渗透含水层中，并渗流汇集到下游的集水井处，从中抽取较大的地下水量，达到工程设计目的。

为实现上述目的，本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，所述结构包括强渗透含水层、集水井、防溢含水层，所述集水井设置于强渗透含水层与防溢含水层之间，并且三者按地下水径流方向依次紧密相连；所述强渗透含水层由底部的不含水岩土层、中部的第一砾料层与顶面的回填土层组成，所述不含水岩土层、第一砾料层与回填土层三者由下至上依次相邻；所述防溢含水层由下至上分别为依次紧密相连的不含水岩土层、低渗透弱含水层、第二砾料层与顶面的回填土层组成，所述低渗透弱含水层内设置有水平段和隆起段；所述水平段与不含水岩土层平行，所述隆起段与不含水岩土层之间形成上倾斜坡；所述防溢含水层内的第二砾料层相应设置为均厚段和渐变段，所述均厚段、不含水岩土层与水平段平行，所述渐变段与隆起段紧密相连；所述第一砾料层的砾料为砾石，所述砾石的粒径为3-20mm；回填土层为原建设场地开挖的岩土体。

所述强渗透含水层内设置有渗水管，所述渗水管末端与集水井井壁相连通。

本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的方法，建造步骤如下：

1)建造强渗透含水层：在建设场地区开挖，开挖至建设场地的不含水岩土层，所述建设场地区开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述规则长槽状内的原地下水位线以下由砾料回填，所述规则长槽状内的原地下水位线以上由原开挖岩土体回填建成回填土层，建成强渗透含水层；

2)建造集水井：在强渗透含水层下游末端建设集水井，所述集水井的深度大于强渗透含水层厚度，所述集水井设置于不含水岩土层内，不含水岩土层开挖为圆柱状或圆台状的槽；

3)建造防溢含水层：在集水井一侧未开挖场地开挖至低渗透弱含水层，开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述开挖的低渗透弱含水层中靠近集水井一侧的上游段开挖设置为水平段，所述防溢含水层下游段开挖设置为底部匀坡隆起段；所述低渗透弱含水层上方与原地下水位线以下由砾料回填，所述原地下水位线以上回填原建设场地开挖的岩土体，建成防溢含水层；本水平渗井新建的强渗透含水层渗透性强，原地层的低渗透弱含水层渗透性差，地下水渗溢出向下游径流，在强渗透含水层末端、集水井处因原地层的渗透性弱，该段会造成含(透)水层因渗透性能骤降而地下水溢出地表，为避免地下水在集水井处溢出地表，建设防溢含水层，在不生产时能够将地下水经防溢含水层引导向建设场地外(下游区)。

所述渗水管设置于第一砾料层底部中间。

所述渗水管的直径Φ为0.20-0.50m，孔隙率为20-30％(本处指渗水管的孔隙率，是渗水管进水面的开孔面积占该管进水面表面积之比)。

所述强渗透含水层的长度L为50-100m，宽度W为1.0-4.0m，深度H为4.0-7.0m；

所述集水井的深度h为6.0-9.0m，所述集水井的井管直径D为0.3-3.0m；所述集水井的井管在原地下水水位线以上设置为实管，地下水水位线以下设置为滤水管，滤水管孔隙率为20－30％(本处指滤水管的孔隙率，是滤水管进水面的开孔面积占该管进水面表面积之比)。

所述防溢含水层的长度L’为10-20m，宽度W’为1.0-3.0m，深度H’为3.0-5.0m；

所述回填土层的回填位置为原地下水位线以上。

所述均厚段与渐变段的长度比例为1：1-2：1，所述强渗透含水层的坡度与建设场地地下水水力坡度基本一致；所述均厚段的深度为3.0-5.0m，渐变段的末端深度为0.5－1.0m。

所述强渗透含水层与水平面之间的夹角为0-10度，强渗透含水层的坡度接近建设场地处地下水水力坡度。

所述集水井井管外侧填砾厚度d为0.5-0.75m，d’为0.5-0.75m。

所述砾石的粒径为5-15mm。

所述强渗透含水层、集水井、防溢含水层的布设方向及角度为按地下水径流方向直线布设，或者所述强渗透含水层、集水井、防溢含水层的布设方向及角度按建设场地地形条件、地下水径流方向折线布设或曲线布设。

本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的水平渗井，其有益效果在于：本实用新型所述水平渗井是一种能从低渗透薄含水层中较大量地抽取地下水的工程结构，通过建设强渗透含水层，能够增大弱含水层中地下水水力坡度、渗溢面积，使得较多的地下水渗溢到水平槽状强渗透含水层中，并渗流汇集到下游的集水井处，从中抽取较大的量地下水，达到工程设计目的；本工程水平渗井设计工程还具有如下效果：

(1)本工程能够从渗透性低、含水层薄、富水性弱的地层汲取较大量地下水，解决以往不能从该类含水层中汲取所需水量的问题；

(2)本工程能够从渗透性好、含水层薄、富水性较强的地层汲取比通常的垂直水井工程多倍的水量，解决供水量需求较大的问题；

(3)本工程能够用于地层、含水层污染物治理(尤其是沟谷型带状薄含水层污染)，将上游有污染地下水，通过本结构将地层中受到污染的地下水汇集到集水井中，抽取排放于外部设施中处理(截渗－汇集－抽排)。

附图说明

图1为本实用新型实施例的俯视图；

图2为本实用新型集水井工程设计结构立体图；

图3为本实用新型水平渗井工程设计结构纵向剖面立体图；

图4为本实用新型水平渗井工程设计结构纵向剖面图；

图5为本实用新型未开挖时建设场地纵向地层剖面图；

图6为本实用新型强渗透含水层工程设计断面图；

图7为本实用新型集水井工程设计结构图；

图8本实用新型防溢含水层段工程设计断面图；

图9为本实用新型实施例的相似设计俯视图；

图中：1-强渗透含水层、2-集水井、3-防溢含水层、4-均厚段、5-渐变段、6-第一砾料层、7-回填土层、8-地面线、9-低渗透弱含水层、10-不含水岩土层、11-强渗透含水层地下水位线、12-渗水管、13-原地下水位线。

具体实施方式

实施例1

如图1-8所示，本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构；所述结构包括强渗透含水层1、集水井2、防溢含水层3，所述集水井2设置于强渗透含水层1与防溢含水层3之间，并且三者按地下水径流方向依次紧密相连；所述强渗透含水层1由底部的不含水岩土层10、中部的第一砾料层6与顶面的回填土层7组成，所述不含水岩土层10、第一砾料层6与回填土层7三者由下至上依次相邻；所述防溢含水层3由下至上分别为依次紧密相连的不含水岩土层10、低渗透弱含水层9、第二砾料层6-1与顶面的回填土层7组成，所述低渗透弱含水层9内设置有水平段和隆起段；所述水平段与不含水岩土层10平行，所述隆起段与不含水岩土层10之间形成上倾斜坡；所述防溢含水层3内的第二砾料层6-1相应设置为均厚段4和渐变段5，所述均厚段4、不含水岩土层10与水平段平行，所述渐变段5与隆起段紧密相连；所述第一砾料层6的砾料为砾石，所述砾石的粒径为3-5mm；回填土层7为原建设场地开挖的岩土体。

所述强渗透含水层1内设置有渗水管12，所述渗水管12的末端与集水井2井壁相连通。

1)建造强渗透含水层1：在建设场地区开挖，开挖至建设场地的不含水岩土层10，所述建设场地区开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述规则长槽状内的原地下水位线13以下由砾料回填，所述规则长槽状内的原地下水位线13以上由原开挖岩土体回填建成回填土层7，建成强渗透含水层1；

2)建造集水井2：在强渗透含水层1下游末端建设集水井2，所述集水井2的深度大于强渗透含水层1厚度，所述集水井2设置于不含水岩土层10内，不含水岩土层10开挖为圆柱状的槽；

3)建造防溢含水层3：在集水井2一侧未开挖场地开挖至低渗透弱含水层9，开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述开挖的低渗透弱含水层9中靠近集水井2一侧的上游段开挖设置为水平段，所述防溢含水层3下游段开挖设置为底部匀坡隆起段；所述低渗透弱含水层9上方与原地下水位线13以下由砾料回填，所述原地下水位线13以上回填原建设场地开挖的岩土体，建成防溢含水层3；本水平渗井新建的强渗透含水层1渗透性强，原地层的低渗透弱含水层9渗透性差，地下水渗溢出向下游径流，在强渗透含水层1末端、集水井2处因原地层的渗透性弱，该段会造成含(透)水层因渗透性能骤降而地下水溢出地表，为避免地下水在集水井2处溢出地表，建设防溢含水层3，在不生产时能够将地下水经防溢含水层3引导向建设场地外(下游区)。

所述渗水管12设置于第一砾料层6底部中间。

所述渗水管12的直径Φ为0.30m，孔隙率为20％。

所述强渗透含水层1的长度L为50m，宽度W为1.5m，深度H为4.0m；

所述集水井2的深度h为6.0m，所述集水井2的井管直径D为0.5m；

所述防溢含水层3的长度L’为10m，宽度W’为1.0m，深度H’为3.0m；

所述回填土层7的回填位置为原地下水位线13以上。

所述均厚段4与渐变段5的长度比例为1：1，所述均厚段4的深度为3.0m，渐变段5的末端深度为0.5m。

所述强渗透含水层1与水平面平行，强渗透含水层1的坡度接近建设场地处地下水水力坡度。

所述集水井2井管外侧填砾厚度d为0.5m，d’为0.5m。

所述砾石的粒径为3-5mm。

所述强渗透含水层1、集水井2、防溢含水层3的布设方向及角度为按地下水径流方向直线布设。

使用时，本实用新型所述水平渗井的使用，原地下水位线13中的地下水渗透至第一砾料层6与第二砾料层6-1中，第一砾料层6与第二砾料层6-1中聚集水形成强渗透含水层地下水位线11，强渗透含水层1中的地下水向下游渗流向集水井2处，在集水井2底部放置抽水泵，通过集水井2汲取地下水资源。

实施例2

本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，所述建造水平渗井步骤如下：所述水平渗井，包括强渗透含水层1、集水井2、防溢含水层3，所述集水井2设置于强渗透含水层1与防溢含水层3之间，并且三者按地下水径流方向依次紧密相连；所述强渗透含水层1由底部的不含水岩土层10、中部的第一砾料层6与顶面的回填土层7组成，所述不含水岩土层10、第一砾料层6与回填土层7三者由下至上依次相邻；所述防溢含水层3由下至上分别为依次紧密相连的不含水岩土层10、低渗透弱含水层9、第二砾料层6-1与顶面的回填土层7组成，所述低渗透弱含水层9内设置有水平段和隆起段；所述水平段与不含水岩土层10平行，所述隆起段与不含水岩土层10之间形成上倾斜坡；所述防溢含水层3内的第二砾料层6-1相应设置为均厚段4和渐变段5，所述均厚段4、不含水岩土层10与水平段平行，所述渐变段5与隆起段紧密相连；所述第一砾料层6的砾料为砾石，所述砾石的粒径为5-15mm；回填土层7为原建设场地开挖的岩土体。

本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的方法，建造步骤如下：

1)建造强渗透含水层1：在建设场地区开挖，开挖至建设场地的不含水岩土层10，所述建设场地区开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述规则长槽状内的原地下水位线13以下由砾料回填，所述规则长槽状内的原地下水位线13以上由原开挖岩土体回填建成回填土层7，建成强渗透含水层1；

2)建造集水井2：在强渗透含水层1下游末端建设集水井2，所述集水井2的深度大于强渗透含水层1厚度，所述集水井2设置于不含水岩土层10内，不含水岩土层10开挖为圆台状的槽；

3)建造防溢含水层3：在集水井2一侧未开挖场地开挖至低渗透弱含水层9，开挖成规则长槽状，其断面为矩形或梯形；所述开挖的低渗透弱含水层9中靠近集水井2一侧的上游段开挖设置为水平段，所述防溢含水层3下游段开挖设置为底部匀坡隆起段；所述低渗透弱含水层9上方与原地下水位线13以下由砾料回填，所述原地下水位线13以上回填原建设场地开挖的岩土体，建成防溢含水层3；本水平渗井新建的强渗透含水层1渗透性强，原地层的低渗透弱含水层9渗透性差，地下水渗溢出向下游径流，在强渗透含水层1末端、集水井2处因原地层的渗透性弱，该段会造成含(透)水层因渗透性能骤降而地下水溢出地表，为避免地下水在集水井2处溢出地表，建设防溢含水层3，在不生产时能够将地下水经防溢含水层3引导向建设场地外(下游区)。

所述强渗透含水层1的长度L为100m，宽度W为2.5m，深度H为7.0m；

所述集水井2的深度h为9.0m，所述集水井2的井管直径D为1.0m；

所述防溢含水层3的长度L’为20m，宽度W’为2.0m，深度H’为5.0m；

所述回填土层7的回填位置为原地下水位线13以上。

所述均厚段4与渐变段5的长度比例为2：1，所述强渗透含水层的坡度与建设场地地下水水力坡度一致；所述均厚段4的深度为5.0m，渐变段5的末端深度为1.0m。

所述强渗透含水层1与水平面之间的夹角为10度，强渗透含水层1的坡度接近建设场地处地下水水力坡度。

所述集水井2井管外侧填砾厚度d为0.75m，d’为0.75m。

所述砾石的粒径为5-15mm。

所述强渗透含水层1、集水井2、防溢含水层3的布设方向及角度按建设场地地形条件、地下水径流方向折线布设。

使用时，本实用新型所述水平渗井的使用，原地下水位线13中的地下水渗透至第一砾料层6与第二砾料层6-1中，第一砾料层6与第二砾料层6-1中聚集水形成强渗透含水层地下水位线11，强渗透含水层1中的地下水向下游渗流向集水井2处，在集水井2底部放置抽水泵，通过集水井2汲取地下水资源。

实施例3

如图1-8所示，本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，同实施例1，2019年8－12月，按本工程设计方案要求，在甘肃省岷县,建造水平渗井工程。

当地建设场地为泥石流沟谷中，河谷内含水层岩性为泥质砂砾卵石(夹漂石)，含水层厚为4.0m左右，地下水位埋深为1.0m，渗透系数为3.0－4.0m/d，该段河谷区内为低渗透弱富水性含水层。

依据此水文地质条件，设计槽状的强渗透含水层1(长度为100m、深度为5m、底部为2.5m、上部宽为4.5－5.0m)断面为梯形，强渗透含水层1底部中间布设100m渗水管12，下部回填粒径为5－10mm的砾石，表层1.0m回填原场地开挖泥质砂砾卵石；强渗透含水层1末端建集水井2，集水井2深7.0m，井径1.0m，砼井管，所述集水井2的井管上部2m设置为实管，集水井2的井管下部5m设置为滤水管，滤水管外包80目尼龙网，外围回填粒径为5－10mm的砾石，与强渗透含水层1相接；集水井2下游段设计防溢含水层3(长度为30m，底部宽度为2.0m，上部宽为3m)，其中均厚段4深度为4m，长20m，渐变段5由厚度4m渐变为2m，下部3.0－1.0m回填粒径为5－10mm的砾石，表层1m回填原场地开挖的泥质砂砾卵石；工程布设了2个观测孔。

水平渗井工程按设计建设完工后，经抽水试验确定，涌水量为360m³/d，超过工程设计要求的220m³/d。达到了工程设计目的，已转用为拟建区水源地的开采井。

对比试验

在本建设区内相同含水层厚度的区段建设常规垂直水井，经抽水试验确定，涌水量为60m³/d或出水量不连续(抽水泵的泵量为2.5m³/h)。

综合上述对比试验可知，本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的水平渗井的开采量，超过工程设计要求的220m³/d，取水量为常规垂直水井的五倍以上。

实施例4

如图2-9所示，本实用新型所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的水平渗井，本结构同实施例1，所述强渗透含水层1、集水井2、防溢含水层3的布设方向及角度按按建设场地地形条件、地下水径流方向曲线布设。

Claims (10)

1.一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：包括强渗透含水层(1)、集水井(2)、防溢含水层(3)，所述集水井(2)设置于强渗透含水层(1)与防溢含水层(3)之间，并且三者按地下水径流方向依次紧密相连；所述强渗透含水层(1)由底部的不含水岩土层(10)、中部的第一砾料层(6)与顶面的回填土层(7)组成，所述不含水岩土层(10)、第一砾料层(6)与回填土层(7)三者由下至上依次相邻；所述防溢含水层(3)由下至上分别为依次紧密相连的不含水岩土层(10)、低渗透弱含水层(9)、第二砾料层(6-1)与顶面的回填土层(7)组成，所述低渗透弱含水层(9)内设置有水平段和隆起段；所述水平段与不含水岩土层(10)平行，所述隆起段与不含水岩土层(10)之间形成上倾斜坡；所述防溢含水层(3)内的第二砾料层(6-1)相应设置为均厚段(4)和渐变段(5)，所述均厚段(4)、不含水岩土层(10)与水平段平行，所述渐变段(5)与隆起段紧密相连；所述第一砾料层(6)的砾料为砾石，所述砾石的粒径为3-20mm；回填土层(7)为原建设场地开挖的岩土体。

2.如权利要求1所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述强渗透含水层(1)内设置有渗水管(12)，所述渗水管(12)的末端与集水井(2)井壁相连通。

3.如权利要求2所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述渗水管(12)设置于第一砾料层(6)底部中间。

4.如权利要求2所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述渗水管(12)的直径Φ为0.20-0.50m，孔隙率为20-30％。

5.如权利要求4所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述强渗透含水层(1)的长度L为50-100m，宽度W为1.0-4.0m，深度H为4.0-7.0m；

所述集水井(2)的深度h为6.0-9.0m，所述集水井(2)的井管直径D为0.3-3.0m；

所述防溢含水层(3)的长度L’为10-20m，宽度W’为1.0-2.0m，深度H’为3.0-5.0m；

所述回填土层(7)的回填位置为原地下水位线(13)以上。

6.如权利要求5所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述均厚段(4)与渐变段(5)的长度比例为1：1-2：1；所述均厚段(4) 的深度为3.0-5.0m，渐变段(5)的末端深度为0.5－1.0m。

7.如权利要求6所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述强渗透含水层(1)与水平面之间的夹角为0-10度。

8.如权利要求7所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述集水井(2)井管外侧填砾厚度d为0.5-0.75m，d’为0.5-0.75m。

9.如权利要求8所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述砾石的粒径为5-15mm。

10.如权利要求1所述一种在低渗透薄含水层中开采地下水的结构，其特征在于：所述强渗透含水层(1)、集水井(2)、防溢含水层(3)的布设方向及角度为按地下水径流方向直线布设，或者所述强渗透含水层(1)、集水井(2)、防溢含水层(3)的布设方向及角度按建设场地地形条件、地下水径流方向折线布设或曲线布设。

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