一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统

本发明涉及一种地下水回补系统，尤其涉及一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统。

背景技术：

1、作为水文循环的重要组成部分和生态地质环境系统的基本要素，地下水是人类生存和发展不可或缺的重要资源。全球有超20亿人以地下水为主要水源，世界一半以上的灌溉用水也取自地下水。由于地下水开采速率长期远超自然补给速率，地下水位不断下降，并引发自然湿地退化、地面沉降、海水入侵等一系列严重生态地质环境问题，对保障区域水安全及可持续发展构成严重威胁。近年来，中国相继出台《华北地区地下水超采综合治理行动方案》、《地下水保护条例》等，要加强地下水保护，治理地下水超采问题，实现采补平衡。开展地下水人工补给是实现地下水采补平衡的重要任务，对实现区域可持续性发展具有重要意义。

2、目前，利用上游水库及节点性外调水工程对下游河道实施生态补水，是回补地下水最简单有效的方法。但是，基于天然河道进行生态补水，无论在横向范围还是纵向范围，都严重受制于受水区的空间分布，现有技术中河道补水仅能回补浅层地下水，不能有效回补隔水层以下的深层地下水；另外，河道补水的回补半径也较为有限，仅局限于靠近河道沿线的地区；此外，河道补水方案较为粗犷，不仅不能保证回补水源水质，而且还容易造成河床入渗面堵塞，进一步限制回补效率。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种扩大河道补水空间范围、并提升回补水质的基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统。

2、技术方案：本发明提出了一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，包括依次斜向下分布的截水配水单元、梯级过滤单元和入渗回补单元；所述入渗回补单元包括浅层回补层和深层回补井；所述梯级过滤单元包括若干过滤带，所述过滤带包括过滤层及将过滤后的水导入浅层回补层的穿孔暗管，所述截水配水单元包括将河水引入过滤层的配水管。

3、优选地，所述截水配水单元还包括用于抬升河流上游水位、使河水流入配水管的橡胶坝，述橡胶坝可将河道水位抬升1.2米以上，确保上游水位超过配水管管底高程。

4、优选地，所述配水管贯穿河岸边坡，其管径为30-50厘米，相邻配水管间距大于20米，向背岸侧斜向下延伸。

5、优选地，所述梯级过滤单元设于岸坡背坡面，包括位于右上方的第一过滤带和位于左下方的第二过滤带，第一过滤带将过滤后的水导入第二过滤带，第二过滤带将进一步过滤的水导入浅层回补层；两过滤带的长度根据地形合理布置，不宜小于500米。

6、优选地，所述第一过滤带包括石英砂过滤层和粗砂过滤层，所述粗砂过滤层位于石英砂过滤层下方，其内部设有第一穿孔暗管；所述第二过滤带包括煤渣过滤层和砾石过滤层，所述砾石过滤层位于煤渣过滤层下方，其内部设有第二穿孔暗管。

7、优选地，所述石英砂过滤层的填料介质为粒径小于0.5毫米石英砂，厚度为0.4米；所述粗砂过滤层的填料介质为粒径0.5至1毫米的石英砂掺杂木屑，厚度为0.6米；所述煤渣过滤层的填料介质为煤渣掺杂少量硅石，厚度为0.4米；所述砾石过滤层的填料介质为粒径0.5至3厘米的砾石，厚度为0.6米。

8、优选地，所述第一穿孔暗管和第二穿孔暗管的内径为0.2米，相邻暗管间距小于3米。

9、优选地，所述第一过滤带与第二过滤带为梯形，上表面能够渗透过水，上表面最左端分别设有第一隔水板和第二隔水板；所述第一穿孔暗管和第二穿孔暗管左端敞开，右端为封闭端；两过滤带表面最大水深被隔水板限制在0.3米以下。

10、优选地，所述浅层回补层设于坡脚处，其上表面为连接第二过滤带下边角的弧形面，其填充介质为卵石，填充厚度由岸坡向中间递减。

11、优选地，所述梯级过滤单元与浅层回补层设于浅层含水层中，所述深层回补井布置于浅层回补层下方，其井底低于隔水层顶板，深入深层含水层中，所述隔水层顶板设于浅层含水层与深层含水层之间，可承接经浅层回补层过滤的回灌水体，确保回补深层地下水。

12、工作原理：利用橡胶坝可抬升上游水位，将河水通过配水管自然溢流至梯级过滤单元；梯级过滤单元依靠自然入渗溢流对河水实施两级过滤，使过滤水较河水的总溶解固体、营养盐及金属离子浓度显著降低，提高回补水质，防止入渗面堵塞；河水经梯级过滤单元过滤后将溢流至回补入渗单元，先入渗至浅层回补层，再渗流至深层回补井内，实现兼顾浅层、深层地下水回补。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：1、兼顾回补深层及浅层地下水，提高河道补水效率；2、扩大河道生态补水的空间范围，提高回补水质质量，有效缓解回灌堵塞问题；3、背坡面梯级过滤单元可以形成特有河岸景观，改善区域生态环境。

技术特征：

1.一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，包括依次斜向下分布的截水配水单元(1)、梯级过滤单元(2)和入渗回补单元(3)；所述入渗回补单元(3)包括浅层回补层(31)和深层回补井(32)；所述梯级过滤单元(2)包括若干过滤带，所述过滤带包括过滤层及将过滤后的水导入浅层回补层(31)的穿孔暗管，所述截水配水单元(1)包括将河水引入过滤层的配水管(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述截水配水单元(1)还包括用于抬升河流上游水位、使河水流入配水管(11)的橡胶坝(12)。

3.根据权利要求1所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述配水管(11)贯穿河岸边坡(13)，其管径为30-50厘米，相邻配水管(11)间距大于20米，朝背岸侧向下倾斜延伸。

4.根据权利要求1所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述梯级过滤单元(2)设于岸坡背坡面，包括位于右上方的第一过滤带(21)和位于左下方的第二过滤带(22)，第一过滤带(21)将过滤后的水导入第二过滤带(22)，第二过滤带(22)将进一步过滤的水导入浅层回补层(31)。

5.根据权利要求4所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述第一过滤带(21)包括石英砂过滤层(211)和粗砂过滤层(212)，所述粗砂过滤层(212)位于石英砂过滤层(211)下方，其内部设有第一穿孔暗管(213)；所述第二过滤带(22)包括煤渣过滤层(221)和砾石过滤层(222)，所述砾石过滤层(222)位于煤渣过滤层(221)下方，其内部设有第二穿孔暗管(223)。

6.根据权利要求5所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述石英砂过滤层(211)的填料介质为粒径小于0.5毫米石英砂，厚度为0.4米；所述粗砂过滤层(212)的填料介质为粒径0.5至1毫米的石英砂掺杂木屑，厚度为0.6米；所述煤渣过滤层(221)的填料介质为煤渣掺杂少量硅石，厚度为0.4米；所述砾石过滤层(222)的填料介质为粒径0.5至3厘米的砾石，厚度为0.6米。

7.根据权利要求5所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述第一穿孔暗管(213)和第二穿孔暗管(223)的内径为0.2米，相邻暗管间距小于3米。

8.根据权利要求4所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述第一过滤带(21)与第二过滤带(22)为顶部过水的梯形，上表面最左端分别设有第一隔水板(214)和第二隔水板(224)；所述第一穿孔暗管(213)和第二穿孔暗管(223)右端为封闭端。

9.根据权利要求1所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述浅层回补层(31)设于坡脚处，其上表面为连接梯级过滤单元(2)下边角的弧形面，其填充介质为卵石。

10.根据权利要求1所述的一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，其特征在于，所述梯级过滤单元(2)与浅层回补层(31)设于浅层含水层中，所述深层回补井(32)布置于浅层回补层(31)下方，其井底低于隔水层顶板(4)，深入深层含水层中，所述隔水层顶板(4)设于浅层含水层与深层含水层之间。

技术总结
本发明公开了一种基于岸坡梯级过滤的地下水回补系统，包括截水配水单元、梯级过滤单元及入渗回补单元。所述截水配水单元由橡胶坝及配水管组成，橡胶坝可抬升上游水位，将河水通过配水管引入梯级过滤单元；所述梯级过滤单元包括上下两个过滤带，均为双层过滤结构，底部过滤层均埋设穿孔暗管；过滤水依次通过穿孔暗管排入入渗回补单元，其包括浅层回补层及深层回补井。本发明利用橡胶坝将抬高的河水自动溢流至背水侧堤坡线过滤单元中，提高回补水源水质，可有效预防因回灌造成的堵塞现象；利用浅层回补层及深层回补井可兼顾回补浅层及深层地下水，显著提高地下水回补效率。

技术研发人员：鲁春辉,张加旭,刘雨轩,吴振宇,宋文瑾
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12