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真空管道高速输水系统在
地下水回灌工程领域应用八大功能 |
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回灌运行无须动力 |
管道可随地形起伏铺设 |
沿途无须设置排气阀 |
比“自流”增加回灌量20% |
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降低水头损失20%以上 |
自动回灌、无须值守 |
节能60%以上 |
单管引地表水回灌多口井 |
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地下水真空(无动力)回灌 |
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地下水严重超采并形成大面积降落漏斗的城市,采用新型无动力真空高速回灌成套设备替代常规真空回灌与压力回灌设备,既不需动力,又能单管引来地表水同时回灌多口井。当各回灌井自行渗透时,回灌设备随时能自动定量输水补充;无动力大流量潜水虹吸泵并具备以下的功能与特点:一.长年运行输水不耗用动力、能源,无需人值守;二.管径无论大小均可跨越比水源液面高八米的障碍物;三.单管引水可多叉管出水,各出水口阀门可随时开闭,任意调节出水量的大小;
四.高于液面管道采用钢管,其余管道的材料及密封无特殊要求;五.装置潜水深浅、流水静水均不妨碍装置的正常运行;六.酸碱、易燃液体,含泥沙或小颗粒杂质的污水,装置不腐蚀、不堵塞,不产生静电,常年运行无故障;七.泵体潜入水中运行,无须电源,地面不设泵站及其它建筑物。 |
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我国地下水降落“漏斗”面积已达15万平方公里 |
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由于长时间对地下水的恶性超采,目前我国已形成区域地下水降落“漏斗”100多个,面积已经达到15万平方公里,其中华北平原近7万平方公里面积的地下水位低于海平面。
这是国土资源部地质环境司副司长陶庆法在第十七届中国水周座谈会上透露的。他说,由于我国地下水分布条件差异大,加上各地对地下水的开采方式和开采量也各不相同,各地区地下水开采程度极不平衡,有的地区已出现区域超采并引起相关环境地质问题。
统计显示,目前全国已有46个城市由于过量开采地下水而出现了地面沉降问题。其中苏锡常地区,过量开采地下水不仅产生了地面沉降,还导致了地裂缝,对城市基础设施建设构成威胁。浙江温岭市由于地面沉降造成7800亩基本农田毁损,其中常年性水淹地达3900余亩。沿海地区的大连、秦皇岛、沧州、青岛、北海等城市,地下水位下降引起海水入侵,导致地下水水质恶化。区域地下水位下降还导致干旱半干旱地区地表植被破坏,生态环境退化。
专家指出,地下水作为地球水圈的一部分,不是取之不尽、用之不竭的资源,必须坚持用科学的发展观合理地开发和利用,把握好地下水资源开发利用中的量和度。在地下水超采区要调整井孔布局,压缩地下水开采量,增加人工回灌量。 |
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地下水的重要性 在全球總水量中,鹹水的海洋就佔了97%以上,偏遠而難以利用的兩極冰帽及冰川約佔2%,其餘不到1%才是人類可取用的水資源,而其中地下水的貯存總量居冠(如下表)。由於地面可用的水源有限,分布又不均,有的地區水資源豐富,有的地區貧乏,為了滿足日益增加的農業、工業用水及自來水的需求量,除了利用水庫調節之外,地下水就成為人類日常用水的重要來源之一。在許多乾旱地區,地下水是主要或甚至是唯一的水資源。 |
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| 水 體 |
水量 (萬億噸) |
佔全部水量% |
| 空氣中的水氣 |
13 |
0.001 |
| 地面水 |
海洋 |
1,320,000 |
97.2 |
| 內陸鹽湖與內陸海 |
104 |
0.008 |
| 淡水湖泊 |
125 |
0.01 |
| 淡水河川(平均) |
1.25 |
0.0001 |
| 冰川及兩極冰冠 |
29,000 |
2.15 |
| 生物體內的水分 |
50 |
0.004 |
| 地下水 |
800公尺深度以上 |
4,200 |
0.31 |
| 800公尺深度以下 |
4,200 |
0.31 |
| 土壤中的懸浮水 |
67 |
0.005 | |
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地下水的用途
地下水由於儲存在地下,較不易受污染,深處的地下水溶氧量極低,甚至幾乎處在無菌狀態,也不會像地面水易因土石受沖蝕而造成混濁,水質遠比地面水潔淨。因此地下水做為自來水水源大都不需處理或僅需較簡單的處理,且由於供水管路短,可減少其間再受污染的可能,相關給水設備佔地面積因而也較小,開發成本自然較低,真是優良的水源。另一方面,地下水的出水量穩定,不像地面水會有季節性明顯的旱澇變化,對於嚴重乾旱時期的供水具有非常大的價值。此外,由於地下水的溫度終年恆定,不像地面水溫隨季節有明顯的變化。以北方來說,冬季寒流過境期間,當地面水都非常冰冷時,地下水相對溫暖許多,因此是對水溫極為敏感的養殖漁業最廉價的水源。然而,地下水的流動慢、補充不易,因此出水量會有一定的上限,超限抽取將會使地下水源逐漸枯竭,還有可能造成地層下陷及海水入侵地下水層的嚴重災害。 |
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地下水面如與地面相交,地下水就可流出地表,形成泉水,泉水可在地形急陡處的坡腳因地下水面高於地面而湧出(右圖上),也常沿斷層帶流出(右圖下)。如泉水溫度高於當地年平均溫度時就稱為溫泉。溫泉的成因可能是地下水受岩漿活動或火山作用而加熱,也可能是在深處受地溫加熱所致。在沒有泉水及河水可以利用的地方,鑿井汲取地下水是最普遍的方法。鑿井必須穿過地下水面,到達滲透度高之含水層方能有效。井裡的水面就是地下水面,因而隨著當地雨量變化,井水水面也會有漲落的現象。井水能自然湧出地表者稱為自流井,自流井的成因是由於含水層被阻層覆蓋,其中的地下水無法流出而成為受壓地下水,當井口低於受壓水面時,即成自流井(如下圖)。 |
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若地層分布適當,受壓地下水可能不只一層,各層各有自己的補注區,也各有自已的受壓水面,因而若挖到不同層的受壓地下水,井水的水面高度也就會各不相同。由於近地面的所謂自由地下水較易受各種污染,出水量相對較易受天候的影響而變化,因此多半只有家庭型的少量用水才會取用此層地下水;一般自來水及食品等工業的取水則會開鑿深井,以取用更潔淨、更穩定的受壓地下水,至於養殖漁業則為取得溫度恆定的水源,也是以取用受壓地下水為主。有泉或井作為出口的地下水,通常是沿著阻力較少的面與裂隙流動,開始時慢慢滲透過去,漸漸地便可侵蝕成一固定的流路,此時地下水的流動會加快,使地面的泉水或井水獲得穩定供應。 |
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国外开展地下水回灌补给工程 |
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地下水含水层人工补给是一种可行的、费用低廉的解决供水的方法,它不但可以提供大量的可靠供水,许多情况下,这种方法还改善了水质。 |
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人工补给的最主要目的是储备地下水,在水短缺的时候提供水量以满足用水需求。此外,人工补给还用于控制海水入侵;控制由地下水下降引起的地面沉降;维持河流的基流;保护生态环境;提高地下水水位,减少地下水的抽取费用。进行人工补给的另一重要目的是管理不断增加的大量污水。地下水的人工补给将在污水的循环再利用方面起着重要的作用。特别是干旱和缺水的地方,污水是重要的补给源。下面简要介绍国外一些国家进行地下水含水层人工补给的情况。 |
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自80
年代以来,美国便开展了钻孔补给含水层的恢复(ASR)工程(“含水层储存恢复(ASR)工程计划”)。ASR是一套补给钻孔,可同时作为补给和恢复钻孔。工程实践证明,ASR是一种非常成功和经济有效的补给技术。到1993年9月,美国已运行的ASR系统有18个,正在建设之中的ASR系统有40多个。ASR系统一般比地表水库提供水的单位费用要节省50%,有的ASR系统达90%。实践证明,这些ASR系统不仅可以解决用水高峰期的水需求,还降低了DBP的浓度,从而改善了水质。水质不仅可以在人们熟知的土壤带中通过细菌作用、吸附作用或其它物理和化学作用得以改善,而且在饱水的含水层中也可以得到明显的改善。这是以往所没有认识到的。 |
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欧洲部分国家不同程度开展了AR工程或正在规划工程。瑞典、荷兰和德国的AR工程在总供水中所占的份额相当高。AR工程的主要目的是供水。但同时还有改善生态环境的目的(如比利时、荷兰和英国)。另外的目的还有改善水质(如法国和瑞士),或防止海水入侵(如荷兰和希腊)。AR工程普遍使用的补给方式是在大河两岸的盆地利用河水进行地表入渗补给。一部分AR工程的补给源是湖水、运河水、池塘水、地下水(如丹麦)、泉水(如希腊)以及处理的废水(如丹麦)。 |
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荷兰自50年代起在沿海人口稠密的城市地区开展了大规模的地下水补给工程。荷兰进行地下水人工补给的主要目的是增大供水能力,减少地下水的持续下降和海水入侵。其次是利用廉价的、天然过滤消毒入渗系统提供卫生可靠的水资源。到1990年,地下水人工补给量达到了1.8亿m3/年。其中96%的水是通过砂丘地区的入渗系统进行补给的。但是,荷兰政府将根据保护生态环境的总方针,增大井灌补给,减少地表入渗补给,重新设计一些地表入渗系统,以减少地表补给工程对生态环境的影响。 |
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“真空高速流”在城市供水工程中的应用 |
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随着地球气候逐渐变暖,加剧了世界性水资源短缺,长距离引水调水工程成为城市寻求、引导更远地区水资源的必然手段;另一方面,城市人口不断增加,城市范围不断扩大,而城市配水管网的布设始终赶不上膨胀人口对水的急迫需求,尤其是供水主管道或密如蜘蛛网的支管直径偏小,阻碍了水的正常运行,严重干扰了人们的工作与生活。据统计资料显示,正常年份我国缺水总量将近四百亿立方米,有四百余座城市供水不足,一百一十座城市严重缺水,供水形势不容乐观。 |
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科学技术永远是第一生产力,继“重力流”和“压力流”两种常规输水形式,“真空高速管流”成为第三种输水形式应运而生,在解决长距离引水调水工程及配水工程客观存在种种难题确真天造地设,效果出人意料,巧夺天工。 |
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城市采用“重力流”或“压力流”
配水,供水管网通常不同程度地出现一系列弊病: |
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1、城市管网各方位水压极不均匀,边远及地势较高处的水压阻力大,配水、出水不均; |
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2、高楼普遍需建造高位水池,二次加压容易引起水质二次污染且造成电力资源浪费; |
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3、地势低处易爆管,跑冒滴漏现象严重,造成水资源浪费,检修极为困难; |
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4、源水引水过程中水头损失过大,水量小,供水严重不足,需要建设二次加压泵站; |
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5、管道易积垢、老化、锈蚀,水质浑浊,影响饮水安全及配水畅通; |
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6、配水过程涡流掺气现象严重,沿线需设置排气阀,且排气阀易进气、受损、破裂、跑水,排气效果不佳。 |
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城市供水是城市发展、人民生活水平提高的重要基础,供水系统的建设和改革步伐刻不容缓,节能降耗工作已排到议事日程。城市供水工程普遍效益低、治理难,使大部分供水企业面临着同样的窘境,必须深刻铲除上述弊病,才能给企业带来新的活力。 |
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采用“真空高速流”供水系统的优点是: |
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1、能够大幅度降低水头损失,流量比同条件“重力流”供水提升20%~60%; |
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2、自行排除气体,在管网高凸处减少气体堆积,沿程不必设置排气装置,不易爆管; |
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3、可配套超大管径,匹配直径300mm-4000mm; |
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4、采用虹吸原理,在一定水头作用下无需消耗电能,高效节能,极大降低运行成本; |
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5、管道可跨越比水源液面高八米的障碍物; |
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6、管道处微低压状态更有利于保护整个管网,杜绝工业气体腐蚀管道,水质清澈透明; |
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7、输水距离长,不必二次加压可直接供水; |
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8、提高出水高度,与源水或水厂清水池存在微小水头的高楼、城市边远地区均可直接到水,且出水均匀、流量大; |
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9、投资小效益高,运行维护简单方便,原有工程可直接改造,不必增加其它投入,短期可见效益增长; |
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这些优点均为自来水供水系统度身定制,在实际工程应用表明,由于不受匹配管径及输水距离的限制,“真空高速流”
非常适用于城市给水工程的治理,尤其适合于长距离给排水工程及城镇自来水配水工程。
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