（市政工程专业论文）天然河床渗滤取水技术研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 摘要 天然河床渗滤取水是一种利用天然河床底部砂砾石朦作为滤床，直接净 化离浊度、微污染的江河水的取水净水工艺技术。该技术于1 9 9 2 年发明， 并威用于工程，但剿迄今为止，国内步 尚未有人对此开展过系统研究。论文 以徽庆白沙自来水厂、3 3 l 工厂渗滤取水工程为例，通过大量的现场调研、 室内模叛试验、大毽现场横羧实簸、工程施工盆测，戳多莘申手段酋次系统地 研究天然河床渗滤取水技术。研究的主要内容包括：渗滤取水环境、天然滤 疼耨瞧、渗滤取承添瑾、承矮净纯梳理、渗流矮特征、承爨评徐与计算方法、 滤床淤塞问题。通过本文研究，初步建立了天然河床渗滤取水拽术的理论体 系。磅究取褥的主瑟残票蠢： ( 1 ) 河流漫滩或边滩发育的地段，天然河床庸部一定厚度的砂砾石朦， 是由漫长地质作用澎成，嶷寿粒发不均匀、有效粒经小、密实程度意虽渗透 性良好的特性，与入渗池、侠滤、池的人工滤床有穰大区剐。在自然水力条件 适黢的情况下，天然河床袭层普遍发育生物泥膜，砂砾石层也可能具有多层 结构，是一种良好的滤层。 ( 2 ) 渗滤取水通过工程手段在河床底部砂砾穰层内形成低压区，诱使河 承下渗，浮承在穿过溺寐袭层滤貘、砂繇磊层的渗透遘穰中蔌净纯，水中污 物大部分被滤床表层滤膜所截留，而被截留的污物又被动态变化的河水带 走，潺农对滤骥起副；孛剔、更耨终羯，饺其麓长麓取拳，渗滤取承巧妙逛零 用天然地质体的地质净化原理，其取水、净水的思路先谶。 ( 3 ) 渗滤取东蛉水质净位是一畚歹l 甥蠼、他学与生椽俸鼹的缝暴。天然 河殊表层的一定厚度泥膜、砂砾石层构成渗滤净水的天然滤床。天然滤床天 然的或在取水条件下形成的泥质薄膜具鸯生物活性和阻滞污物的特性，妙砾 石滋一定深度范豳，存在徽生物的活动，使滤寐成为一天然的生物反应器。 河水通过簿膜渗透可以将懋浮物和多数微生物阻滞，而且还能吸附一系列溶 解黪矮，惫括一些肖毒豹鞠有害静物质。穿过滤膜静河水在砂繇石层渗透的 过稷进一步被净化，使水质得到明显改善。 秘) 结会鑫渗渗滤取承工程，蓥次逶避模羧试验、揆鍪计舅，系统豹醑 究渗滤取水条件下的渗滤场特征及演化。研究表明，渗滤取水的渗流场熙有 典型的三维漉特，谯t 在取承条馋下睫取承鬟戆交能将经掰蘧力妖恣受藤状 态一到非饱和状态的变化。建立了渗流场水文地质数学模型，并应用 m o d f l o w 进行数值模拟。其成果为确定合蠼的永像降深、遴行取承量浮侩与 嚣漆交通大学媾聚究生学位论文纂l 燹 计算提供了理论依据。 弱馆舞滤濠戆天然潺庆砂繇虿撰，淤塞生要发裳在表簇，宙予骞潺滚 水动力冲刷，熊淤塞机理、方式与其俗过滤( 慢滤、地下水人工补给) 有明 显区别，滤疼在净纯曩c 豹过程中苓会发生累积性淤寒聪使渗透性跨低。 ( 6 ) 白沙渗滤取水工程天然滤床孔隙渗透水、裂隙渗透水的化学特征研 究显示，孔隙渗透水的化学组成与河水相近，表明孑l 隙渗透水主要来源于滤 床取水影响范围内的河水入渗补给，运为确寇渗滤入渗水量的计算提供了瑗 论依据。 ( 7 ) 首次发疆渗滤敷承中存在滤罄有效长度商瑟，并分析、研究了渗滤 取水滤管有效长度形成的原因、影响因素，确定滤管有效长度的方法，这一 发瑗麓渗滤取承滤警瓣饶纯设诗提供了瑾谂俊摆。 ( 8 ) 利用天然河床作为滤床净化取水，需适宜的场地、定规模和厚度 的砂舔蠢层和承动力祭馋，逶童豹孤零水矮，天然河床渗滤取拳可以直接处 理浊度高且变化大的水源，水质微污染的水。但对浓度较高的化学污染物则 无法去除。 本文研究液明，天然河床渗滤取水技术利用天然河床砂砾石滕作为滤 床，河水在渗滤过程中与滤层发生物理、化学及生物净化作用使水质得到改 善。滤膜在承质净纯中起着羹要作丽，由予河流酶东动力冲耩，裔然清淤， 不会导致滤床淤塞。因此，天然河床渗滤取水净化机理先进、技术可行，是 萃孛霹誊搂净纯毫渣凌、激污染翡汪游承豹创薪洼技术。 关键谲：渗滤驳东；冷仡稚瑗；渗流场；滤臻淤塞；数值穰羧 西南交通大学博士研究生学位论文第1 i i 页 a b s t r a c t t h et e c h n i q u eo f p e r c o l a t i n gw a t e ra b s t r a c t i o nf r o mb e n e a t ht h er i v e r b e d d i r e c t l ye x t r a c t sc l e a nw a t e rf r o m ar i v e r b e db ym e a n so f e n g i n e e r i n ga p p r o a c h t om a k et h er i v e r b e di t s e l fa s f i l t e r i n g b e d p u r l f y i n gh e a v yt u r b i d i t y a n d s l i g h t l y p o l l u t e dr i v e rw a t e r t h e r eh a sb e e nn ou n d e r s t a n d i n ga v a i l a b l eo fk i n e t i c so f p e r c o l a t i n gw a t e r a n do fp u r i f i c a t i o nm e c h a n i s ma th o m ea n da b r o a ds i n c et h e t e c h n i q u e o f p e r c o l a t i n gw a t e ra b s t r a c t i o n w a sf i r s ti n v e n t e di n1 9 9 2 d e s i g n sw e r eb a s e do n e m p i r i c a lo b s e r v a t i o n so f t h er e l a t i o n s h i p sa m o n gc i r c u m s t a n c e so f p e r c o l a t i n g w a t e r , c h a r a c t e r i s t i c so f n a t u r a lf i l t e r i n gb e d a n do f s e e p a g ef i e l d t h i sd i s s e r t a t i o ni si n t e n d e dt oe s t a b l i s ht h et h e o r e t i c a l s y s t e m o ft h e t e c h n i q u e ，o nt h eb a s i so fv a r i o u so n s c e n ee x a m p l e s t h ew a t e ra b s t r a c t i o n c o n s t r u c t i o n so fb o t h b a i s h aw a t e r w o r ka n dn o ，3 31 m a n u f a c t o r y ，i n c h o n g q i n gc i t y ，c h i n a ，i n c o m b i n a t i o nw i t ha l a r g e a m o u n to fr e s e a r c h ， i n c l u d i n gf i e l di n v e s t i g a t i o n ，i n d o o rs i m u l a t i o nt e s t ，l a r g e - s c a l es p o ts i m u l a t i o n t e s ta n dc o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n g t h em a i na c c o m p l i s h m e n t sl i s ta sf o l l o w s ： ( 1 ) h a v i n gb e e nf o r m e dt h r o u g ht h ee n d l e s sg e o l o g i c a lp r o c e s s ，t h eg r i t l a y e rw i t hc e r t a i nt h i c k n e s se x i s t e da tt h eb o t t o mo fw a s h l a n do rm a r g i n a lb a n k c h a r a c t e r i z e s n o n h o m o g e n e o u sg r a n u l a r i t y , s m a l l e re f f e c t i v eg r a i n d i a m e t e r ， h i g h e rc o m p a c t i o nr a t ea n df a v o r a b l ep e r m e a b i l i t y t h ee f f i c i e n c yo fr i v e r b e d f i l t e re x c e e d sg r e a t l yt h em a n - m a d ef i l t e r i n gb e d ss u c ha sp e r c o l a t i n gp o o la n d q u i c k f i l t e rc h a m b e rb e c a u s et h e g r i tl a y e rc o m m o n l yp o s s e s sm u l t i p l a y e r s t r u c t u r ea n dt h e t o pl a y e r o fr i v e r b e d g e n e r a l l yg r o w sb i o l o g i c a l m u d m e m b r a n ei nc a s ec o r r e s p o n d i n g h y d r o d y n a m i c f o r c ei sa v a i l a b l e ( 2 ) t h e t e c h n i q u eo f w a t e ra b s t r a c t i o nf r o mb e n e a t hr i v e r b e d b a s e do nt h e p r i n c i p l e s o fg e o l o g i c a lb o d yc l e a n i n ga n dc o m b i n i n gp u r i f i c a t i o na n dw a t e r a b s t r a c t i o n ，i se x t r e m e l yi n n o v a t i v e ，t h e r ea r es e v e r a lb a s i cp r i n c i p l e sw h i c h a r ec o m m o nt ot h ep r o c e s s i ne a c hc a s eal o wp r e s s u r em u s tf i r s tb ef o r m e d w i t h i nt h eg r i tl a y e ro fr i v e r b e db ye m p l o y i n gc o n s t r u c t i o n ( i e t u n n e lu n d e r r i v e r b e d ) s ot h a tw a t e rc a ni n f i l t r a t ed o w n w a t e rs e e p i n gt h r o u g hr i v e r b e dc a l l t h e r e f o r eb ep u r i f i e ds i n c et h ep o l l u t a n t si nw a t e rc a nb ec a p t u r e dm o s t l yb yt h e m u df i l t e rm e m b r a n em u d l a y e rc o v e r i n gt h es u r f a c eo fr i v e r b e da n dp a r t l yb y g r i tl a y e ru n d e r l a y t h ed y n a m i cc u r r e n tm a yc o n t i n u o u s l yw a s ht h eo l d m e m b r a n eo f fa n dr e n e wt h ef i l t e rm e m b r a n e ，w h i c hc h r o n i c a l l yk e e p sw a t e r a b s t r a c t i o ni ng o o dc o n d i t i o n ( 3 ) t h e r ee x i s tt h ee f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m a c t i v i t i e si nw h o l em u d m e m b r a n ea n d u p p e rg r i ti a y e r , w h i c h m a k et h ef i l t e r i n gb e dan a t u r a lb i o r e a e t o r t h es o l u t e sa b s o r b e db yt h et h i nm u dm e m b r a n e ，i n c l u d i n gs o m ep o i s o n o u sa n d h a r m f u ls u b s t a n c e ，c a nb eb i o l o g i c a l l yd e c o m p o s e dt o ac e r t a i ne x t e n t t h e w a t e rp u r i f i e db yt h i nm e m b r a n ew i l lb ef u r t h e rf i l t r a t e dt h r o u g ht h et h i c kg r i t l a y e r t h ev i s i b l yi m p r o v e d w a t e rq u a l i t yc a i lt h e r e f o r eb eg a i n e d ( 4 ) i nc o m b i n a t i o nw i t ht h eb a i s h a p r o j e c t ，as y s t e m a t i c a ls t u d i e so n t h e c h a r a c t e r sa n de v o l u t i o no fs e e p a g ef i e l dw a sc o n d u c t e db ys i m u l a t i o nt e s ta n d m o d f l o wm o d e l i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h es e e p a g ef i e l d w i t ht y p i c a l t h r e e d i m e n s i o n a lf l o wc o u l dc h a n g ea m o n gp r e s s u r ep h a s e ，n e g a t i v ep r e s s u r e p h a s ea n d n o n s a t u r a t i o np h a s ea sr e g u l a r l ya st h ea m o u n to fw a t e ra b s t r a c t i o n f r o mt h e n ，ah y d r o l o g i cm o d e lf o rc a l c u l a t i n gh y d r o g r a p ha n dd e t e r m i n i n g a m o u n to fw a t e ra b s t r a c t i o ni se s t a b l i s h e d ( 5 ) t h es i l t i n gm a i n l yo c c u r so nt h es u r f a c eo ft h ef i l t e r i n gb e d b u ty e tt h e m e c h a n i s mo fs i l t i n gg r e a t l yd i f f e r sf r o mt h o s eo c c u r r i n gi nt h ep r o c e s so f s l o w f i l t r a t i o no ra r t i f i c i a lr e p l e n i s h m e n to fg r o u n d w a t e r d u et ow a s h i n ga c t i o nf r o m c u r r e n t ，t h e r ew i l ln o tb ec u m u l a t i v es e d i m e n t so nt h et o po ft h ef i l t e r i n gb e d t h a tm i g h tr e d u c et h ep e r m e a b i l i t y ( 6 ) t h ec o m p a r i n gc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e np e r c o l a t i n gw a t e ra n d p o r ew a t e r i nt h eb a i s h a p r o j e c ts h o w t h a tp o r ew a t e ri sm a i n l yr e p l e n i s h e db y t h e i n f l u e n t s e e p a g e o fr i v e rw a t e rf o r m e dw i t h i nt h e s c o p e o fw a t e r a b s t r a c t i o nr a d i u s ，w h i c hs u p p l i e sc a l c u l a t i n ga m o u n to fi n f l u e n ts e e p a g ew i t h t h e o r e t i c a lb a s i s ( 7 ) f o rt h ef i r s t t i m e ，t h ep r o b l e md e a l i n g w i t hc a u s eo ff o r m a t i o n ， i n f l u e n t i a lf a c t o ra n de f f e c t i v el e n g t ho ft h ef i l t e rw a sa n a l y z e d ，t h er e s u l to f w h i c hi sc o n d u c i v et oo p t i m i z et h ef i l t e rd e s i g n ( 8 ) i tc a nb ef o u n dt h a tt h ef i l t e r i n gb e dt r e a t m e n tc a nb ef i tf o rw a t e rw i t h h e a v yt u r b i d i t yb u ts l i g h t l yc h e m i c a l l y - p o l l u t e d ，b u tn o tf o rw a t e rw i t hh i g h l y c h e m i c a l l y - p o l l u t e d i tm e a n sp r o p e rr a ww a t e ri s f i r s tr e q u i r e d i na d d i t i o n ， t h e r ea r eo t h e rc o n s i d e r a t i o n si n c l u d i n gw i d es i t e ，r a t h e rt h i c ko fg r i tl a y e r ， h y d r o d y n a m i cf a c t o ro f c u r r e n t k e yw o r d s ：t e c h n i q u eo fp e r c o l a t i n gw a t e ra b s t r a c t i o n ；p u r l f y i n gm e c h a n i c s s e e p a g ef i e l d ；s i l t i n go f f i l t e r i n gb e d ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部和部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密候适用本授权书； 2 不保密圈，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ”) 学位论文作者签名：挑 日期：扫”弹r 月d 日 指导教师签名：彤玉f 1 日期：沙样明f o 日 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 首次对渗滤取水机理、渗流场特征、水量计算、滤床淤塞等理论和技 术问题进行较为深入研究，初步建立了渗滤取水技术的理论体系( 第 5 、6 、7 、8 章) 。 2 首次研究了有水平水流条件下渗滤净水时，滤膜的形成、演化特征， 及滤膜对渗滤量的影响和滤膜对污染物的阻滞作用。研究取得以下新 的认识：1 ) 水平水流对滤膜形成有很大影响，在有水平水流时，滤 膜依附砂砾石形成，在一定流速的水平水流情况下，滤膜将保持一定 厚度，不会累积增厚；2 ) 滤膜在污染物净化中起相当重要的作用( 第 4 童) 。 3 首次通过模拟试验、模型计算，系统的研究渗滤取水条件下的渗滤场 特征及演化。提出在取水条件下随取水量的变化渗流场将经历压力状 态、负压状态、到非饱和状态的变化。渗滤取水的渗流场具有典型的 三维流特征。建立试验的水文地质数学模型，应用m o d f l o w 进行数值 模拟，为确定合理的水位降深提供了依据，为取水量评价与计算提供 了理论依据( 第6 章) 。 4 首次发现渗滤取水中存在滤管有效长度问题，并分析、研究了渗滤取 水滤管有效长度形成的原因、影响因素，这一发现为渗滤取水滤管的 优化设计提供了理论依据。根据对白沙渗滤取水工程天然滤床孔隙渗 透水、裂隙渗透水的化学特征研究，渗滤水的化学组成与河水相近， 揭示渗透水主要来源于取水影响范围内的河水的入渗补给，为确定渗 滤入渗水量的计算提供了理论依据( 第4 章) 。 学位论文作者签名：争“乞 a 日期：上。声j 月l o 同 西南交通大学博士研究生学 焱论文第l 擞 第1 章绪论 1 1 问题的提踺及研究意义 1 1 1 问题的提出 水是人们生活和社会经济发展不可缺少的熬本物质，给水设施是城市重 要豹基础设速。人们生产、生活瘸水主要来蜜媳袭求和地下水，其中媳表水 燕主要来源【“。由于多方面因素，我国有限的水资源受到较为严重的污染， 据有关资料报道【2 “ ，我国水资源受到水质恶化和水生态破坏的严重威胁， 8 0 以上的污永未经处醺而直接摊入隶城，全戮有检溺系统的1 2 0 0 多条河 流中，已有8 5 0 余条受到不同程度的污染。水资源受到污染，使净化水成本 不瑟灌翔，因鼗，臻究秘撵素技术可靠，袋本较低静冷求工艺技零，孬饺是 净水理论和技术发展的需要，更具有重溪的经济价值和社会意义。 本论文硬究一手中裂髑遗矮体壹接冷化裹浊度江河水的净求技术一天然 河床渗滤取水技术。这魑种利用天然河床作为滤床的水处理新工艺技术。 麓通过江河底部基岩中设置输水平巷，渗流孔，将河水转化为河床渗透水， 利用天然河床移繇石层的净纯僚粥，毫接获褥蘸好承质静水资源。这萃申取永 技术是农传统傍河取水、地下水人工补给利用水资源和慢滤水处理技术相结 合豹基破上发震越来一耱承签蘧技术。天然浮床渗滤鼗承技术最早滋觋在 1 9 9 2 年，由于这种工艺对于高浊度的江水能赢接净化，有工艺简单、占地 少、操终篱便等伐点，裂获取l 5 万m 3 怒戆渣浩东资源，嚣净承娃璞成本 只相当予传统方法的1 2 2 1 3 ，与传统水厂相比投资少，有良好的经济效益 i 7 j ，因此，这神工艺在四川、重庆地区缀快季导到应用和推广，1 9 9 2 年2 0 0 2 年四川壳话建成稻施工了十余个渗滤取水工程强l 。僵怒，在渗滤取承工程施 工、运行中很快黎露和提出许多问题，反映出对这一新技术的认识不足。其 主要瓣瑟为： ( 1 ) 对天然河床渗滤舣水的净化机理缺乏科学的认识 浮表暹过渗遴过程窳矮发生羧善熬圭要髂羽窝净化祝理楚亍 么? 影嚏 渗滤水质的主要因素是什么? 长期取水祭件下，水质是否有保证? 由于对这 一阀题缺乏研究，在渗滤取水工程的场地选择、设计中对原水水质要求、滤 麻性质、渗滤水水质预测和评价等关键往技术问题的解决上，缺乏有指导意 西南交通大学博士研究生学位论文第2 页 义的理论依据。 ( 2 ) 对净化过程引起的滤床淤塞问题缺乏研究。 利用天然河床作为滤床在渗滤取水过程中滤床会不会发生淤塞? 淤塞 的机理是什么? 这些问题尚不清楚。因此，无法科学地进行滤床淤塞的评价、 预测以及对渗滤取水工程使用寿命进行评价。 ( 3 ) 对渗滤取水的渗流场缺乏研究和认识 渗滤取水条件下滤床中水流和渗流场特征直接影响渗滤水量的计算和 评价。在设计评价取水量时，用传统的渗渠、辐射井理论和计算方法来计算 渗滤取水水量，设计水量与实际取水量相差较大，计算不准确。如江油某渗 滤取水工程，设计中采用传统的井流方式计算水量，结果实际出水量远远小 于设计水量，从而造成工程失败。因此，在勘测设计过程中对渗滤水量的评 价和计算缺乏理论依据，也没有可行的方法。 上述问题是评价天然河床渗滤取水技术的可行性、可靠性，决定和影响 渗滤取水技术发展的重要理论问题。也是渗滤取水工程设计、水量计算、施 工、运行管理、工程维护需要解决的关键技术问题。不解决这些问题，天然 河床渗滤取水的技术可靠性不能作出评价，渗滤取水的技术的推广不能让人 信服。因此，这些问题成为渗滤取水技术发展中急需研究和解决的问题。 1 1 2 天然河床渗滤取水技术的研究意义 天然河床渗滤取水技术利用天然河床作为滤床来净化河水，与常规水处 理工艺相比，具有工艺简单、不用约剂，净水成本大幅降低的特点；与传统 的旁河取水技术相比，具有取水量大，占地少的特点。因此，该技术本身具 有重要的技术经济价值，是一种有前景的新技术。 另一方面，天然河床渗滤取水技术是水文地质与水处理工程相结合产生 的新技术，其理论涉及水文地质、水文地球化学、水动力学、河流水文学、 微生物学、水处理工程、钻掘工程技术等多学科领域。利用自然的力量降解、 降低人类的污染是水污染控制和水处理工程有前景的研究方向，本文的研究 对水处理工程与地球科学技术的结合，将天然地质体净化作用应用在水资源 开发利用和土地污水处理方面具有重要的理论意义和促进作用。 研究的成果将直接用于指导渗滤取水工程的场地选择、工程设计、水量 计算、施工、运行管理，因而具有重要的实际意义。 嚣潦交通丈攀博士礤究生学饿论文 第3 贾 1 2 国内外研究现状 l 2 1 国内研究现状 据嚣瘫交献检索，霄关天然涎瘩渗滤取7 妖挂求研畿熬文献寝袁5 耱，与 必然河床渗滤取水技术相关取水方式( 傍河管井、辐射井、大口井、渗渠取 承方式) 鼹臻究文蕺育3 0 余籍，骞关照下拳a 芏瞽给戆论文2 5 蔫。靛文献 资料分析的情况看，有燕傍河管井、辅射井、大口井、渗渠镣集取河床渗透 隶窝枣逑迭下求熬臻究姆点表现在： ( 1 ) 傍河管井：傍河管并工作梳理魑，在开采过禚中并内产生一定降深， 并形成蹲位漏斗，当降位漏斗扩展到河流边界，使河水侧向渗流卦给井内。 并中零蹩主要取决于松教堆积艨鼢渗透系数、井与河流静距离及箍承井瓣承 侥睥深。在水髓评价上，常采用补偿疏于法蹴刹用长观资料进行评价计算。 对荣涎势群羿絮戆下拳，蓬翦磷究斡蘧建主要是燕秘考虑边界阏瑟，鼯整溪 流当作定水头边界来考虑，还怒当作定流量边界，或糟是第三类边界条件( 即 挺翟边赛燕释来考惑。黠予装竞整褥滚；鄂海浚未谰裁妥隰承底投，怒淫 流及其下部的含水层作为给定永头的边界则怒不恰当的。因为在抽水时，河 流瑗侧的地下水通过河流底部的含承耀已经成为一个相互联系的整体，在浏 流的一德擒承嚣雩，必宠会影穗磷勇一锱的地下承运韵状况。对于这个闻题， 郭彖屏姻采用逐续介质点模拟试验进行了研究，在单_ 井、多井的情况下都观 溺到了越添渗滚瑷蒙鹣存在；钱会等也在建立建慧镑琏模型麓基磕上，运瘸 数值模拟的方漱对越河渗流的稳定流现象进行了研究，得出的结论魁：对于 在饕完整河流粒承嚣，淫滚嚣铡装追下农是一个锺互联系兹蹙髂，含水屡巾 的地下水流动问题是一个典型的三维流问题，应采用兰维流数值模型进行求 解。在嶷际的掰滤中，海滚与地下水熬关系楚比较复聚豹。如果河痰藤都朝 两衡瘁壤土沉积有一薄层粘、亚稽主等秸髓层，鄄使只肖2 3 c m 厚郝 可能阻隅河水和地下水的直接联系。避时河流虽然割切了含水层，但地下水 往瑟羝予湾藤蠛嫠数米甚至卡多来，河流呈悬浮式通过，与下茯潜水泼春蠹 接的水力联系，只能通过包气带水分遮移间接补给潜水，这时河流就不应该 锋鸯定农受边器祭骛了。囊基寨等曩砂溪模型磅究了j 方熬中、枣型溪滚霆 傍河井群开采精过大丽导致的地下水与河水脱节的现豫，并用数值方法求解 了拉拔恣下豹二= 维饱翻棼锪簿秘滚数傻模型。 国傍灞取水辐射并：傍河取永的辐射并盘集水捧和 串入河床下的辐射 西南交通大学博士研究生学位论文第4 页 管组成，辐射井出水量较大，经济效益显著，尤其当辐射井用于从河流等地 表水体底部的含水层中集取河床渗透水时，其特点更加明显。我国在近二十 年来应用辐射井的范围逐步扩大【3 3 4 ”，比如辐射井技术应用于坝体排水。 对辐射井出水量的计算模型研究的也很多。目前，辐射井流量计算公式有建 立在一元流和经验系数之上的水力学计算公式；有简化为二维径向流动，建 立在裘布依理论基础上的等效大口井公式；有采用排水计算理论的渗水管法 辐射井出水量公式、由三维流出发，采用稳定源汇叠加理论，推求的理论、 半理论公式；也有通过正交试验，求出单根辐射管的集水计算模型等阶3 9 。 ( 3 ) 渗渠：渗渠是水平铺设在含水层中的集水管( 渠) ，它的构成包括水 平集水管、集水井、检查井和泵站等。在我国中小企业中使用渗渠取水的较 多，关于渗渠的研究也相对较多 2 5 3 2 】。邓方甜2 5 1 、阎士勤【2 6 1 渗渠工艺设计 和水量计算进行了研究，王允麒 2 9 】分析渗渠出水量衰减的原因是由于水压降 低导致c 0 2 溶解度降低从水中逸出，与c a 、m g 结合形成c a c 0 1 、m g c o ，。 童慈昌王允麒【j “，通过实验研究了渗渠出水浊度与河水浊度、渗渠埋深间的关 系。 ( 4 ) 透河井：在水文地质手册【65 】中把透河井列为一种地下水的利用方 式，但从国内文献检索的情况，尚未发现利用透河井取水的工程实例和研究 文献。 有关地下水人7 - + b 给的研究【1 0 q8 1 ，从6 0 年代起，我国己在部分城市及 灌区进行了地下水人工补给有益的尝试，从文章的数量看，仅2 5 篇，内容 上多以综述性文章为主，如张森琦【1 4 】、丁洪章1 1 6 对地下水人工补给的方法 进行了简述。 从国内渗渠、河床大口井、辐射井及地下水人工补给的研究文献分析， 有以下几个特点： ( 1 ) 研究偏重于工艺研究和水量计算，水量计算以地下水渗流理论为基 础，多集中在水量计算法： ( 2 ) 对含水层净化水的机理、含水层净化水过程中污染物的主要类型、 方式研究较少； ( 3 ) 对含水层淤塞的物质、方式、速率、影响因素研究较少。 总的来说，国内对河水转化为地下水的净化机理、渗流场特征及变化规 律、滤层( 含水层) 的淤塞原因、规律、预测及防治均缺乏系统的研究。 目前有关天然河床渗滤取水技术理论和实践在国内外研究均较少。国内 有关天然河床渗滤取水技术的研究是近年来才开始的。对渗滤取水技术进 西南交通大攀博士磷究生学位论文第5 蒗 步的研究是随着工程中释种问蹶出现而展开的。1 9 9 5 年起，麓庆渗滤取水 王程公司与残帮淫工学院、嚣鬻交通大学嚣始以重庆锶富驿渗滤取水工程、 煎庆江津白沙渗滤取水工程为燕例，并结合室内模拟试验开展研究，取得一 拣叛认识。陈台智开拓供水新领域施工天然滤床渗流井取水工程一文， 对渗流并鞭水工程的概况、藏工作了一些论述f ”。本入渗流井滤膜的裙步 实验研究对模拟河水动态条件下的泥膜的形成和对水量的影响做了初步探 索【7 舶。滚庆自沙渗滚势渗透承农震特征磷究一文，砖重痰鑫沙工程渗滚 孔水和熬岩裂隙水水质进行了研究哺j 。 1 2 2 国外研究璐狡 国外十分重键将地残水转化地下水，以获得清洁水资源的方法研究和技 术应用。近年来黼外一黧观点认为逢表建袈蓄承可能鼯致一系歹4 生态繇境目 题，西方许多翻家都强减少建坝蓄水，而开展地下水人工补给的研究。 h e r m a nb o u w e r ”在( i s s u e si na r t i f i u i a lr e c h a r g e ) ) 提磁趣下承入工蛰给是一 种极其有前景的水资源汗发利用技术。特别是在干早和半干早地区，将雨季 鹣建表水转化为地下承镳存起来利用楚这些地逸获褥水资源舱重要方式。如 在伊朗、伊拉克、以色列等地隧，开展天然条件下地袋水渗滤研究及人工设 鼹的渗滤设施转化地表水的研究较为深入。地震水转化地下水有两种情况， 一是天然条件下的转化，勇一羊辛是人为作用下的转化，称为人工 给。人工 补给是借助于工程措施1 9 ”，人为地把些地波水( 雨水、汛期洪水、河道 簿承) 诱孳 渗入避下，罐 逮下承资滋，献瑟这曩对瓣耧空麓主对逮下庆送 行合理调配的方法。人正补给般可分为浅层地面渗入补给、深层地下灌注 绘积瓣接人工於绘方法。浅鼷地委渗入 绘包括了熬地渗入 绘、承疼渗 入补给、渠道渗水补给、农田灌溉渗入水补给和河流渗水补给。 据文献检索，自1 9 8 0 年以来有关她下水人工补绘的研究论文有近2 0 0 篇。由国际水文逢质学会l a h 、联合豳教科文组织u n e s c o 等组织主办酶 地下水人工补给国际学术研讨会，自1 9 8 8 年禚美国加州a n a h e i m 召开第一 藩遗下永久工斡绘莺舔会议蔽采，已露开了4 次国舔会议。第二藩1 9 9 4 年 在美国佛罗里达州o r l a n d o 和第三届1 9 9 8 年在荷兰a m s t e l d a m 。第四届国际 蟪下拳人工羚绘会议予2 0 0 2 冬9 月2 2 2 6 目在澳大测亚强德菜德枣举行。 根据被采纳的学术论文，按照蕻内容分为1 6 个专题。分别怒：l 可持续的 给管理；2 地下的水艨变化：3 含水层补给的地球化学；4 病原体的演变； s 有枫物的演变；6 阻塞的处骥；7 地下东水动力和储存能力恢复；8 裂隙岩 西南交逶大攀博磷究生学位论文 第6 狐 蠢中增加补给；9 通过禽水层褥利用水；1 0 孝卜给工程的环境应用；1 1 于旱 谶区永管理；1 2 回灌势闯题及其解决方案；1 3 池洼塘和岸边入渗问题及箕 解决方案；1 4 城市水资源整体管理；1 5 农业实践和增强补绘；1 6 区域问 麓露静绘点选择。l 蠡纳文献磅究蠹容鸯簧集孛在三个方蘑： 1 ) 东震跛善瓿 域及水质；( 2 ) 水量计算；( 3 ) 禽水层淤塞。 蚨文教调套器，嚣矮迭下瘩人工祷绘磷炎谂文鸯较多涉及聪雳天然援 徕、地表沟渠、水库自然渗透和灌注补给增加地下水储凝和改蒋水质的研究， 照然尚未发现有本文礤究的利用天然溜床作为滤床煮接净化取水的王艺方 式实例和研究论文。住麓许多关于遣下承人工补研究方法和思路对研究天然 河床渗滤取水技术具有熏要的参考价值。代表文献和成果有： 1 ) 移垂( 会承瑶) 渗滤对永痰致蛰静幸# 掰翻辊理研究 将地表水转化为地下水有两方面的意义，一是调节、储存水资源，二是 裁用含承屡豹净化接鼹改善求矮 l l 。在2 0 毽纪5 0 7 0 年代，蘸苏联学者 以渗滤入渗池为研究对象对人工补给水质改善进行大缀的试验和理论研究， 如茨维金采夫( 1 9 7 3 ) 通过试验研究砂层中微生物与鼹体颗粒瓣附饕关系， 指出微生物在承质改善中具有鬣要的作用。莫洛扎娃娥在1 9 7 3 年发袭的被 苯哔啉和石油产品污染的水在渗透过程中水饱和土壤吸附性能的研究 文，磅究结果表鞠，对予最掌觅瀚多环芳香类穰氢纯会物一有致癌 笮瘸斡苯 哗啉，当渗透速率为1 1 m d 时，可以在砂层中滤去9 2 2 9 8 2 5 。b m 别 尔达洛夫( 1 9 7 1 ，1 9 7 3 ) 瓣拳奁妙层孛渗滤怼永质戆影嫡透嚣了缀寿懑义静 实验室试验，研究揭示了砂层表层的薄膜和淤填层对水质改善起着重要的作 用，并分析了水质变化鲍特征。通过大麓学者媳礤究，慰地下承在渗透过程 中东质改薷有了较为一致的认识。 ( 2 ) 渗入补给曩计算研究 蠢予建下永人工孙绦翡方式缀多，不阕类穗酌补给入渗爨计算方法不 同，但大都是以地下水渗流理论为基础，分为饱和渗流理论和非饱和渗流理 谂咿“。麴m i k h a i li g o g o l e ( 2 0 0 1 ) 镶渗滚模型露圭| 羹下东久王 给承量计 算进行评价u ”j ，德国学者b o u w e rh 自2 0 世纪6 0 年代开始对浅层土电面渗 入 绘进撂了长款( 1 9 6 9 - - 2 0 0 2 ) 的研究，发表了远2 0 篾磅究论文，内容 涉及地下永入工补给设施、设计与管理、补给渗入凝的计算等。b o u w e r h ( 1 9 9 9 ) 。s z e e l j e ( 2 0 0 2 ) 研究纳米比亚西部o m a m m 三角洲含水艨系统 中豹筷承系统。遴过蘩查证实表矮翰稻靛土瑟造成自然入渗速率很低。人工 回灌工程利用人渗盆地加强了清洁水的渗入量。经过1 9 9 7 年和2 0 0 0 筇两个 西庆交通大学博士研究生学位论文 第7 贞 雨季，人工回灌正程入渗了可观的水爨。采用数值模拟评价了回灌工程的入 渗量，掇出了改进回灌工程的方案。该文对于警地区地下水剥用具有定的 酱遍意义， 3 ) 含水层淤塞的研究 含水层静淤塞是穗下农入工 绘磷究中瓣重要滴邃之一，磅究论文较 多，代袋性的文献有：s t e p h a n i er i n e k p f e i f f e r ( 2 0 0 1 ) 通过对澳大利甄南部一 个筮遮入渗场拣磅究认为含农蒺淤塞楚物理、毒l 二学秘生耪穆耀载绩祭【擘”。 s a y e d f a r h a dm o u s a v i ( 1 9 9 8 ) 研究了伊拉克中部三个地下水人工补给工程渗 滤速率变化规律，著进行通过到去渗水盆地底郝沉积物来恢复渗滤熊力的试 验，研究揭示渗水盆地淤塞层般在5 - - 4 0 e m 范围。w r m i l l s ( 2 0 0 2 ) 研 究位于洛杉矾南端的o r a n g e 地下水熊地地下水人工网灌和废水再利用。该 魄区自蠢千年幸开始构筑人工黼灌工程，虱丸十年代秘逢表浅层霞灌瑟积发 展到4 k m 2 ，入渗速率为o 3 m d 。自七十年代，该河上游增大了经处理的废 零捺敖，瘩中塞营葵藏分造成徽生耱豹生长劳麴炔了淤泥豹产生，黪诋了入 渗速率。因而，研究和试验了备种处理淤塞的方法，论文详细论述了各种方 法适用性靼有效性。 1 2 3 涎然河脒渗滤取水技术研究之不足 文献检索和分析表稿：天然河床渗滤取拳技术与蘧下东开发稠弱静傍浔 取水和地下水人工补给有许多的联系，也与慢滤水处理技术有相似的地方， 瞧天然游瘴渗滤取承舔笼一穗耨懿技术，与它销也鸯较大嚣裂，因嚣在理论 和技术上都存柱许多需要深入研究的地方，主要表现为： 2 0 、2 0 ，- 1 、0? _ zz o t s 。嚣：誓。0 9 。8 。o 0 6 - ( m 佃田)佃m ) ( r a m ) 磊t r i m。 二。 二 ( m 神 l6 9 滞6 械37 墨10 6 4 帆1 30 “l5 03 27 5 9 0 82 3