天然河床渗滤取水集成系统及其设计方法
技术领域
本发明属于取水
技术领域
，具体涉及一种天然河床渗滤取水集成系统及其设计方法。背景技术
地球上的淡水资源主要有地表水、地下水、以及位于地表水和地下水交互作用界面的潜流水。
据统计，2017年我国供水总量为6043.40亿立方米，地表水是我国水资源的重要组成部分之一，2017年我国地表水供应量为 4945.50亿立方米，占我国供水总量的81.8％；地下水供应量为1016.70亿立方米，供应量占比为16.8％。
地表水依据水域使用目的和保护目标划分为五类，主要提供源头水、集中式生活饮用水、一般工业水、人体非直接接触的娱乐用水以及农业用水。地表水具有如下特点：1)除海洋含盐量极高以外.其他地表水的含盐量低；2)与地下水相比，硬度较低；3)与地下水相比，地表水中污染物质含量很高。
目前绝大部分生活用水来自地表水，虽然自来水水质不断提高，但由于种种原因，当前自来水水质还存在很多不安全因素。自来水存在不安全因素的原因有以下几点:
1)自来水的水源污染越来越严重。
2)近20年来水中有机污染物不仅含有一般的有机物，还有一些难以降解的有机物，传统的水处理设备不能有效地去除这些难以降解的有机物。
3)一些城市的局部市政管网陈旧，造成二次污染。
4)消毒剂副产物的危害。任何科学技术都是一把双刃剑，均具有利弊二重性。用于自来水消毒的氯等消毒剂也是如此，水中残留的各种有机物和氯消毒剂结合后产生卤代化合物，有许多已经被确认是癌症的诱发物，其中主要是挥发性三卤甲烷和非挥发性的卤乙酸，后者致癌的危险是前者的50～100倍。因此，许多国家对氯的使用以及对氯的副产物的危害性有严格的控制。日常烧开水时，随着烧水时间的增加，水中的消毒副产物的含量会增加。
5)另外，突发水污染造成水源污染对城市供水的饮水安全也会产生影响。
地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，地下水径流时间长，水质好。但对于地下水的开采，国家出台了一些的政策，比如《水利部关于城市规划区地下水取水许可管理有关问题的通知》(水政资[1998]334号)、《城市地下水开发利用保护管理规定》(建设部令第30号)、建设部发布关于行业标准《建筑与市政工程地下水控制技术规范》。
通过地下水开采的政策可知，国家严控地下水开采，因过渡开采地下水存在如下问题：1)地下水水位大幅急速下降，以至形成地下水降落漏斗。2)造成地面沉降、塌陷。3)河流,湖泊水量减少形成干涸等灾害。4)减少泉流量。而泉流量减少则破坏了古建筑物与文物的保护，甚至因泉水枯竭使古井和旅游景点失去了应有的旅游价值。 5)水井枯竭。单井用水量减少造成水井报废,或掉泵，含沙量增加，使设备维修费与耗电量增加。6)影响植被生长。7)影响水土保持，造成水土流失。8)破坏房屋、公路、铁路、桥梁、水利、市政公用设施、矿山等工程建筑物开裂、倾斜、倒塌、埋没。9)造成人与牲畜伤亡。10)使地下水水质恶化。
河床潜流水是除地表水和地下水之外的“第三种水体”，是一种赋存于河床天然砂卵石层中的浅层地下流动水体，砂卵石之间具有空隙，使得砂卵石层能够储存水。其主要特征为：河床潜流水主要受地表水垂直入渗补给，补给距离近，具有承压性，流量大，水质优在特定三维方向具有良好的流动性。河床渗滤取水，是通过在河床下营造反向取水系统，将符合标准的潜流水取出地表，因而渗滤取水工艺也是一种“大自然的搬运工艺”。因此，基于地表水存在的不安全因素、以及对地下水开采的严控，开采河床潜流水对缓解我国水资源问题尤为重要。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的第一个目的是提供一种天然河床渗滤取水集成系统。本发明的第二个目的是提供前述天然河床渗滤取水集成系统的设计方法。
为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：由管井取水，大口井取水，辐射井取水，渗渠取水，下沉式人工滤池取水，反向渗滤取水中的至少两种取水方法任意集合而成的一种一体化取水方式。
上述技术方案中，依据天然河床地形地貌、水文条件、地质条件和现场实际施工条件，选择采用管井取水、大口井取水、辐射井取水、渗渠取水、下沉式人工滤池取水、渗滤取水中的两种及以上的取水方式，集合形成一种新型的组合取水方式，实现高效、低成本、规模化开采天然河床潜流水。而且开采出的河床潜流水与开采地表水相比，其水质好，水温稳定，可用于水源热泵；与开采地下水相比，河床潜流水开采量大，最大限度的减少了地下水开采造成的环境地质破坏问题。
本发明利用天然河道江河水洪水期水位高、水压力大、浊度高、含沙量大，枯水期水位低、水压力小、水质好的自然特性，实现天然河床潜流水和傍河人工滤池渗滤水汲取方式的相互转换。
在本发明的一种优选实施方式中，该天然河床渗滤取水集成系统包括集水竖井，取水钻孔，连接钻孔，输水通道，控制系统，反冲系统；该天然河床渗滤取水集成系统还包括取水硐室，大口井，辐射井，管井，下沉式人工滤池，渗渠中的至少两者；取水硐室、管井、大口井、辐射井、下沉式人工滤池、渗渠均为取水构筑物，取水构筑物通过输水通道与集水竖井连通，取水构筑物之间也通过输水通道相连。
在本发明的一种优选实施方式中，不同类型的取水构筑物之间采用串联和/或并联的方式连接后与集水竖井连接，同种类型的取水构筑物之间也采用串联和/或并联的方式连接后与集水竖井连接；和/ 或输水通道包括周身无孔的管道、筒状过滤器或者渗渠。
在本发明的一种优选实施方式中，辐射井和/或集水竖井中设有控制系统和反冲系统，反冲系统提供压力水或压缩空气，压力水由水泵加压后形成或者靠自重形成水压；当设置取水硐室和/或辐射井时，与取水硐室/辐射井连接的伸入含水层的渗滤取水管上均设有取水阀，取水阀设在渗滤取水管的出水端，全部或部分渗滤取水管连接有与反冲系统连接的反冲管，连接反冲管的渗滤取水管上同时设置取水阀和反冲阀，反冲系统给反冲管提供压力水或压缩空气；当设置下沉式人工滤池时，反冲系统连接有伸入下沉式人工滤池中对下沉式人工滤池进行反冲洗的反冲管，反冲管上设置反冲阀，反冲系统给反冲管提供压力水或压缩空气；当设置渗渠时，渗渠上设有取水阀，反冲系统连接有与渗渠连通的反冲管，反冲管上设置反冲阀，反冲系统给反冲管提供压力水或压缩空气。
上述技术方案中，通过控制取水阀的开启与关闭，用于维修、控制水质水量，反冲系统用于恢复水量。反冲系统对与取水硐室和辐射井连接的渗滤取水管、下沉式人工滤池、以及渗渠进行反冲，清除淤堵，提高取水构筑物的出水量，延长取水构筑物的使用寿命。
在本发明的一种优选实施方式中，管井、大口井和辐射井均为取水井，取水井和/或集水竖井中设有用于检测井中水质浊度的第一浊度仪和用于检测井中水位的水位仪，第一浊度仪和水位仪的信号输出端均与远程监控装置连接。
上述技术方案中，通过设置浊度仪和水位仪便于实时获知井水的浊度和水位，表现为井水水质和产水量，通过逻辑设计实现自动化控制。当第一浊度仪测得井水的浊度值高于设定值，且水位仪测得井水水位高于设定值时，即水质差，产水量大时，关闭第二浊度仪测得水质较差的部分过滤器取水阀，关闭反冲阀；当浊度仪测得井水的浊度值低于设定值，且水位仪测得井水水位低于设定值时，即水质较好，产水量不足时，关闭反冲阀，打开所有取水阀；当第一浊度仪测得井水的浊度值高于设定值，且水位仪测得井水水位低于设定值时，即水质差，产水量不足时，关闭取水阀、打开反冲阀，对取水构筑物进行反冲洗，实现自动反冲；当第一浊度仪测得井水的浊度值低于设定值，且水位仪测得井水水位高于设定值时，即水质好，产水量充足时，打开所有取水阀，关闭反冲阀。
在本发明的另一种优选实施方式中，与取水硐室和/或辐射井和/ 或下沉式人工滤池和/或集水竖井连接的伸入含水层的渗滤取水管上设置有用于检测水质浊度的第二浊度仪，渗渠上也设置有用于检测水质浊度的第二浊度仪，第二浊度仪的信号输出端与远程监控装置连接。
上述技术方案中，设置第二浊度仪，便于水厂、供水管理机构和水质监测机构等实时获知每根渗滤取水管和每条渗渠中水的浊度，实现远程控制阀门(取水阀和反冲阀)的启闭和反冲，根据情况，打开或关闭渗滤取水管。
在本发明的另一种优选实施方式中，还包括与远程监控装置连接的控制器；控制器的第一组输入端分别与第一浊度仪的信号输出端电连接，控制器的第二组输入端分别与水位仪的信号输出端电连接，控制器的第三组输入端分别与第二浊度仪的信号输出端电连接；控制器的第一组控制端分别与取水阀依次电连接，独立或者分组控制取水阀，控制器的第二组控制端分别与反冲阀依次电连接，独立或分组控制反冲阀。
上述技术方案中，设置控制器后，可以实现自动控制渗滤取水管的打开、关闭和反冲洗，自动化程度高；而且可以将第一浊度仪、水位仪和第二浊度仪的检测值，远程传输给水厂、供水管理机构和水质监测机构等，便于他们了解取水构筑物的水量、水质情况，以及时作出应急措施。
在本发明的另一种优选实施方式中，输水通道与取水构筑物连接的端部设有取水阀；和/或下沉式人工滤池设在河床中、或者设在河道边侧的漫滩开挖出的引流沟的下方。
在本发明的另一种优选实施方式中，渗渠由多个管式过滤器连接形成，渗渠沿直线或弯曲地分布在河床中；
当渗渠弯曲地分布在河床中时，相邻两个管式过滤器之间采用波纹管柔性连接，波纹管的两端分别与两个管式过滤器固定连接；
相邻两个管式过滤器之间还设有防止波纹管过度拉伸变形的限位单元，限位单元包括分别设在两个管式过滤器内壁上的固定块，固定块上均具有贯穿设置的穿孔，两个固定块的穿孔中共同插入有一根连接杆且连接杆可在穿孔中活动，连接杆的两端分别位于两块固定块外，连接杆位于固定块外的端部上连接有防止连接杆脱离固定块的限位件，限位件与固定块之间具有一定的距离。
上述技术方案中，相邻两个所述管式过滤器柔性连接能更好的满足渗渠路径设计的曲线形变要求。渗渠可根据含水层厚度发育、平面分布等情况进行弯曲设置，可不必在岩石层修建渗渠，相当于延长了管式过滤器铺设的有效长度，增大产水量；或者在产水量不变的前提下，缩短了渗渠的长度，缩短施工周期。设置限位单元可防止波纹管过度拉伸变形而被破坏，是一种安全保护措施。连接杆穿过固定块上的穿孔连接两个管式过滤器，再通过限位件限制波纹管的拉伸的程度，使波纹结构不会发生过度拉伸变形产生破坏。
为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：天然河床渗滤取水集成系统设计方法，根据地形地貌、水文、地质条件和现场实际施工条件，选择采用管井取水，大口井取水，辐射井取水，渗渠取水，下沉式人工滤池取水，反向渗滤取水：
在天然河床砂卵砾石层厚度较厚的河段，基岩稳定且裂隙不发育，或河流受通航，水深等因素不便于地表施工时，可采用管井，大口井，辐射井或河床反向渗滤取水工艺取水；
在天然河床砂卵砾石层厚度较薄的河段，河流表水水质较好，河水深度相对较小，河道或边岸便于地表施工时，可采用渗渠取水；
在砂卵砾石层很薄的地段或者边岸无砂卵石层的地段，可采用下沉式人工滤池取水。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：该集成系统适用于各种复杂地质条件的河段，重点打破了传统、单一取水方法受地质条件、施工条件的限制，高效地扩大了产水量，并保障了优良水质。通过传感器和物联网技术，与控制反冲系统协同工作，形成一套高度自动化的集成取水系统。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是实施例一的天然河床渗滤取水集成系统的平面示意图。
图2是实施例一的天然河床渗滤取水集成系统的局部端面示意图。
图3是实施例一中的辐射井与取水硐室相连的断面示意图。
图4是在辐射井中设置汇水井的俯视平面示意图。
图5是实施例二中的渗渠设在河床中的断面示意图。
图6是实施例二中的渗渠的俯视平面示意图一。
图7是实施例二中的渗渠的俯视平面示意图二。
图8是实施例二中的渗渠的俯视平面示意图三。
图9是实施例一中的相邻两个管式过滤器连接的剖视示意图。
图10是相邻两个管式过滤器发生弯曲变形时的状态图。
图11是图9中的A-A剖视示意图。
图12是本申请实施例三的构建渗渠的钻进成孔过程的断面示意图，设置一个工作井。
图13是本申请实施例三的构建渗渠的扩孔和安装管式过滤器的断面示意图，设置一个工作井。
图14是本申请实施例四的在河床中设人工滤床的俯视示意图。
图15是本申请实施例四的在河床中设人工滤床的断面示意图。
说明书附图中的附图标记包括：渗渠100、管式过滤器110、波纹管120、限位单元130、固定块131、穿孔1311、连接杆132、限位件133、动力设备140、导向钻头150、扩孔设备160、工作井170、取水井200、管井200a、大口井200b、辐射井200c、取水孔201、连接管202、第一浊度仪204、水位仪205、汇水井210、进水孔211、渗滤取水管230、第二浊度仪231、下沉式人工滤池300、河道310、堤坝311、漫滩312、水坝313、引流沟320、引流沟入口321、引流沟出口322、滤池构筑物330、板式过滤器331、渗滤层332、卵石层 3321、粗砂夹砾石层3322、小卵石夹砾石层3323、集水槽333、反冲总管3341、反冲支管3342、反冲总支管3343、输水总管3351、输水支管3352、输水总支管3353、集水井336、取水硐室400、集水竖井500、输水通道600、连接钻孔610、取水阀700、反冲管810、反冲阀820、含水层a。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
本实施例提供了一种天然河床渗滤取水集成系统，如图1所示，在本发明的一种优选实施方式中，天然河床渗滤取水集成系统为依据天然河床地形地貌、水文和地质条件构建的取水方式组合形式的集成取水系统。取水方式为由管井取水、大口井取水、辐射井取水、渗渠取水、下沉式人工滤池取水、反向渗滤取水中的至少两种取水方法任意集合而成的一种一体化取水方式。具体取水方式的组合可任意两种取水方式组合，任意三种取水方式组合，任意四种取水方式组合，任意五种取水方式组合或前述六种取水方式组合；每种取水方式的数量和位置任意。
需要说明的是，管井取水、大口井取水、辐射井取水、渗渠取水、下沉式人工滤池取水和反向渗滤取水均为现有的取水方式，其取水原理在此不详述。
具体地，在天然河床砂卵砾石层厚度较厚(砂卵石层厚度大于5 米)的河段，基岩稳定且裂隙不发育，或河流受通航，水深等因素不便于地表施工时，可采用管井，大口井，辐射井或河床反向渗滤取水工艺取水。
在天然河床砂卵砾石层厚度较薄(砂卵石层厚度为3-5米)的河段，河流表水水质较好，河水深度相对较小，河道或边岸便于地表施工时，可采用渗渠取水。该工艺施工周期短，可在河道施工后全封闭，不影响河道景观，产水水量大，水质优良，浊度低于5°，经简单过滤消毒后即符合生活饮用水卫生标准。
在砂卵砾石层很薄(砂卵石层厚度小于3米)的地段或者边岸无砂卵石层的地段，可采用下沉式人工滤池取水。该工艺适用范围广，通常用于小水量产水或补充水量，常与辐射井取水、天然河床反向渗滤取水工艺结合使用。
取水工艺的选择在受水文、地质条件等不可抗力因素外，也参考业主主观意愿。
本发明的集成取水系统实现高效、低成本、规模化开采天然河床潜流水，并用于生活用水、市政用水、工业用水和水源热泵供水项目。
具体地，如图1和图2所示，该渗滤取水集成系统包括集水竖井500，取水钻孔，连接钻孔610，输水通道600，控制系统，反冲系统。该渗滤取水集成系统还包括取水硐室400、管井200a、大口井200b、辐射井200c、下沉式人工滤池300和渗渠100中的至少两者，取水硐室400、管井200a、大口井200b、辐射井200c、下沉式人工滤池 300和渗渠100均为取水构筑物，每种取水构筑物的数量和位置根据实际情况而定。具体可根据天然河床地形地貌、水文、地质条件和现场实际施工条件选择设置取水硐室400、管井200a、大口井200b、辐射井200c、下沉式人工滤池300和渗渠100中的两种及以上的取水构筑物，管井200a、大口井200b和辐射井200c统称为取水井。其中渗渠100应按规定设置检查井，渗渠100可设在岸边或河中。渗渠100在含水层埋深较浅时，可由人工将安装渗渠100安装在含水层中；渗渠100在含水层埋深大时，采用同步跟管钻孔技术安装。每种取水方式都可根据需求设置控制系统和反冲系统。
实际中，可根据取水量的需求设置两个、甚至多个取水构筑物；还可根据含水层厚度发育、平面分布等情况灵活设置取水构筑物，取水构筑物的类型可相同或不同。
取水构筑物通过输水通道600和/或连接钻孔610与所述集水竖井连通，取水构筑物之间也通过输水通道600和/或连接钻孔610相连，输水通道600和/或连接钻孔610与取水构筑物连接的端部设置取水阀700。各取水构筑物渗取的水最后汇集在集水竖井500中，如图2和图3所示，根据需要，集水竖井500的侧壁上也可连接伸入含水层中的渗滤取水管230，使集水竖井500成为辐射井，也为一种取水构筑物。
其中，如图1所示，连接钻孔610是用钻头在河床中钻的起连接作用的通孔，只具有输水作用，适用于短距离的连接，比如离集水竖井610较近的渗渠100、下沉式人工滤池300、管井200a、大口井200b 和辐射井200c与集水竖井600之间的连接可采用连接钻孔610。取水钻孔是在钻孔中铺设有筒状过滤器，即取水钻孔具有输水和取水功能，比如与取水硐室400和辐射井200c连接的伸入含水层中的渗滤取水管230为取水钻孔，具体取水钻孔的钻进施工中，采用同步跟管钻进技术，将过滤器完整无损地安装到设计的含水层位置。无法采用钻孔连接的长距离连接可采用输水通道600连接，比如取水硐室400 与集水竖井500、取水硐室400与取水硐室400的连接，输水通道600 包括周身无孔的管道、筒状过滤器或者渗渠，输水通道600采用修建隧道的方式或者顶管的方式安装于河床中。
如图1和图2所示，在本实施方式中，不同类型的取水构筑物之间采用串联和/或并联的方式连接后与集水竖井500连接，同种类型的取水构筑物之间也采用串联和/或并联的方式连接后与集水竖井 500连接。比如当取水硐室400的数量为多个时，多个取水硐室400通过输水通道600串联和/或并联(简称串并联)连接后与集水竖井 500连接，将取水硐室400中的水汇集至集水竖井500。又比如当取水井的数量为多个时，多个取水井通过钻孔连接610串并联连接后与集水竖井500连接，将取水井中的水汇集至集水竖井500。
在本发明的另一种优选实施方式中，辐射井200c中设有控制系统和反冲系统(图中未示出)，反冲系统提供具有压力的流体，比如压力水或压缩空气，压力水可以是由水泵加压后形成或者水靠自重形成水压。当水靠自重实现反冲时，反冲水源的水位高于河床河水的水位，反冲水源可以为架设到一定高度的进水渠或储水装置。
如图3所示，需要说明的是，与集水竖井500连接的输水通道 600为管式过滤器或者集水竖井500的侧壁连接有渗滤取水管230时，也可在集水竖井500中设置反冲系统，实现与集水竖井500连接的管式过滤器或渗滤取水管230的反冲。
如3图所示，当设置取水硐室400和辐射井200c时，与取水硐室400、辐射井200c和集水竖井500连接的伸入含水层a的渗滤取水管230上均设有取水阀700。全部或部分渗滤取水管230连接有与反冲系统连接的反冲管(图中未示出)，连接反冲管的渗滤取水管 230上同时设置取水阀700和反冲阀820，反冲系统给反冲管810提供压力水或压缩空气。
当需要对渗滤取水管230进行反冲时，关闭渗滤取水管230上的取水阀700，停止该渗滤取水管230的产水工作，然后打开该渗滤取水管230上的反冲阀820，反冲系统工作将压力流体(压力水或压缩空气)输送至反冲管，反冲管中的压力流体进入渗滤取水管230内部，压力流体对渗滤取水管230管壁以及周边取水层中的堵塞物进行反冲洗，减小渗滤取水管230的堵塞。
在本实施方式中，取水阀700和反冲阀820可采用现有技术中的水控、气控或电控阀门。
如图3所示，在本实施方式中，取水阀700设在渗滤取水管230 伸入含水层a的始端，关闭渗滤取水管230后，含水层a中的潜流水不能进入渗滤取水管230中。当渗滤取水管230设在傍河或河床中，渗滤取水管230全部伸入含水层a中时，取水阀700设在渗滤取水管230与辐射井200c连接的端部；渗滤取水管230部分伸入含水层a 中时，取水阀700设在渗滤取水管230上含水层a与基岩层的交界处。
如图3所示，在本实施方式中，当渗滤取水管230与辐射井200c 连接时，反冲系统设在辐射井200c中，优选反冲阀820设在渗滤取水管230与辐射井200c连接的端部。当渗滤取水管230与取水硐室 400连接时，反冲系统设在取水硐室400中，优选反冲阀820设在渗滤取水管230与取水硐室400连接的端部或反冲阀820设在渗滤取水管230伸入含水层a的始端。
如图14所示，当设置下沉式人工滤池300时，反冲系统连接有伸入下沉式人工滤池300中对下沉式人工滤池300进行反冲洗的反冲管810，反冲管810上设置反冲阀820，反冲系统给反冲管810提供压力水或压缩空气。当需要对下沉式人工滤池300进行反冲时，停止该下沉式人工滤池300的产水工作，然后打开反冲管810上的反冲阀 820，反冲系统工作将压力流体输送至反冲管810，反冲管810的压力流体进入下沉式人工滤池300中，压力流体对下沉式人工滤池300 进行反冲洗，减小下沉式人工滤池300的堵塞。
当采用渗渠100取水时，反冲系统连接有与渗渠100连通的反冲管，优选在渗渠的周边设置多根反冲管，用于恢复渗渠100的产水量。
在本实施例中，对取水构筑物进行反冲洗可以定期进行或者根据取水构筑物中水质浊度进行反冲洗，为保证持续供水，优选各取水构筑物的反冲洗错开进行。
在本发明的另一优选实施方式中，当根据取水构筑物中水质浊度进行反冲洗时，如图3所示，在取水井(管井200a、大口井200b和辐射井200c)中设有用于检测井中水质浊度的第一浊度仪204和用于检测井中水位的水位仪205，第一浊度仪204和水位仪205的信号输出端均与远程监控装置连接。第一浊度仪204检测水质浊度变化，水位仪205检测井中水位高低的变化，以检测水量变化。
当第一浊度仪204测得井中水的浊度值低于设定值(低于正常饮用水的浊度值，具体取值按实际情况设定)，且水位仪205测得井中水位低于设定值(低于井设定的最小水位)时，说明与该井连接的渗滤取水管230或者管式过滤器110(以下简称渗滤管道)堵塞，导致出水量减小，同时过滤后的水质更好，水的浊度降低。此时关闭渗滤管道上的取水阀700，同时打开对应的反冲阀820，压力流体进入反冲管 810中，对渗滤管道进行反冲洗，提高取水井的产水量。
如图5所示，根据需求，也可在与集水竖井500中设置用于检测井中水质浊度的第一浊度仪204和用于检测井中水位的水位仪205，获知该天然河床渗滤取水集成系统所开采的水的浊度和井水水位。
如图3所示，在本发明的另一种优选实施方式中，与取水硐室400和/或辐射井200c和/或集水竖井500连接的伸入含水层a的渗滤取水管230上设置有用于检测水质浊度的第二浊度仪231，渗渠100 上也设置有用于检测水质浊度的第二浊度仪231，第二浊度仪231的信号输出端与远程监控装置连接。由此便于实时获知每根渗滤取水管 230以及渗渠100中水的浊度，根据情况，打开或关闭渗滤取水管230、渗渠100，实现远程控制取水阀700和反冲阀820的启闭，远程控制反冲。
需要说明的是，当下沉式人工滤池300中也插入有渗滤取水管 230时，与下沉式人工滤池300连接的渗滤取水管230上也设有检测水质浊度的第二浊度仪231。
在本发明的另一种优选实施方式中，该天然河床渗滤取水集成系统还包括与远程监控装置连接的控制器(图中未示出)。控制器的第一组输入端分别与第一浊度仪204的信号输出端电连接，控制器的第二组输入端分别与水位仪205的信号输出端电连接，控制器的第三组输入端分别与第二浊度仪231的信号输出端电连接。控制器的第一组控制端分别与取水阀700依次电连接，独立或者分组控制取水阀700，控制器的第二组控制端分别与反冲阀820依次电连接，独立或分组控制反冲阀820。
本实施方式的取水阀700和反冲阀820采用分组控制，可按渗滤取水管230内水质浊度高低，从高到低或从低到高分为若干组；洪水期根据取水水质浊度情况，从渗滤取水管230内水质浊度最高的一组开始关闭取水阀700；枯水期根据取水水量情况，从渗滤取水管230 内水质浊度最低的一组开始打开取水阀700。
如图4所示，在本发明的另一优选实施方式中，取水井200(包括管井200a、大口井200b和辐射井200c)中套设有汇水井210，取水井200与汇水井210形成双环的套井结构，取水井200和汇水井 210的顶部敞开或用一个井盖封闭或用两个井盖分别封闭。取水井200侧壁具有取水孔201，汇水井210侧壁具有进水孔211；输水通道600的出水端口与取水孔201连通，取水孔201通过连接管202与进水孔211连通，在取水井200与汇水井210之间的连接管202上设置取水阀700。
本发明在取水井200内新增一个汇水井210，该汇水井210用于汇集取水井200的取水孔201的水，汇水井210作为储水设施，此时水位仪205和第一浊度仪204设在汇水井210中。供水时，仅汇水井 210中有水，汇水井210外的取水井200中没有水，仅由汇水井210 供水；维护检修时，关闭汇水井210外取水井200中的取水阀700(取水阀700为控制阀，可远程关闭)，然后工人下取水井200检查并更换取水孔设备，维护检修时不影响该取水井200的供水。
需要说明的是，集水竖井500也可设置为双环的套井的结构，在维护检修时不影响集水竖井500供水，抽水泵组设在汇水井210外的集水竖井500中。
实施例二
本实施例提供了一种可用于实施例一中的渗渠，如图5所示，渗渠100埋设在河床中，渗渠100由多个管式过滤器110连接而成，渗渠100沿直线或弯曲地分布在河床中，渗渠100的路径上设有工作井 170，工作井170即可作为构建渗渠100的发射井和接收井，也可作为汇水井使用。当渗渠100沿直线分布在河床中时，相邻两个管式过滤器110采用刚性连接的方式固接为一体，比如焊接或者螺栓连接。
如图5和图13所示，在本实施方式中，渗渠100全部或部分设置在含水层a中，渗渠100设置在含水层a的部分全部或者节段性为管式过滤器110，具体管式过滤器110的口径和安设长度根据产水量需求进行设置。比如图13所示的渗渠100部分设置在含水层a中时，渗渠100位于含水层a外的部分为管式过滤器或者为周身无孔洞的桶状结构，本发明不作具体限制。
如图6-图8所示，在本实施方式中，渗渠100的两端位于河床的同侧或分别位于河床的两侧。工作井170的数量为一个、两个或多个，两个或多个工作井170设在河床的同侧或对侧。
如图9和图10所示，当渗渠100弯曲地分布在河床中时，相邻两个管式过滤器110之间采用波纹管120柔性连接，波纹管120的两端分别与两个管式过滤器110固定连接，使相邻两个管式过滤器110 之间能够实现一定程度的弯曲变形，可实现管式过滤器110之间连接的活动变位，便于灵活设置渗渠100。波纹管120由钢或橡胶制成，优选波纹管120的端面与管式过滤器110的端面密封连接，使管式过滤器110之间的密封性得到保障。
本发明在相邻两个管式过滤器110之间设置波纹管120，通过波纹管120吸收变形，使相邻两个管式过滤器110之间能够实现一定程度的弯曲变形，适应渗渠100的转弯或者隧道应外力而发生弯曲变形等。
在本实施方式中，渗渠100的两端均设有取水阀700，取水阀设在工作井170中，反冲系统连接有与渗渠100连通的反冲管810，反冲管810上设置反冲阀820，反冲系统给反冲管810提供压力水或压缩空气。
当需要对渗渠100进行反冲时，关闭渗渠100两端的取水阀700，停止该渗渠100的产水工作，然后打开反冲管810上的反冲阀820，反冲系统工作将压力流体输送至反冲管810，反冲管810的压力流体进入渗渠100中，压力流体对渗渠100进行反冲洗，减小渗渠100的堵塞。
如图9和图10所示，在另一优选的实施方式中，相邻两个管式过滤器110之间还设有防止波纹管120过度拉伸变形而被破坏的限位单元130，限位单元130的数量为多个，多个限位单元130以波纹管 120的中心为圆心周向均匀的分布，图11中所示限位单元130的数量为六个，限位单元130的数量可根据实际情况进行设定。
具体地，如图9-图11所示，限位单元130包括分别设在两个管式过滤器110内壁上的固定块131，固定块131与管式过滤器110一体成型或分体设置后固接为一体。固定块131上均具有贯穿设置的穿孔1311，穿孔1311为条形孔，两个固定块131的穿孔1311中共同插入有一根连接杆132且连接杆132可在穿孔1311中活动，比如连接杆132可在穿孔1311中相对波纹管120轴向和径向运动。六个限位单元130的六根连接杆132以波纹管120的中心为圆心周向均匀的分布。连接杆132的两端分别位于两块固定块131外，连接杆132位于固定块131外的端部上连接有防止连接杆132脱离固定块131的限位件133，限位件133与固定块131之间具有一定的距离，便于连接杆132在穿孔1311中轴向运动。
在本实施方式中，连接杆132为螺杆，限位件133为与螺杆螺纹连接的螺母；或者连接杆132为光杆结构，连接杆132的外壁上设有环形槽，限位件133为卡设在环形槽中的弹性挡圈；或者连接杆132 为光杆结构，连接杆132的外壁上设有凸起，限位件133为环形隔圈，环形隔圈的内壁上设有与凸起卡接配合的凹槽，环形隔圈与连接杆 132通过凸起和凹槽卡接配合，实现限位件133与连接杆132的固接。
采用上述技术方案，连接杆132穿过固定块131上的穿孔1311 连接两个管式过滤器110，再通过限位件133限制波纹管120的拉伸的程度，使波纹管120不发生过度拉伸变形而破坏。穿孔1311采用条形孔，使连接杆132可在穿孔1311中轴向和径向活动，适应波纹管120的弯曲变形。优选地，连接杆132外壁与穿孔1311内壁过渡或过盈配合，由此在无外力作用下，连接杆132不会随意在穿孔1311 中随意晃动。
实施例三
本实施例提供了一种构建实施例二中的渗渠100的构建方法，如图12和图13所示，在一种优选实施方式中，其包括如下步骤：沿河 (含江、湖、库)边设工作井170，本实施例以设置一个工作井170为例进行说明。依据含水层a的特性形成渗渠100的目标路径，成孔的路径与渗渠100的目标路径相同，如图12所示，采用导向钻头150 从工作井170向河床的含水层a中钻进成孔；如图13所示，导向钻头150按渗渠100的目标路径完成钻孔工作后，扩孔设备160从成孔的末端(岸边)对成孔进行扩孔和清孔，即扩孔设备160的行进路径与导向钻头150相反；接下来铺设管式过滤器110，为加快施工进度，扩孔设备160逐段进行扩孔和清孔，管式过滤器110也逐段安装，即扩孔和清孔后紧接管式过滤器110安装。
需要说明的是，导向钻头150还可从河岸向河床中钻进成孔。
在本实施例中，导向钻头150和扩孔设备160行进轨迹方向通过无线控制端进行控制。具体根据勘察探明的地层情况结合取水需求得出需要的路径，控制单元控制导向钻头150的行进姿态，沿设计好的路径前进。实际中，还可在导向钻头150上安装探地雷达，可随时校核地层变化情况，对行进路径适当调整。
导向钻头150由动力设备140为其提供前进动力，比如现有技术中的采用空压机提供压力空气，软管传输压力空气使导向钻头150钻进成孔；又比如导向钻头150与钻机的钻杆连接，钻杆带动导向钻头 150转动并向前前进以钻进成孔。扩孔设备160也可由空压机或者电力设备驱动。需要说明的是，采用导向钻头150钻孔、以及使用扩孔设备160进行扩孔和清孔为现有技术，其结构和工作原理在此不详述。
当由空压机为导向钻头150提供动力时，导向钻头150钻孔的同时还可在成孔中预留起牵引作用的钢索，扩孔设备160进行扩孔和清孔时，沿钢索的路径行进并切削钢索。实际中，可将钢索可与输送空气的软管一体化，比如为不锈钢波纹管120(类似于花洒软管的结构)。
需要说明的是，当工作井170的数量为两个及以上时，工作井170可位于渗渠100的两端，或者渗渠100的路径上。比如图5所示为设置两个工作井170，两个工作井170分别与渗渠100的两端连通，导向钻头150从任意工作井170向河床中钻进成孔，比如导向钻头 150从左端工作井170向河床中钻进成孔，扩孔设备160从右端工作井170对成孔进行扩孔和清孔。
当工作井170作为集水井使用时，工作井170也可构建为双环的套井结构，则在渗渠100构建完成后，再在工作井170中构建汇水井 210，汇水井210作为储水设施。
实施例四
本实施例提供了一种可用于实施例一的下沉式人工滤池300。如图14所示，在一种优选实施方式中，下沉式人工滤池300设在河床中、或者设在河道310边侧的漫滩312开挖出的引流沟320的下方。当下沉式人工滤池300设在河道310边侧的漫滩312开挖出的引流沟320的下方时，河道310的两侧具有防洪的堤坝311，其中一侧堤坝311与河道310之间具有漫滩312，在漫滩312开挖出引流沟320，引流沟入口321和引流沟出口322均与河道310连通，引流沟320的水流方向与河道310的水流方向相同。
根据需要，可在下沉式人工滤池300附近的岸边设置集水井336，由集水井336汇集下沉式人工滤池300渗滤后的水，通过输水通道 600与集水竖井500连接。当然也可通过输水通道600使下沉式人工滤池300与集水竖井500直接连接，下沉式人工滤池300渗滤后的水直接汇集至集水竖井500中。
在本实施方式中，当反冲系统提供的压力流体为压力水且水靠自重实现反冲时，如图14所示，反冲水源也可为河道310上游的河水，比如位于下沉式人工滤池300上游的水坝313中的水，水坝313的水与下沉式人工滤池300上方河水的水位差为2m-5m，利用高度差实现反冲。
需要说明的是，当反冲所用压力流体是由水泵或空压机提供时，反冲系统可设在集水井336中。具体地，水泵设在集水井336底部的水中，水泵为潜液泵，水泵将集水井336中的水加压后输送至反冲管810；空压机可设在集水井336的水面上或设置防水罩后置于水中。水泵和空压机设在集水井336中，可以减少占用地面空间。
如图15所示，在另一种优选的实施方式中，下沉式人工滤池300 包括至少两个滤池构筑物330，两个或多个滤池构筑物330可同时或分时工作。滤池构筑物330中装填有由颗粒滤料构成的渗滤层332，渗滤层332的上方为引至引流沟320中的河水，滤池构筑物330中渗滤层332的底部设有板式过滤器331，板式过滤器331固定在滤池构筑物330中，板式过滤器331的上方为渗滤层332，反冲管810部分埋设在渗滤层332中，反冲管810位于滤池构筑物330中的管壁上具有若干出水孔。板式过滤器331的下方具有集水槽333，输水通道600 的进水口与集水槽333连通，板式过滤器331过滤后的水进入集水槽 333，然后由输水通道600输送。当滤池构筑物330的尺寸较大时，可在集水槽333中设置支柱对板式过滤器331进行支撑。
在本实施方式中，渗滤层332包括从上至下依次设置的卵石层 3321、粗砂夹砾石层3322和小卵石夹砾石层3323，板式过滤器331 设在小卵石夹砾石层3323中或小卵石夹砾石层3323的底部。
在本实施方式中，板式过滤器331的有效孔隙率为30％～40％，板式过滤器331为不锈钢滤板，或者板式过滤器331为贴砾滤板，比如CN201738372U中公开的在滤板上贴砾形成的过滤器。
如图15所示，本实施例以设置两个下沉式滤池构筑物330为例进行说明，输送下沉式人工滤池300渗滤后水的输水通道600包括输水总管3351、以及与输水总管3351连接的可同时或分时工作的两组输水支管3352，每个滤池构筑物330连接一组输水支管3352，输水总管3351的出水口与集水井336相连。反冲管810包括反冲总管3341、以及与反冲总管3341连接的可同时或分时工作的两组反冲支管3342，每个滤池构筑物330中埋设一组反冲支管3342，反冲支管3342的管壁上设置有若干出水孔，反冲总管3341的进水口与反冲系统相连，优选反冲支管3342埋设在小卵石夹砾石层3323中。
进一步地，每组输水支管3352通过输水总支管3353与输水总管 3351连接，输水总支管3353上设有控制其通断的取水阀700，与左侧和右侧滤池构筑物330连接的输水总支管3353上的取水阀700分别为第一取水阀和第二取水阀。每组反冲支管3342通过反冲总支管3343与反冲总管3341连接，反冲总支管3343上设有控制其通断的反冲阀820，与左侧和右侧滤池构筑物330连接的反冲总支管3343 上的反冲阀820分别为第一反冲阀和第二反冲阀。
本实施例以洪水期时，左侧的滤池构筑物330工作，右侧的滤池构筑物330未工作进行说明，则第一取水阀打开，第二取水阀、第一反冲阀和第二反冲阀关闭。一段时间后，当左侧的滤池构筑物330产生淤塞需进行反冲时，关闭第一取水阀，左侧的滤池构筑物330停止产水，打开第二取水阀，由右边的滤池构筑物330产水。然后打开第一反冲阀，对左侧的滤池构筑物330进行反冲洗，反冲洗结束后，关闭第一反冲阀。两个滤池构筑物330一备一用，保证下沉式人工滤池 300的持续产水。
需要说明的是，枯水期时，两个滤池构筑物330同时工作，则第一取水阀和第二取水阀打开，第一反冲阀和第二反冲阀关闭。一段时间后，当滤池构筑物330产生淤塞需进行反冲时，可间隔的对两个滤池构筑物330进行反冲，或者同时对两个滤池构筑物330进行反冲。
在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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