|
采用人工措施将地表水或其他水源的水注入地下以补充地下水，又称地下水回灌、地下水人工补给。 发展概况20世纪60年代以来，随着水资源供需矛盾和环境问题日益突出，世界各国开展地下水人工回灌的工作发展得很快。1970年在英国里丁（Riding）召开了地下水人工回灌讨论会。1973年，在美国新奥尔良召开了地下废液管理与人工回灌地下水的国际学术讨论会。据统计，人工回灌地下水的数量占地下水开采量的比例为：德国为30％，瑞士为25％，美国为24％，荷兰为22％，瑞典为15％，英国为12％。中国从20世纪50年代开始研究以储冷为目的的地下水人工回灌工作。至60年代，上海市用人工回灌地下水来控制地面沉降和储冷、储热。70年代以来，华北平原地区由于大量开采地下水，使地下水水位大面积持续下降，形成了30多处地下水位区域下降漏斗，产生了一系列环境问题。为此，在北京、天津二市和河南、河北、山东三省的城乡地区，相继开展了浅层地下水和深层承压地下水的回灌试验；河北省在南宫市开展了利用古河道的含水层作为地下水库、人工回灌、调蓄河道洪水的试验研究。1979年10月，中国地质学会在北京召开了人工回灌地下水学术讨论会。 回灌目的地下水回灌的意义主要有：①增加地下水资源。②控制和提高地下水水位，防止由于地下水水位大幅度下降导致水质恶化、地面下沉或海水入侵等不良后果。③冬季向地下灌注冷水，夏季开采用于冷却降温或夏季向地下灌注热水，冬季开采用于取暖。④地表水常含有许多悬浮物、有机质和细菌，不符合供水要求，将地表水通过回灌，使之转化为地下水，在其渗漏过程中，经过土壤的过滤和净化作用，使水质得到净化。⑤对于含盐量过高或含有其他有害物质的地下水，通过打井、抽排劣质水、回灌优质水，可逐渐改善地下水质。⑥利用地下的巨大容积，调蓄河道部分洪水及非用水季节的径流，代替修建地上水库。⑦为开发石油和天然气，向地下油、气层注水，可保持油、气压力。⑧为防止地震和增加地热资源等向地下注水。 回灌水源当地降雨径流、河川基流和洪水，经过净化处理的生活污水和工业废水等，凡能满足回灌水质要求的均可作为回灌水源。 回灌水质要求用于地下水回灌的水质，一般含重金属及难以降解的有毒物质应不超过生活饮用水水质标准，以防污染地下水。当直接向井中注水回灌时，还要求水质低浊度、低铁、低溶解氧、无细菌和有机物，以及不含对井管和滤水器有腐蚀作用的物质。 回灌时地表水需经过简易处理，其方法为：将地表水送入大水池，先使小颗粒泥沙沉淀；再送入加药池，加入氯、硫酸铝（10％溶液）、碳酸钠（10％溶液），形成絮凝状物质沉淀于池里；然后经过沙过滤池和净化池；净化后的水即可用于回灌。 回灌方法地下水回灌方法有多种，主要为利用地表灌水回灌，利用河道和沟渠行水回灌，利用水库、坑塘蓄水回灌和向井中注水回灌。这些方法可单独使用，也可配合使用。 地表灌水回灌 这类回灌又可分为两种：①在生长作物的田块或休闲地上，结合正常灌溉引地表水回灌，这种方法可减少地下水的开采量，本身就起着涵养地下水源的作用；引地表水灌溉，经各级渠道及灌水田块的渗漏水也有补给作用。因此，在井灌区引地表水进行补充性灌溉，就是最有效和简便易行的回灌方法。②汛期引洪，或在非灌溉季节引河川基流，专门进行地下水回灌。为了在有限的时间内补给大量的水，需选择适宜的地形和渗透性强的地块，作为回灌场地，修筑引水渠和地边埂，进行深水淹灌或大水漫灌。 河道和沟渠行水回灌 覆盖着卵砾石、砂或沙土的干河滩，地表废弃的古河道，以及修建在沙土和壤土地区的灌溉渠系和排水沟道，都具有较强的渗水能力。利用这些沟渠行水，或构筑工程蓄水，对沿岸地下水有显著的补给作用。 水库、坑塘蓄水回灌 在山丘区，利用沟谷地形修建山塘水库；在平原地区，利用洼地修建平原水库。其中有些工程可能由于库区漏水，不具备蓄水的条件。但这类工程有拦洪、滞洪作用，渗漏的水还可补给周围和下游地区的地下水。北京市房山区的天开水库（中型山谷水库）和大宁水库（永定河卢沟桥下游右岸的平原水库）即属此类工程，对补给地下水有显著作用。 向井中注水回灌 这是一种直接补给地下水的方式，占用场地小，适用于城市和工业区，也是补给深层承压水的有效途径。但是这种回灌方法由于井的滤水管过水面积小，易堵塞，堵塞后清除也较困难，故回灌用水应加消毒、过滤处理。 （1）回灌井堵塞原因。①物理堵塞：即水中的泥沙和其他悬浮物堵塞了井的滤水器及含水层沙粒孔隙；或者由于回灌水流挟带气泡，在压力作用下进入含水层，遂在井管周围形成气幕，阻止水流向含水层渗透。②化学堵塞：在管井回灌中，铁质和碳酸钙常在滤水器上形成坚硬的垢，阻塞过水。③生物化学堵塞：主要是由铁细菌和硫酸还原细菌造成的。当地下水中有铁细菌存在时，能加速滤水管的电化学腐蚀，形成棕红色含水氢氧化铁絮状物、聚集在滤水管周围，造成堵塞。 （2）回灌井堵塞处理方法。向井中注水回灌，一般都存在着随着时间的延长，回灌流量逐渐衰减的现象，这就说明井内阻力增加，发生了堵塞问题。解决单纯的物理堵塞可通过抽水洗井（俗称回扬），使抽出的水变清，回灌能力即可恢复。故回灌井的工作方式常需灌、抽交替进行。对于化学堵塞，用一般的抽水洗井法不能消除，需加入一定量的盐酸，使碳酸钙沉淀物溶解，然后通过抽水解决。但盐酸可腐蚀钢管和铅丝，使用时必须慎重。 （3）向井中注水的回灌装置。当净水池内水位高于回灌井内水位时，可用水平管或虹吸管将水流直接导入回灌井。用虹吸管连接，俗称真空回灌，须在开始回灌时，先向管内充水排气，方可使净水池内的水流连续不断地流向回灌井。向井中注水回灌常需先抽水清淤。故回灌井均备有水泵。虹吸回灌的管道充水，亦可用回灌井中的水泵解决。图1是安装深井泵的真空回灌管道装置图。
图1 深井泵真空回灌管路装置图 1—井管座；2—回流阀门；3—回流管；4—进水阀门；5—进水水表；6—进水管；7—用水管；8—出水水表；9—用水阀门；10—温度计；11—放气阀门；12—真空压力表；13—扬水管；14—单流阀；15—扬水阀门
自流向回灌井注水，若井水位与地下水水位的水头差较小，则回灌流量小，效率低。为了提高回灌效率，需对井水加压。加压的办法是将井口密封，将加压的水流从进水管导入回灌井。进水管接自来水管，或与从水源地（净水池）抽水的水泵压力水管连接。图2是安装深井泵的正压回灌管路装置图。
图2 深井泵正压回灌管路装置图 1—自来水管；2—测水位孔；3—温度计；4—控制阀门；5—进水阀门；6—进水水表；7—进水管；8—用水水表；9—用水阀门；10—用水管路；11—扬水阀门；12—扬水管；13—单流阀；14—真空压力表；15—水泥基座
发展前景中国北方地区缺水，一些地区竞相开采地下水解决城乡供水和农田灌溉问题。2000年地下水源供水占总供水量40%以上的有京、晋、冀、鲁、豫、辽、陕、内蒙古、黑等9省（自治区、直辖市），已经形成了许多处以城市为中心的大面积的地下水位区域下降漏斗，许多环境地质问题也随之出现。因此，在这些地方开展地下水人工回灌势在必行。另外，据北京市有关部门调查统计，该市城区和近郊区52个不同类型的工厂资料表明，其中空调冷却弃水约占工业总用水量的74％。这部分弃水含杂质少，可以作为回灌水源。在城市以储冷、储热为目的的地下水回灌，经济效益显著，经验也已成熟。开展城市地下水人工回灌具有良好的发展前景。
|
