取水系统

文档序号:563855 发布日期:2021-05-18 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 取水系统 (Water taking system ) 是由 李丹凤 王训明 于 2021-02-08 设计创作,主要内容包括:本申请提供一种取水系统,涉及灌溉技术领域。该取水系统包括控制装置和提水装置,通过控制装置控制提水装置按照预设水量比例提取淡水和咸水,使得提水装置可以以预设水量比例来分别提取淡水和咸水,然后将淡水和咸水混合后输送至供水管道,从而通过提水装置即可完成淡水和咸水的混合,只需打一眼井即可实现,也无需设置地面搅拌混合池,大大地降低了灌溉系统的投资成本。(The application provides a water intaking system relates to and irrigates technical field. The water taking system comprises a control device and a water lifting device, the water lifting device is controlled by the control device to extract fresh water and salt water according to a preset water quantity proportion, the fresh water and the salt water can be respectively extracted by the water lifting device according to the preset water quantity proportion, then the fresh water and the salt water are mixed and then are conveyed to a water supply pipeline, the mixing of the fresh water and the salt water can be completed through the water lifting device, the water taking system can be realized by only drilling a well, a ground stirring mixing pool is not required to be arranged, and the investment cost of the irrigation system is greatly reduced.)

取水系统

技术领域

本申请涉及灌溉技术领域,具体而言,涉及一种取水系统。

背景技术

针对地表水资源极其匮乏的区域,开发利用浅层咸水资源进行灌溉,已成为解决这些区域水资源危机的一项重要措施。对于多数作物来说,用超过3g/L的咸水进行灌溉时,作物生长易受到抑制,土壤环境易发生盐碱化,不利于农业和生态的可持续发展。因此,通过浅层地下咸水和深层淡水混合、配置低于受灌溉作物、植被耐受阈值的微咸水进行灌溉得到广泛应用,该技术可为减少区域地下水开采、实现区域水资源平衡提供技术支撑。

通常情况下,咸水储水层分布于表层,淡水储水层分布于深层。为了实现咸水和淡水的混合,通常在距离较近的区域内分别打一眼咸水井和一眼淡水井,在两眼水井中配置水泵等设施。淡水和咸水分别自储水层抽出后,汇集入搅拌混合池,使咸水和淡水进行混合,在测定混合水的盐分含量或电导率后,判断配置微咸水是否达到灌溉需求,如果不满足所需盐分含量,则通过加入咸水或淡水的方式进行反复调试,直至混合水盐分含量达到预期要求。该方式存在以下不足之处:1)为了实现咸水和淡水的混合灌溉,需要在同一灌溉区域至少打两眼井,明显增加了灌溉系统投资;2)设置在地面的混合搅拌池,不仅需要占用部分土地,还需要投入一定资金建设,会进一步降低灌溉系统的经济和生态效益。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种取水系统,用以改善现有技术中灌溉系统投资成本大的问题。

第一方面,本申请实施例提供了一种取水系统,所述取水系统包括:提水装置和控制装置;

所述控制装置,与所述提水装置连接,用于控制所述提水装置按照预设水量比例提取淡水和咸水;

所述提水装置,用于按照所述预设水量比例分别提取淡水和咸水,并将所述预设水量比例的淡水和咸水混合后输送至供水管道。

在上述实现过程中,通过控制装置控制提水装置按照预设水量比例提取淡水和咸水,使得提水装置可以以预设水量比例来分别提取淡水和咸水,然后将淡水和咸水混合后输送至供水管道,从而通过提水装置即可完成淡水和咸水的混合,只需打一眼井即可实现,也无需设置地面搅拌混合池,大大地降低了灌溉系统的投资成本。

可选地,所述提水装置包括:

淡水提水装置、隔离装置、咸水提水装置、混合提水装置;

所述淡水提水装置,与所述隔离装置和所述混合提水装置连接,用于提取第一水量的淡水;

所述咸水提水装置,与所述混合提水装置连接,用于提取第二水量的咸水,其中,所述第一水量与所述第二水量的比例为所述预设水量比例;

所述隔离装置,用于隔离淡水层和咸水层;

所述混合提水装置,用于将提取的淡水和咸水混合后输送至供水管道。

在上述实现过程中,通过隔离装置隔离淡水层和咸水层,可使得淡水提水装置和咸水提水装置能够分别提取到比较纯净的淡水和咸水,使得后续淡水和咸水流入混合提水装置时能实现更加精准地混合。

可选地,所述隔离装置包括:

第一法兰、第二法兰和隔离件;

所述隔离件设置于所述第一法兰和所述第二法兰之间,所述第一法兰和所述第二法兰相对设置。

在上述实现过程中,通过法兰与隔离件之间可简单实现隔离装置的隔离作用,成本更低。

可选地,所述第一法兰包括第一连接孔、第一过水孔和第一电缆孔,所述第二法兰包括第二连接孔、第二过水孔和第二电缆孔,所述隔离件包括第三连接孔、第三过水孔和第三电缆孔;

所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔位置对应,所述第一法兰、所述第二法兰和所述隔离件通过连接孔连接;

所述第一电缆孔、所述第二电缆孔和所述第三电缆孔位置对应,用于为所述控制装置与所述淡水提水装置之间连接的电缆提供通道;

所述第一过水孔、所述第二过水孔和所述第三过水孔的位置对应,用于为输送淡水的淡水提水管提供通道。

在上述实现过程中,隔离装置中提供电缆通道,可便于控制装置与提水装置相连,隔离装置中提供过水通道,可便于在隔离淡水和咸水的情况下,实现淡水的输送。

可选地,所述第一法兰的电缆孔中设置有第一止水盘,所述第二法兰的电缆孔中设置有第二止水盘;

所述第一止水盘包括第一止水盘骨架和第一筒状结构;

所述第二止水盘包括第二止水盘骨架和第二筒状结构;

所述第一止水盘骨架包括第一筒体和形成于所述第一筒体的一端的外周面的凸沿,所述第一筒状结构开设有与所述第一筒体对应的环形凹槽;

所述第二止水盘骨架包括第二筒体和形成于所述第二筒体的一端的外周面的凸沿,所述第二筒状结构开设有与所述第二筒体对应的环形凹槽。

在上述实现过程中,通过设置止水盘,可以实现电缆孔的密封,以更好地隔离淡水和咸水。

可选地,所述淡水提水装置包括:

淡水提水泵和淡水提水管;

所述淡水提水泵与所述淡水提水管连接,用于从淡水层抽取淡水,并将抽取的淡水通过所述淡水提水管输送至所述混合提水装置。

在上述实现过程中,通过设置简单的淡水提水装置即可完成淡水的提取。

可选地,所述咸水提水装置包括:

咸水提水泵和咸水提水管;

所述咸水提水泵与所述咸水提水管连接,用于从咸水层抽取咸水,并将抽取的咸水通过所述咸水提水管输送至所述混合提水装置。

在上述实现过程中,通过设置简单的咸水提水装置即可完成咸水的提取。

可选地,所述混合提水装置包括:

混合提水管、逆止阀和闸阀;

所述逆止阀和所述闸阀设置于所述混合提水管上;

所述混合提水管,用于输送混合后的淡水和咸水至所述供水管道;

所述闸阀,用于控制所述混合提水管对混合后的淡水和咸水的输送量。

在上述实现过程中,通过混合提水装置可控制水量的提取,以避免过量提取,造成浪费的问题。

可选地,所述控制装置包括:

电导率-温度探针、电磁流量计、远传压力表、变频设备和中央控制器;

所述电导率-温度探针设置于所述淡水提水装置、所述咸水提水装置和所述混合提水装置上,通过电缆与所述中央控制器连接,用于检测淡水和咸水的电导率和温度;

所述电磁流量计设置于所述淡水提水装置和所述咸水提水装置上,与所述中央控制器通过导线连接,用于检测淡水和咸水的提水量;

所述远传压力表设置于所述混合提水装置上,用于检测所述混合提水装置的出水压力;

所述变频设备与所述淡水提水装置和所述咸水提水装置连接,用于控制所述淡水提水装置和所述咸水提水装置的提水量;

所述中央控制器,用于根据所述预设水量比例调节所述变频设备的功率,以使所述淡水提水装置和所述咸水提水装置按照所述预设水量比例提取淡水和咸水。

在上述实现过程中,通过检测淡水和咸水的电导率和温度,可实现淡水和咸水的比例计算,并通过变频设备可实现淡水和咸水的水量提取控制,使得咸水和淡水在提水装置内实现了按需取水,并按照预设水量比例实现精准混合,不会导致淡水和咸水在提至地面后比例不合适的情况,极大地降低了灌溉控制难度,并减少资源浪费。

可选地,所述中央控制器,用于根据所述电导率-温度探针检测到的淡水和咸水的电导率和温度分别计算淡水的含盐量和咸水的含盐量;

所述中央控制器,用于根据淡水的含盐量和咸水的含盐量计算获得提取淡水和咸水的当前水量比例;

所述中央控制器,用于根据当前水量比例和所述预设水量比例控制所述变频设备对所述淡水提水装置和所述咸水提水装置的提水量进行调控。

在上述实现过程中,通过中央控制器可实现咸水和淡水的提取比例的计算,从而可调整咸水和淡水的提取比例,实现咸水和淡水的精准混合,以避免混合比例不合适的情况。

可选地,所述取水系统还包括:

机井装置,用于容纳所述提水装置;

所述机井装置包括:

井管和第一过滤管、第二过滤管;

所述提水装置设置于所述井管内,所述井管,用于隔离所述提水装置与外部环境;

所述第一过滤管设置于淡水层,并设置于所述井管上,用于从外部环境过滤淡水到所述井管内;

所述第二过滤管设置于咸水层,并设置于所述井管上,用于从外部环境过滤咸水到所述井管内。

在上述实现过程中,通过设置机井装置,可使得提水装置与外部环境隔离,以便于将外部环境中的淡水和咸水过滤到井管内,从而可以提取到更纯净的淡水和咸水,避免混合到其他杂质而对水质产生影响的问题。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种取水系统的第一结构示意图;

图2为本申请实施例提供的一种取水系统的第二结构示意图;

图3为本申请实施例提供的一种机井装置的结构示意图;

图4为本申请实施例提供的一种取水系统的详细结构示意图;

图5为本申请实施例提供的一种淡水提水装置结构示意图;

图6为本申请实施例提供的一种隔离装置的结构示意图;

图7为本申请实施例提供的一种隔离装置的安装结构示意图;

图8为本申请实施例提供的一种止水盘的结构示意图;

图9为本申请实施例提供的一种流量调节示意图。

图标:100-取水系统;110-控制装置;111-电导率-温度探针;112-电磁流量计;113-远传压力表;114-变频设备;115-中央控制器;120-提水装置;122-淡水提水装置;1222-淡水提水泵;1224-淡水提水管;124-隔离装置;1241-第一法兰;12412-第一连接孔;12414-第一过水孔;12416-第一电缆孔;1242-第二法兰;12422-第二连接孔;12424-第二过水孔;12426-第二电缆孔;1243-隔离件;12432-第三连接孔;12434-第三过水孔;12436-第三电缆孔;1244-第一止水盘骨架;1246-第一筒状结构;126-咸水提水装置;1262-咸水提水泵,1264-咸水提水管;128-混合提水装置;1282-混合提水管;1284-逆止阀;1286-闸阀;130-机井装置;131-井筒;1311-井台;132-井管;134-第一过滤管;136-第二过滤管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外,术语“水平”、“竖直”、等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1,图1为本申请实施例提供的一种取水系统100的结构示意图,该取水系统100包括提水装置120和控制装置110,控制装置110可用于控制提水装置120按照预设水量比例提取淡水和咸水,提水装置120可用于按照预设水量比例分别提取淡水和咸水,然后将提取的预设水量比例的淡水和咸水混合后输送至供水管道;这样可通过该取水系统100同时实现咸水和淡水的提取,无需分别采用淡水井提取淡水和采用咸水井提取咸水,只需打一眼井即可实现,也无需设置地面搅拌混合池,大大地降低了灌溉系统的投资成本。

在一些实施方式中,控制装置110可以为处理器,该处理器可以是一种集成电路芯片,具有信号处理能力。上述处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(CentralProcessing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在一些实施方式中,如图2所示,为了方便布设提水装置120,取水系统100还可以包括机井装置130,机井装置130用于容纳提水装置120,机井装置130可以理解为是打井时所布设的外部环境设备,提水装置120可以为圆柱状,提水装置120可以竖直放入机井装置130内,以便于可以提取深层淡水和浅层咸水。

机井装置130可以将提水装置120与外部环境隔离,从而可以提取到更纯净的淡水和咸水,避免混合到其他杂质(如土壤)而对水质产生影响的问题。其中,机井装置130可为中空圆筒状,当然,机井装置130也可以为其他形状的中空装置,其中间的空腔可用于放置提水装置120。在灌溉系统中,可以先通过打井设备向地下钻取一定深度,然后设置井筒131(即中空桶),该井筒131为用以取用地下水的建筑物,井筒131可以为圆柱状,其深度和直径可以根据预先调查的地下水的水量水质情况决定。井筒131的上端可设置有井台1311,主要用于支撑提水装置120,其井台1311可以以混凝土或满足强度要求的其他材料建造。

机井装置130可设置于井筒131内,从而可以供提水装置120提取淡水和咸水,由于淡水层和咸水层位于不同的深度,所以,提水装置120设置于机井装置130内时,应满足淡水层和咸水层的不同深度的需求,从而实现对淡水和咸水的分别提取。

在一些实施方式中,如图3所示,机井装置130可以包括井管132、第一过滤管134和第二过滤管136。

其中,井管132为中空的,井管132可设置于井筒131内,提水装置120可设置于井管132内,该井管132用于隔离提水装置120与外部环境。具体地,井管132主要用于支撑井壁,以防止土壤或石块进入井管132内,影响提水装置120的安装及提水效果。该井管132不具有透水功能,可以以混凝土管、钢管或其他满足强度要求的材料管材制成。

第一过滤管134可设置于淡水层,并设置于井管132上,用于从外部环境过滤淡水到井管132内。第一过滤管134可具有透水功能和一定强度,可以阻止土壤或石块进入井管132内,第一过滤管134的安装深度可根据淡水层的深度确定,第一过滤管134的长度按照蓄水层厚度及汇集能力确定,可以使得地下蓄水层中的淡水进入井管132内部,以供提水装置120抽取所用。

第二过滤管136可设置于咸水层,并设置于井管132上,用于从外部环境过滤咸水到井管132内。第二过滤管136与第一过滤管134的功能类似,其也具有透水功能和一定强度,第二过滤管136的安装深度可根据咸水层的深度确定,第二过滤管136的长度按照蓄水层厚度及汇集能力确定,可以使得地下蓄水层中的咸水进入井管132内部,以供提水装置120抽取所用。

其中,由于淡水层和咸水层的深度不同,所以,第一过滤管134和第二过滤管136之间可间隔有井管132,即井管132上的过滤管为交替安装。第一过滤管134和第二过滤管136的数量也可不受具体限制,可以根据实际成本需求或者水质需求来设置相应数量的过滤管。

在上述实现过程中,通过设置机井装置130,可使得提水装置120与外部环境隔离,以便于将外部环境中的淡水和咸水过滤到井管132内,从而可以提取到更纯净的淡水和咸水,避免混合到其他杂质而对水质产生影响的问题。

在一些实施方式中,为了避免机井装置130过滤的淡水和咸水在井管132内混合,以对后续淡水和咸水的混合比例造成影响的问题,该井管132并不是完全连通的,其可在中间设置一隔离装置124,用于隔离过滤的淡水和咸水。

为了便于理解,下面请结合图4,图4为本申请实施例提供的一种取水系统100的详细结构示意图。在一些实施方式中,提水装置120用于分别提取淡水和咸水,而由于淡水和咸水在不同深度,所以,提升装置中可包括淡水提水装置122、隔离装置124、咸水提水装置126和混合提水装置128,其淡水提水装置122位于淡水层,用于提取淡水,咸水提水装置126位于咸水层,用于提取咸水。

其中,隔离装置124用于隔离淡水提水装置122和咸水提水装置126,以避免淡水提水装置122提取到咸水,咸水提水装置126提取到淡水,从而造成后续淡水与咸水的比例不适当的问题。

淡水提水装置122与隔离装置124和混合提水装置128连接,用于提取第一水量的淡水。

咸水提水装置126与混合提水装置128连接,用于提取第二水量的咸水,第一水量与第二水量的比例为预设水量比例。

隔离装置124用于隔离淡水层和咸水层,使得淡水和咸水不会在井管132内实现混合。

淡水提水装置122将提取的淡水输送至混合提水装置128,咸水提水装置126将提取的咸水输送至混合提水装置128,混合提水装置128则可将淡水和咸水混合后输送至供水管道。

在上述实现过程中,通过隔离装置124隔离淡水层和咸水层,可使得淡水提水装置122和咸水提水装置126能够分别提取到比较纯净的淡水和咸水,使得后续淡水和咸水流入混合提水装置128时能实现更加精准地混合。

如图5所示,在一些实施方式中,淡水提水装置122包括淡水提水泵1222和淡水提水管1224,淡水提水泵1222与淡水提水管1224连接,用于从淡水层抽取淡水,并将抽取的淡水通过淡水提水管1224输送至混合提水装置128。

为了便于提取淡水,淡水提水装置122位于淡水层,由于淡水层比咸水层更深,所以淡水提水装置122位于井管132的下层,而咸水提水装置126位于咸水层,在井管132的上层,按照相对位置来说,咸水提水装置126在淡水提水装置122的上方。

其中,淡水提水泵1222包括电机、进水口和叶轮,由铁、PVC、PE或其它常见管材料制成,电机可以与控制装置110连接,由控制装置110对其进行控制,从而控制淡水的抽取水量。

由于淡水需要输送到混合提水装置128且淡水层与咸水层通过隔离装置124进行隔离,所以,淡水提水管1224需要穿过隔离装置124连通到混合提水装置128。具体实现方式可以为:淡水提水管1224经过隔离装置124后分为两支或多支,本申请实施例中分为两支是因为可以绕过咸水提水装置126,在减少空间占用的情况下实现淡水和咸水的分离输送。

在一些实施方式中,咸水提水装置126可以包括咸水提水泵1262和咸水提水管1264,咸水提水泵1262与咸水提水管1264连接,用于从咸水层抽取咸水,并将抽取的咸水通过咸水提水管1264输送至混合提水装置128。

其中,咸水提水泵1262也可以包括电机、进水口和叶轮,由铁、PVC、PE或其它常见管材料制成,电机可以与控制装置110连接,由控制装置110对其进行控制,从而控制咸水的抽取水量。

咸水提水管1264可以直接与混合提水装置128连通,进而可以直接将咸水输送到混合提水装置128中。

在一些实施方式中,混合提水装置128可以包括混合提水管1282、逆止阀1284和闸阀1286,逆止阀1284和闸阀1286设置于混合提水管1282上,位于混合提水管1282与供水管道中间,混合提水管1282用于输送混合后的淡水和咸水至供水管道,闸阀1286用于控制混合提水管1282对混合后的淡水和咸水的输送量。

其中,为了节省布设空间,淡水提水管1224可以通过隔离装置124分为两支管,其两支管的另一端与混合提水管1282连通,咸水提水管1264直接与混合提水管1282连通,这样淡水和咸水可在混合提水管1282内实现混合。

为了提高咸水和淡水的输送量,混合提水管1282的直径可以大于咸水提水管1264的直径,这样可以加快咸水和淡水的输送速度。

逆止阀1284可用于防止系统停水时的水锤作用对淡水提水泵1222和咸水提水泵1262造成破坏,闸阀1286用于控制提水装置120向供水管道的供水量并实现供水量的调节。

在一些实施方式中,如图6所示,隔离装置124可以包括第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243,隔离件1243设置于第一法兰1241和第二法兰1242之间,第一法兰1241和第二法兰1242相对设置。

其中,为了实现淡水和咸水的隔离效果,隔离件1243可以由一种柔性隔离材料制成的,第一法兰1241和第二法兰1242的材料可以根据淡水提水管1224的材料来确定,可以为金属、PVC、PE或其它材料等。

为了便于将隔离装置124设置于井管132内,第一法兰1241和第二法兰1242与井管132的形状匹配,如井管132为圆筒状,则第一法兰1241和第二法兰1242也为圆形,其直径略小于井管132的内径,以便于两个法兰可以在井管132内上下移动,便于安装。

隔离件1243安装于两个法兰之间,其直径与井管132的内径相同,这样可以更好地隔离咸水和淡水,隔离件1243的直径大于两个法兰的直径。隔离件1243具有一定强度和柔性,使得其强度能隔离上下蓄水层(即淡水层和咸水层)的混合,其柔性能满足在一定外力情况下,可以实现提水装置120的吊起安装,而不会因强度过大而导致提水装置120卡在井管132中。

在一些实施方式中,第一法兰1241、隔离件1243和第二法兰1242依次串联,其可以通过连接件进行固定,并且为了便于淡水提水管1224穿过,还可以设置有穿水孔。在具体实现方式中,第一法兰1241包括第一连接孔12412、第一过水孔12414和第一电缆孔12416,第二法兰1242包括第二连接孔12422、第二过水孔12424和第二电缆孔12426,隔离件1243包括第三连接孔12432、第三过水孔12434和第三电缆孔12436。

其中,第一连接孔12412、第二连接孔12422和第三连接孔12432位置对应,以便于第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243可以通过这些连接孔连接。这些连接孔可以为螺丝孔,即通过螺丝将第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243固定连接。

或者,第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243之间也可以一体成型,或者也可以通过铆接或焊接等方式连接在一起(这种方式下可以将铆接件或焊接件穿过连接孔将第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243连接),只需预留电缆孔和过水孔即可。

为了使得第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243之间的连接更牢固,不易脱落,上述的第一连接孔12412、第二连接孔12422和第三连接孔12432可以为多个,其各个连接孔的数量相同,位置一一对应。

第一电缆孔12416、第二电缆孔12426和第三电缆孔12436位置对应,用于为控制装置110与淡水提水装置122之间连接的电缆提供通道。具体地,控制装置110与淡水提水装置122中的淡水提水泵1222通过电缆连接,而电缆从电缆孔中穿过。其中,第三电缆孔12436的直径可与电缆的直径一致,第一电缆孔12416和第三电缆孔12436的直径可以稍大于电缆直径,这样可以便于布设电缆。

第一过水孔12414、第二过水孔12424和第三过水孔12434的位置对应,用于为输送淡水的淡水提水管1224提供通道。即若处于上方的法兰称为第一法兰1241,处于下方的法兰称为第二法兰1242,则淡水提水管1224依次穿过第二法兰1242、隔离件1243、第一法兰1241。

由于淡水提水管1224在穿过隔离装置124后分为两支管,所以,第一法兰1241上可以有两个第一过水孔12414,而第二法兰1242上有一个过水孔,隔离件1243也有一个过水孔,具体安装结构如图7所示,这样淡水提水管1224经过隔离件1243后分为两支管,这两支管分别穿过第一法兰1241后连接到混合提水装置128,当然,若淡水提水管1224经过隔离件1243后分为N支管,第一法兰1241则提供N个第一过水孔12414。

或者,为了降低隔离装置124的结构复杂度,第一法兰1241也可只有一个第一过水孔12414,淡水提水管1224在经过第一法兰1241后再分为N支管,然后连接到混合提水装置128,这样就无需对第一法兰1241设置更多的过水孔了。

在一些实施方式中,第一法兰1241、第二法兰1242和隔离件1243中设置有多个通孔,这些通孔可能会使得咸水和淡水实现渗透,从而影响后续咸水和淡水的混合比例,所以,为了避免这种情况,可以在第一法兰1241上设置第一止水盘,第二法兰1242上设置第二止水盘。

其第一止水盘设置于第一电缆孔12416中,第二止水盘设置于第二电缆孔12426中,从而可防止淡水和咸水通过电缆孔发生交换。当然,如果淡水提水管1224和过水孔之间并不是严格密封的,则过水孔中也可以设置止水盘。

第一止水盘和第二止水盘的结构一样,如图8所示,第一止水盘包括第一止水盘骨架1244和第一筒状结构1246,第一止水盘骨架1244包括第一筒体和形成于第一筒体的一端的外周面的凸沿,第一筒体结构开设有与第一筒体对应的环形凹槽。

第二止水盘包括第二止水盘骨架和第二筒体结构,其结构和第一止水盘结构相同,第二止水盘骨架包括第二筒体和形成于第二筒体的一端的外周面的凸沿,第二筒状结构开设有与第二筒体对应的环形凹槽。

该第一止水盘和第二止水盘的形状大小与电缆孔或过水孔的形状大小匹配,其中,环形凹槽为膨胀橡胶凹槽,这样的话筒状结构在遇水后可以实现膨胀,从而可与电缆或淡水提水管1224实现紧密压实,达到阻水的效果。

在一些实施方式中,继续如图4所示,控制装置110可以包括电导率-温度探针111、电磁流量计112、远传压力表113、变频设备114和中央控制器115。

电导率-温度探针111设置于淡水提水装置122、咸水提水装置126和混合提水装置128上,通过电缆与中央控制器115连接,用于检测淡水和咸水的电导率和温度。

电磁流量计112设置于淡水提水装置122和咸水提水装置126上,与中央控制器115通过导线连接,用于检测淡水和咸水的提水量。

远传压力表113设置于混合提水装置128上,用于检测混合提水装置128的出水压力。

变频设备114与淡水提水装置122和咸水提水装置126连接,用于控制淡水提水装置122和咸水提水装置126的提水量。

中央控制器115,用于根据预设水量比例调节变频设备114的功率,以使淡水提水装置122和咸水提水装置126按照预设水量比例提取淡水和咸水。

具体地,电导率-温度探针111设置于淡水提水管1224、咸水提水管1264和混合提水管1282上设置的凸起空腔内,该空腔内水流较为稳定,可避免管道中水量波动对电导率测定产生影响。电导率-温度探针111可实时将淡水提水管1224、咸水提水管1264和混合提水管1282中的水电导率-温度反馈给中央控制器115。

中央控制器115可通过获得的水电导率-温度实现对淡水、咸水和混合水中盐分含量的计算,其具体计算原理如下过程所示。

1)采集当地深层地下水W和浅层地下W水样品若干,按照W:W=100%:0%、80%:20%、60%:40%、40%:60%、20%:80%和0%:1000%配置淡水-咸水混合液各100mL;

2)在温度为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃情况下,利用电导率-温度探针111测定混合水的电导率值EC,利用最小二乘法回归得到不同温度条件下电导率校正公式:

EC25=ECT[1+β(T-25)] (1)

式(1)中:EC25为25℃测定的混合水的电导率值,单位为μS/m;ECT为温度T时测定的混合水的电导率值,单位为μS/m;T为测定温度;β为拟合参数;

3)使用蒸发皿在105±2℃条件下将100mL混合水蒸干至恒重,利用重量法测定混合水中的含盐量,计算公式如下:

式(2)中:C为含盐量,单位为mg/L;M为蒸发皿及残渣的总重量,单位为g;M0为蒸发皿重量,单位为g;V为水样体积,单位为mL。

4)使用最小二乘法回归得到环境温度为25℃时的含盐量和水样电导率值之间的线性关系,如下式所示:

C=k×EC25+b (3)

式(3)中:K和b分别为拟合系数,C表示含盐量。

5)中央控制器115接收到所测水的温度和电导率后,首先根据式(1)将所测水EC转化为EC25,然后利用式(3)进行含盐量(C,mg/L)的计算。

所以,中央控制器115可根据上述方式计算出淡水的含盐量、咸水的含盐量和混合水的含盐量。

电磁流量计112可安装于淡水提水管1224和咸水提水管1264上,通过电缆与中央控制器115连接,其可以实时采集淡水和咸水的提水量。

远传压力表113可安装于混合提水管1282的上部,在提水过程中,实时监测混合提水管1282的出水压力。

变频设备114与淡水提水泵1222、咸水提水泵1262的电机连接,可在中央控制器115的控制下实现电机频率的改变,进而实现淡水提水泵1222和咸水提水泵1262的提水流量和压力的改变。

中央控制器115获得远传压力表113检测到的混合提水管1282的出水压力后,根据需求控制变频设备114调整淡水提水泵1222和咸水提水泵1262的电机频率,从而达到预期的出水压力。

中央控制器115可根据淡水、咸水的提水量,以及淡水、咸水的电导率和温度,按照上述方式计算出淡水含盐量、咸水含盐量,然后根据当前水量比例和预设水量比例控制所述变频设备114对淡水提水装置122和咸水提水装置126的提水量进行调控,进而实现淡水和咸水的混合水量比例变化,以使混合水量比例达到预设水量比例。

混合水量比例调整过程如下:

1)首先测定淡水和咸水的温度和电导率值,进而按照上述计算公式计算出淡水含盐量(C,mg/L)和咸水含盐量(C,mg/L)。

2)根据灌溉需求,向中央控制器115中输入水泵实时流量需求Qd(m3/h)和混合水含盐量(Cd,mg/L)需求。

3)根据下式计算淡水提水泵1222启动流量(Q淡启,m3/h)和咸水提水泵1262启动流量(Q咸启,m3/h)。

4)向中央控制器115输入井口水泵出水扬程Hd,m;

5)利用水头损失计算公式估算淡水泵管水头损失hf淡(m)和咸水泵管水头损失量hf咸(m),计算公式如下:

式(5)中:hf为沿程水头损失,单位m;f为沿程水头损失系数;Qg为管道流量,单位L/h;D为管道内径,单位mm;L为管长,单位m;m为流量指数;b为管径指数。其中,f、m和b依据管道材质相关资料查询得到。

6)计算淡水提水泵1222和咸水提水泵1262启动扬程H启淡(m)和H启咸(m):

式(6)中:L为淡水提水泵1222进水口与井口位置距离,单位m;L为咸水提水泵1262进水口与井口位置距离,单位m;

7)根据淡水提水泵1222和咸水提水泵1262启动流量和启动扬程,由中央控制器115选定淡水提水泵1222工作频率F淡启(Hz)和咸水提水泵1262工作频率F咸启(Hz);

8)按照计算获得的淡水提水泵1222工作频率F淡启(Hz)和咸水提水泵1262工作频率F咸启(Hz)启动系统开始工作;

9)提水过程进行,每5min采集一次淡水的电导率、温度和咸水的电导率、温度,并计算淡水实时含盐量(C淡实,mg/L)和咸水实时含盐量(C咸实,mg/L);

10)根据上述步骤2)-7)重新计算淡水提水泵1222工作频率F淡调(Hz)和咸水提水泵1262工作频率F咸调(Hz),并控制变频设备114对各水泵的工作频率进行调整,进而实现两水泵流量调整,使灌溉水流量、出口压力及含盐量达到设计要求(如淡水和咸水的水量比例达到预设水量比例)。原理如图9所示,具体过程如下:当水泵提水扬程H1已定时,如果水泵实际流量Q2超过了计算流量,则通过变频设备114将水泵频率由f1调整到f2,水泵扬程-流量曲线发生变化,使其在H1不变的情况下提水流量降低到Q1;反之亦然,以此可实现对水量提取的调控,进而实现对混合水量比例的调控。

下面针对整个取水系统100的工作原理进行说明。

在机井装置130建设时,可以根据地下水水量水质特性,设置两个引水层,在不同层设置了淡水过滤管(如上述的第一过滤管134)和咸水过滤管(如上述的第二过滤管136),实现了深层淡水和浅层咸水的汇集。

在提水装置120安装时,对应于不同层水质,安装了淡水提水泵1222和咸水提水泵1262,并通过安装隔离装置124使淡水和咸水的提取进行了隔离,从而实现淡水和咸水的精准混合。提水装置120工作时,淡水提水泵1222和咸水提水泵1262同时提水,通过淡水提水管1224和咸水提水管1264提水后在混合提水管1282中实现混合,可有效减少了传统方法中在地表进行混合水配置的系统投资和管理成本。

安装控制装置110后,在提水装置120开始提水时,电导率-温度探针111实时将检测到的电导率和温度传输给中央控制器115,同时中央控制器115通过远传压力表113获取混合提水管1282的出水压力以及通过电磁流量计112获取咸水和淡水的提水量,通过这些数据可判断淡水和咸水的混合比例是否达到预设水量比例,如果超出预设水量比例(如混合水的含盐量高于预期值),则根据实测淡水和咸水的电导率及流量值,通过变频设备114控制提高淡水提水泵1222的输出功率、降低咸水提水泵1262的输出功率,进而增加淡水提水量并降低咸水提水量,使得淡水和咸水的混合比例达到预设水量比例。如果没有达到预设水量比例(如混合水的含盐量没有达到预期值),则根据实测淡水和咸水的电导率及流量值,通过变频设备114控制降低淡水提水泵1222的输出功率、提高咸水提水泵1262的输出功率,进而降低淡水提水量并提高咸水提水量,从而使得淡水和咸水的混合比例达到预设水量比例。

所以,通过本申请实施例提供的取水系统100,可以同时在一眼机井中实现对深层淡水和浅层咸水的提取,并将传统做法中原本打两眼井的需求降为一眼井,极大降低了咸水和淡水混合灌溉系统的打井投资,减少系统投资和运行成本,降低了地下水资源开采量,实现区域水资源的高效和可持续利用。

并且,通过监测淡水和咸水的电导率,实现淡水和咸水混合比例的计算,并通过变频设备114控制淡水提水泵1222和咸水提水泵1262的提水量,使淡水和咸水在机井内实现了按需取水,并在机井中实现了精准混合,不会导致淡水和咸水在提取至地面后比例不合适而需要反复测定调试的情况,极大地降低了灌溉控制难度,并且不会造成能量浪费。

综上所述,本申请实施例提供一种取水系统100,通过控制装置110控制提水装置120按照预设水量比例提取淡水和咸水,使得提水装置120可以以预设水量比例来分别提取淡水和咸水,然后将淡水和咸水混合后输送至供水管道,从而通过提水装置120即可完成淡水和咸水的混合,只需打一眼井即可实现,也无需设置地面搅拌混合池,大大地降低了灌溉系统的投资成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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