利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法及系统技术领域
本发明属取水工程领域，具体涉及一种利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取
水方法及系统。
背景技术
我国江流、河流较多，围绕水资源开发的工程众多。在工程领域中，所采用的取水
方法很多，比如天然滤床渗流井取水、工程结构渗滤取水、辐射井取水、直接取水等，对这些
取水方法进行改进的技术也多种多样，较多都被应用到了取水等工程中。目前，地质勘探及
钻井等技术较为成熟，大多数取水技术被不断改进及优化，但绝大部分取水技术在实际工
程应用中造价太高，并没有充分利用水流自身在取水过程中的优势；绝大部分取水系统均
配置了除砂器、过滤器等水处理设备，忽略了可以在取水头部至泵站之间可以通过其他工
艺方法来代替水处理设备的作用；由除砂器、过滤器等组成的水处理设备部分阻力较大，导
致整个取水系统水力损失加大，能耗高；取水系统在众多工程领域中至关重要，取水方法会
影响整个取水系统的造价、能耗等，甚至会影响整个工程的造价等多个方面。因此，取水方
法及技术的研究及应用不可忽视，其作用十分关键。
目前工程实际中应用的取水方法较多，但大部分取水方法并未充分利用水流自身
具备的优势，造成了资源浪费；现有普通取水系统中水处理设备通常包含除砂器、过滤器
等，这部分设备阻力较大，导致整个系统水力损失大、能耗较高；即便部分取水方法采用了
渗滤技术，但对过滤设备性能的要求较高，增大了取水工程的成本；我国是一个水资源短缺
的国家，水资源污染严重，在利用现有水资源的情况下，将雨水作为取水系统的补充至关重
要，很多取水方法忽视了这一点。由于现有取水方法存在的诸多缺陷，因此，采用一种新的
取水方法至关重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能够充分利用水体自身重力自流、具备多道过滤
功能及自渗滤功能的节能洁净取水方法及系统，本发明的技术方案如下：
一种利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水系统，包括涵洞、集水池及消防水池、
泵站输水管道、泵站；
所述涵洞与集水池及消防水池连接，所述集水池及消防水池通过泵站输水管道与泵站
连接；
在所述涵洞前端设有取水头部管道及取水头部，在所述取水头部前端设有取水格栅；
在所述集水池及消防水池内部设有卵石过滤层及过水隔板，在所述集水池及消防水池
与涵洞的连接处设有滤网一，在所述集水池及消防水池与泵站输水管道的连接处设有滤网
二；
本系统的位置关系为：a点设在江流或河流的河床上，目的是为了使水流能够顺利进入
涵洞内部，f点高于a、b、c、d、e点；
其中a表示取水头部管道前端位置，b表示取水头部管道末端位置，c点表示涵洞最高点
位置，d表示涵洞与集水池及消防水池连接处的位置，e表示集水池及消防水池与泵站输水
管道连接处的位置，f表示江流或河流液面最高点位置。
进一步的，本系统的位置关系为：c点高于a、b、d三点。
进一步的，本系统的位置关系为：a、b点位置平行或a点位置略高于b点。
进一步的，本系统的位置关系为：e点高于d点。
进一步的，在集水池及消防水池外部连接了雨水池或人工湖，雨水池或人工湖中
的水可以通过滤网三过滤之后经雨水池或人工湖输水管道以及调节阀进入集水池及消防
水池。
进一步的，在涵洞靠近集水池及消防水池处设置了阀门井；
进一步的，在集水池及消防水池内设置有潜水泵及消防用水管道；
进一步的，在集水池及消防水池内设置有楼梯。
另外，本发明提供一种利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法，包括以
下步骤：
设立涵洞的步骤；在涵洞前端设取水头部管道及取水头部，在所述取水头部前端设取
水格栅；所述取水头部设置在江流或河流的河床底部；
设立集水池及消防水池的步骤；在所述集水池及消防水池内部设卵石过滤层及过水隔
板，在所述集水池及消防水池与涵洞的连接处设滤网一；
设立泵站输水管道及泵站的步骤；在所述集水池及消防水池与泵站输水管道的连接处
设滤网二；
各步骤实施时符合如下条件：a点设在江流或河流的河床上，f点高于a、b、c、d、e点；
其中a表示取水头部管道前端位置，b表示取水头部管道末端位置，c点表示涵洞最高点
位置，d表示涵洞与集水池及消防水池连接处的位置，e表示集水池及消防水池与泵站输水
管道连接处的位置，f表示江流或河流液面最高点位置。
进一步的，各步骤实施时符合如下条件：c点高于a、b、d三点。
进一步的，各步骤实施时符合如下条件：a、b点位置平行或a点位置略高于b点。
进一步的，各步骤实施时符合如下条件：e点高于d点。
进一步的，包括在集水池及消防水池外部连接雨水池或人工湖的步骤；雨水池或
人工湖中的水通过滤网三过滤之后经雨水池或人工湖输水管道以及调节阀进入集水池及
消防水池；
进一步的，包括在涵洞靠近集水池及消防水池处设置阀门井的步骤；
进一步的，包括在集水池及消防水池内设置潜水泵及消防用水管道的步骤；
进一步的，包括在集水池及消防水池内设置楼梯的步骤；
本发明利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法及系统具有节能、节省工程投
资、功能多样、取水洁净等多个优势，本发明的有益效果如下：
（1）利用重力自流，降低取水系统能耗、节约能源，取水系统节能效果显著。通过设计低
于江河水位的取水头部、取水头部管道及涵洞，使得江河水能够自流通过取水头部及涵洞，
充分利用水体自身优势，减少了相关设备的投入，取水系统能耗得以降低，节约能源。此外，
在设计涵洞时，将其分为两段，前段高度逐渐升高，可以有效防止部分颗粒沙石及淤泥等沉
积在涵洞和管道底部，涵洞后段高度逐渐降低，江河水可以完全自流进入集水池；
（2）具备多道过滤及自渗透过滤功能，所取水体洁净，避免设置水处理设备，降低系统
功耗及投资。利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法一共包含三道过滤、一道自
渗透过滤及一道外部雨水过滤。三道过滤包括取水头部格栅、滤网一及滤网二；外部雨水过
滤通过滤网三来实现；自渗透过滤是通过在集水池中设置卵石过滤层及过水隔板来实现，
江河水进入集水池时首先会通过卵石过滤层进行自渗透过滤，再经过过水隔板进入出水
端。多道过滤及自渗透过滤方法确保所取水体十分洁净，不用另外设置水处理设备，整个取
水系统投资降低，系统功耗降低；
（3）丰富了集水池功用，更为广泛的利用了江河水，降低整个工程投资。将集水池同时
设计成为消防水池，可以就近为外部设施、市政工程以及园林灌溉等提供用水，使得整个工
程投资减少；
（4）将雨水作为江河水的有效补充，充分利用外部水资源。我国水资源匮乏，在部分领
域，雨水也可以利用，利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法采用了雨水池或人
工湖这一设计，将收集到的雨水作为取水系统的有效补充，在江河水位较低或旱季，储存的
雨水可以为取水系统所利用，保障用水正常。
附图说明
图1是本发明整体结构原理示意图；
图2是本发明的集水池及消防水池局部结构示意图；
附图标号说明：取水格栅1、取水头部2、取水头部管道3、涵洞4、阀门井5、滤网一6、集水
池及消防水池7、楼梯8、卵石过滤层9、过水隔板10、消防用水管道11、潜水泵12、滤网二13、
调节阀14、雨水池或人工湖输水管道15、滤网三16、泵站输水管道17、雨水池或人工湖18、泵
站19、滤网型盖板20、江流或河流21。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，如图1所示，一种利用重力自
流多道过滤节能自渗透洁净取水系统，包括涵洞4、集水池及消防水池7、泵站输水管道17、
泵站19；所述涵洞4与集水池及消防水池7连接，所述集水池及消防水池7通过泵站输水管道
17与泵站19连接；在所述涵洞4前端设有取水头部管道3及取水头部2，在所述取水头部2前
端设有取水格栅1；
在所述集水池及消防水池7内部设有卵石过滤层9及过水隔板10，在所述集水池及消防
水池7与涵洞4的连接处设有滤网一6，在所述集水池及消防水池7与泵站输水管道17的连接
处设有滤网二13；所述取水头部2设置在江流或河流的河床底部；
另外在涵洞4靠近集水池及消防水池7处设置了阀门井5；在集水池及消防水池7外部连
接了雨水池或人工湖18，雨水池或人工湖18中的水可以通过滤网三16过滤之后经雨水池或
人工湖输水管道15以及调节阀14进入集水池及消防水池7；在集水池及消防水池7内设置有
潜水泵12及消防用水管道11；在集水池及消防水池7内设置有楼梯8；
本发明的原理如下：参见图1，黑色箭头代表水流方向。水流由取水头部2经取水格栅1
第一道过滤之后通过取水头部管道3自流进入涵洞4，水流流过涵洞4再通过滤网一6第二道
过滤后流入集水池及消防水池7，集水池及消防水池7进水口端设置了卵石过滤层9及过水
隔板10，水流进入集水池及消防水池7之后首先通过卵石过滤层9进行第三道渗透过滤，之
后再通过过水隔板10流入集水池及消防水池7出水口端，渗透过卵石过滤层9的洁净水经过
滤网二13第四道过滤后经泵站输水管道进入取水泵站19，整个取水过程得以实现。利用重
力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法充分利用了水流自身重力实现了自流，包含了三
道直接过滤及一道自渗透过滤功能，使得整个系统节能效果明显，所取水体洁净。
参见图1，a点表示取水头部管道3前端位置，b点表示取水头部管道3末端位置，c点
表示涵洞4最高点位置，d点表示涵洞4与集水池及消防水池7连接处滤网一6的位置，e点表
示集水池及消防水池7与泵站输水管道17连接处滤网二13的位置，f点表示江流或河流21液
面最高点位置。上述各控制点关系如下：f点高于a、b、c、d、e点，目的是确保水流能够充分利
用其重力作用自流过ad段，降低系统能耗，节约能源；a点靠近河床，可根据实际工程情况确
定具体位置，目的是为了确保水流能够顺利进入涵洞内部；a、b点位置平行或a点位置略高
于b点，确保水可以平稳流过或自流过取水头部管道3，如果ab之间取水头部管道3较长，可
在管道下方设置支墩；c点高于a、b、d三点，bc段涵洞穿过江河砂石层，现有地质勘探及钻井
等技术已经较为成熟，管道穿过砂石层施工可以保障，可选择强度较好管道以承受河床砂
石层压力，bc段涵洞逐渐升高，直至高点c，这样设计的目的是水在自流通过bc段过程中，防
止部分颗粒状沙粒以及淤泥等沉积在涵洞底部，cd段涵洞高度逐渐降低，目的是确保水流
能够自流过涵洞；e点高于d点，e点可根据集水池及消防水池位置、泵站位置以及工程具体
情况来确定。
参见图1，在涵洞4靠近集水池及消防水池7处设置了阀门井5，目的是可通过阀门
井5定期清理取水头部管道3以及涵洞4中沉积的沙粒及淤泥等，还可以调节控制取水流量，
也可通过阀门井5清理及维护滤网一6，确保整个系统能够高效正常运行。
参见图1，由于我国水资源短缺，如何充分利用雨水至关重要，雨水可以作为整个
取水系统的重要补充。利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法在集水池及消防水
池7外部连接了雨水池或人工湖18，雨水池或人工湖18中的水可以通过滤网三16过滤之后
经雨水池或人工湖输水管道15以及调节阀14进入集水池及消防水池7，可根据实际取水情
况以及雨水池或人工湖18中的具体水量通过调节阀14调节控制雨水池或人工湖18的出水
量。
参见图1，现有的绝大部分取水方法中集水池或集水井的作用较为单一，并未充分
利用这一设备。利用重力自流多道过滤节能自渗透洁净取水方法在不影响取水系统正常功
能的前提下，将集水池同时也设计成了消防水池，设置了楼梯8，人员可通过楼梯8进入集水
池及消防水池7中进行清洗、维护设备等作业；在集水池及消防水池7右端底部设置了潜水
泵12，经过三道过滤的江河水或者经过一道过滤的雨水可以通过消防用水管道11为外部设
施提供消防用水、附近道路清洗用水以及园林浇灌等用水。这样设计不仅丰富了普通集水
池或集水井的功用，还能够降低市政工程、园林绿化等方面的费用。
参见图2，集水池及消防水池7进水端与滤网一6及涵洞4连接，出水端与滤网二13
及泵站输水管道17连接，集水池及消防水池外部还连接了消防用水管道11以及雨水池或人
工湖输水管道15，集水池及消防水池中还设置了用于清理、维护等作业的楼梯8。靠近集水
池及消防水池7进水端设置了卵石过滤层9，水流通过卵石过滤层9进行自渗透过滤之后，再
通过过水隔板10流入集水池及消防水池7右部。集水池及消防水池7高度与江河近50年水位
平均高度相差值合理，在实际设计过程中集水池及消防水池7不能远远高于江河近50年平
均水位，目的是确保江河水能够充分自流进入集水池及消防水池7，这可以在实际设计过程
中视具体情况而定。集水池及消防水池7顶部设置了滤网型盖板20。
以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限
制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案
直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。