疏松介质在土地开垦,农业以及城市消耗中用于存储水和输送水的集成水利循环系统中的使用技术方案

本发明专利技术涉及一种利用疏松介质储存水和输送水以使因蒸发而损耗的水量达到最小的系统，所述疏松介质具有极小的毛细作用力。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,农业以及城市消耗中用于存储水和输送水的集成水利循环系统中 ...的制作方法概述水对于生命是珍贵的，并且随着世界人口不断的增长，食物生产的需求量增大，水越来越珍贵。沙漠无法耕种是因为缺水。从经济角度出发，即使在世界上多水的地区也应该保护水资源。最普通的水利系统是用于存储水的蓄水池表面系统和用于输送水的通道。在干旱的国家中建造了地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统。本专利技术是一种利用自然和人造蓄水层存储和输送地下水的系统。通过对自然排水系统的改造能够建立集成的水利循环系统。这样一种循环系统可存储足够的水以将沙漠转变成人类居住的绿洲或者为城市供水。也可通过建造由一种可疏松的介质(诸如沙、砾石或塑料)充填的蓄水槽和输水通道来建立集成的水利循环系统。专利技术背景一种用于水流动的水利循环系统与一种用于电子流动(导电)的电路是类似的。所述水利循环系统包括流阻装置、流容器和导水通道的多种配置。一个水利循环系统中的所述流阻装置具有能够阻碍地下水流动的各种形式，诸如能够使地下水缓慢流动或完全阻止水流动的狭窄区域、水闸、水坝或者其它构造形式。所述流容器是各种自然或人造蓄水池，水存储在其中，并且可通过隔离的方式使排水量或泄露量降至最小。所述导水通道是用于地面水流动的明渠(河流)、用于地下水流动的地下水渠(地下河)或者在一种疏松和可渗水的介质中的沟渠化的水流路径(地下水)。目前建造水利循环系统(诸如灌溉系统)的一个主要缺点是，在蓄水池中蓄水的过程中以及在明渠中输水的过程中由于蒸发而损失大量的水。另外，当将水供给到用于植物生长的土壤中时由于蒸发而损失大量的水，在农业利用中由于蒸发而损失大量的水将会使土壤酸化。直接使水蒸发的水利循环系统与一个没有绝缘的电路是类似的。为了改变这种状况以及减少或者完全防止由于蒸发而损失大量的水，地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统被建造。例如，在中东、中国西北部以及南美洲的干旱地区，已经建造了这样的系统。在一个较小的范围内，管道网络已经被专利技术并且水被直接供给到植物生长所需的区域，或者为了其它目的，在输水过程中使水的损失达到最小。地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统以及管道系统的建立是昂贵的。本专利技术提出了另一种系统，被称为集成的水利循环系统(IHC)，其中的蓄水池和输水通道都由一种疏松介质(诸如沙、砾石或塑料)充填，从而使水在一种疏松介质中存储和输送。所述IHC可建造在多水区域和干旱区域中。本专利技术的本质在于，1a)建造一个用于在一种疏松介质中存储水的设施；1b)扩大一个自然系统(诸如河谷河流)的所述疏松介质的蓄水能力；2)在水的存储、输送以及消耗过程中利用或者建造各种能够防止由于蒸发而损失大量水的隔热装置，包括在用于地下水流的水利循环系统的建造中利用一个疏松介质层作为隔热装置。通过这种对地下水流路径的新设计能够使水的供给和需求保持平衡以及可利用达西定律调节水的流量。在疏松介质中输水水成岩以及疏松碎屑或多或少是疏松的，但是诸如花岗岩或片岩的结晶岩事实上是不疏松的。疏松的片岩、沉积物和土壤的疏松率可达到40％。在矿物颗粒之间存在孔隙并且地下水存储在这样的孔隙中。地下水面是地下水的所谓饱和(潜水层的)区域和未饱和(渗流的)区域之间的分隔面。在所述地下水面下方饱和区域的一种疏松介质中的孔隙完全被水充填。未饱和区域的一种疏松介质中的孔隙部分被水充填并且部分被空气充填。饱和区域的疏松介质中的水可被排到蓄水池中或者从一个水井中被泵出。水成岩以及疏松土料或多或少是可渗水的，但是诸如花岗岩或片岩的结晶岩事实上是不渗水的。一种疏松介质的渗透性是孔隙尺寸的一个函数，在碎屑沉积中的所述孔隙尺寸与碎屑的颗粒尺寸是相关的。粗沙和砾石的渗透性是很好的，所测得的渗透率大约为数百或数千达西。疏松性与所述粗碎屑类似的泥和细粘土的渗透性不是很好，它们的渗透率的数量级较小。这种差异可导致使用这样通常的表达方式蓄水层是作为地下水流动主要输水通道的沙或砾石层，滞水层是粘土、泥、页岩层或者其它阻碍地下水流动的不渗水岩层。与电流遵循欧姆定律一样，在地下水面下方的地下水流动也遵循达西定律。欧姆定律为I=E/R (1)其中I是电流，E是电势，以及R是电阻。达西定律为Q=k(dh/dl)(2)其中k是疏松介质的渗透率，dh是水在疏松介质中的高度差，dl是流动路径的长度，以及Q是水的流量。一个饱和区域中的水分子处于一定水位(E=dh/dl)下的情况与电子处于一定电势(E)的情况类似压力差(或高度差)越大，移动的势能越大。水流的流阻(R=1/k)与渗透率相反沉积层或岩层的渗透性越好，对水流的阻力越小。调整等式(2)并且利用E替换(dh/dl),E是水位，以及利用R替换1/k，R是水流的流阻，我们可以看到与等式(1)类似的等式(2)。Q=E/R(2)换言之，建立一个水利循环系统或集成的水利循环系统与建立一个集成电路(IC)是类似的。可以利用水位和流阻的变化系统地调节水的流量。在一种疏松介质用作一种输水通道时，可建造充填沙或充填砾石的通道在调节两个位置之间的水位时，高度差(dh)是固定的，但是可通过改变所述流动路径的长度(dl)来减小水位以使流速达到最小化。两种水利循环系统，即“蠕虫状”和“蜂窝状”(paleodyctin)的水利循环系统可利用它们不同的几何形态来控制两个位置之间的高度差。在存储水过程中的隔热以及输送水过程中的“超导性”在储存电能时，必须考虑绝缘；漏电的电池几乎没有市场价值。在存储水的过程中，很少考虑使蓄水池隔热。在开放式蓄水池中的水暴露在风中和太阳下，这样，即使蒸发作用未达到最大，也会促进水的蒸发。在输送电能时，使电阻最小化以降低能量损耗；研究超导性是为了找到一种能够在输送电能过程中以最小的电能损耗传导电能的材料。在输送水时，几乎没有考虑水的损耗或者在输送过程中的“超导性”。由于水是比较低廉的，因此没有进行太多的水资源保护。对于干旱地区的人口以及在多水地区中的城市过剩人口，水消耗的价值将不再被忽略。本专利技术的目的是在水的输送和存储的过程中使由于蒸发而消耗的水量达到最小。本专利技术利用了另一种物理原理，即水在一个部分饱和的区域中流动是一个不同于水在一个饱和区域中流动的物理过程。在靠近地表的土壤或沉积层中的水通常在白天由于地面受热而被蒸发。在热的地区蒸发得最厉害，在风化的沙漠中蒸发是最严重的。太阳能使土壤或沉积层的孔隙中的水变暖，风使干燥的空气移动，这阻止湿度处于饱和状态。由于蒸发而损失水，因此如果被蒸发的水没有被下面的水补充，在土壤或沉积层中的孔隙将完全被空气充填。在饱和区域中的水不会按照达西定律因水位在所述地下水面的上方而上升，这是因为所述地下水面是由在一个饱和区域中的地下水移动至最大高度的表面所限定的。在所述地下水面上方的未饱和区域中的水不会按照达西定律移动；在所述未饱和区域中疏松介质的孔隙内的水将按照毛细压力法则移动。在土壤或沉积层是由粘土或者非常细小的淤泥构成的情况下，所述矿物颗粒之间的孔隙直径非常非常小；小于几个微米。在土壤或沉积层中的小连接孔起到与弯曲的毛细管类似的作用。所述“弯曲的毛细管”的毛细作用力将水从所述地下水面下方的一个深度处向上吸，这与水被吸入到一个毛细管中的情况类似。所述沉积层或土壤颗粒越细，毛细管越小，毛细压力越大，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供存储水和输送水的方法，诸如从一个较大区域聚集自然降水的方法，所述方法包括，利用一种疏松介质通过一个自然或人造输送水的管道在一定水势能的作用下移动水，无需过多的能量并且使因蒸发而损耗的水量达到最小，所述疏松介质具有极小的毛细作用力并且使所述疏松介质充填到一个自然或人造蓄水池中；以及将水移动到一个网络中，水在所述网络中可直接供给用户。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：许靖华，
申请(专利权)人：许靖华，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]