一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置

1.本实用新型属于水污染治理装置技术领域，涉及一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置。


背景技术：

2.城市景观水体是城市基础设施中必不可少的部分，具有洪涝调蓄、城市美化的功能，在城市生态环境中起着举足轻重的作用。随着城市化的快速发展，景观水受到人类活动的影响日益显著，景观水体水质不断下降。除了污水和污染径流的汇入以外，城市景观水水域存在形状不规则、多弯区域，导致频繁出现死水区与缓流区，致使水体置换时间较长、污染物的迁移扩散缓慢，加剧了水质的恶化。
3.引水冲污是指通过引调清水，加大河道流量，提高流速，冲刷污染物，达到改善水质的目的。使用引水冲污改善城市景观水水质需要丰富的水量资源和较高的运行成本，因此，水资源缺乏的地区难以使用引水冲污治理城市景观水污染。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置，解决了现有技术中存在的水资源缺乏的地区难以使用引水冲污治理城市景观水污染的问题。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置，包括在景观水河道的断面沿景观水河道的延伸方向修建的多个闸门，每个闸门位于景观水河道的上下两侧分别为上游河道和下游河道，每个闸门对应的上游河道和下游河道的一侧均设置有液位传感器和水质在线监测装置，闸门还连接有启闭机，闸门底部均匀设置有多个泄流孔，泄流孔处安装有电磁阀，还包括控制器，液位传感器、水质在线监测装置、启闭机及电磁阀均通过线缆电连接控制器。
6.电磁阀内置有开关控制器，开关控制器通过线缆电连接控制器。
7.闸门、启闭机及控制器一一对应设置，每个闸门对应的上游河道和下游河道设置的液位传感器和水质在线监测装置以及对应的电磁阀和开关控制器连接在与该闸门对应的控制器上。
8.启闭机、控制器固定于与其对应的上游河道的堤岸上。
9.泄流孔位于闸门两侧，位于闸门两侧靠近底部的位置处，且纵向均匀设置有多个。
10.本实用新型的有益效果是：
11.本实用新型通过在在景观水河道的某断面修建的闸门将景观水河道划分为上游河道和下游河道，当蓄水水位达到一定高度时，快速开启闸门，形成人为洪水，加大河道流量，提高流速，冲刷污染物，达到改善下游河道水质的目的，当泄水完成后，关闭闸门再次开始蓄水，重复整个蓄泄水过程，实现城市景观水体水质的持续改善，能够在水资源缺乏的地区实现引水冲污的效果，同时，实现自动化控制，一定程度上节省了人力资源。
附图说明
12.图1是本实用新型一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置中闸门设置示意图；
13.图2是本实用新型一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置的结构示意图；
14.图3是本实用新型一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置的中泄流孔的设置示意图；
15.图4是本实用新型一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置的电路连接示意图。
16.图中，1.景观水河道，2.闸门，3.上游河道，4.下游河道，5.开关控制器，6.启闭机，7.控制器，8.液位传感器，9.水质在线监测装置，10.泄流孔，11.电磁阀。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
18.本实用新型一种基于缓蓄快放的城市景观水水质调控装置，其结构如图1所示，包括在景观水河道1的断面沿景观水河道1的延伸方向修建的多个闸门2，每个闸门2位于景观水河道1的上下两侧分别为上游河道3和下游河道4，如图2所示，每个闸门2对应的上游河道3和下游河道4的一侧均设置有液位传感器8和水质在线监测装置9，闸门2还连接有启闭机6，如图3所示，闸门2底部均匀设置有多个泄流孔10，泄流孔10处安装有电磁阀11，还包括控制器7，如图4所示，液位传感器8、水质在线监测装置9、启闭机6及电磁阀11均通过线缆电连接控制器7。
19.电磁阀11内置有开关控制器5，开关控制器5通过线缆电连接控制器7。
20.闸门2、启闭机6及控制器7一一对应设置，每个闸门2对应的上游河道3和下游河道4设置的液位传感器8和水质在线监测装置9以及对应的电磁阀11和开关控制器5连接在与该闸门2对应的控制器7上。
21.启闭机6、控制器7固定于与其对应的上游河道3的堤岸上。
22.泄流孔10位于闸门2两侧，位于闸门2两侧靠近底部的位置处，且纵向均匀设置有多个。
23.本实用新型的工作原理为：针对任意闸门2，关闭闸门2和对应的电磁阀11，蓄积水量，设置于上游河道3的液位传感器8实时监测水位，并将水位监测信息传递给控制器7。设置于下游河道4的水质监测装置9实时监测水质，并将水质监测信息传递给控制器7，监测指标包括ph、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、总磷等，确定《地表水环境质量标准gb 3838
‑
2002》iv类标准为景观水水质阈值，即低于iv类标准的水体已超标，控制器7使用神经网络工具箱预测构建水质预测模型，预测下游河道4的水质，根据水质预测结果，估计水质超标时间，在水质超标前，控制器7控制启闭机6打开闸门2，实现快速泄流，冲刷污染物，达到改善下游河道水质的目的。泄流过程完成时，控制器7控制启闭机6关闭闸门，进行下一次蓄水过程。
24.针对降雨或来水量增加且下游水质仍然达标情况下，为保证蓄水安全，控制器7控制开关控制器5开启一定数量的电磁阀11，将多余的水量通过泄流孔泄放，随着上游河道3的水位下降，逐个关闭一定数量的电磁阀11，继续蓄水。
25.本实用新型的水质监测装置9可采用hach公司生产的ms9000多参数水质监测仪、
武汉正元环境科技股份有限公司生产的zxcm
‑
500系列水质在线分析仪、xylem公司生产的tcu/tpn111总氮总磷全自动在线分析仪等。
26.本实用新型通过在景观水河道上修建多级闸门2，利用闸门蓄积上游小流量来水，再通过快速泄流的方法实现对河道的冲污。如图1所示，在景观水河道1的某断面修建的闸门2将景观水河道1划分为上游河道3和下游河道4，当蓄水水位达到一定高度时，快速开启闸门，形成人为洪水，加大河道流量，提高流速，冲刷污染物，达到改善下游河道水质的目的，当泄水完成后，关闭闸门再次开始蓄水，重复整个蓄泄水过程，实现城市景观水体水质的持续改善。由于河床糙率的影响和河道的调蓄作用，洪水在传播过程中将不断坦化。随着洪水向下游传播，沿程各断面的洪峰流量不断减小，当洪水传播至某段面时将无法改善水体流动性，则在河道此处修建第二级闸门继续蓄水，该闸门继续重复第一级闸门的操作。此方法重复使用在整个景观水河道，可加大景观水体的整体流动性，改善景观水体水质。
27.(1)每个闸门2上游河道3的蓄水位由式(1)确定：
[0028][0029]
式中，为蓄水位，为河岸高程，d为安全超高，m，取景观水河道深度的10％。
[0030]
根据蓄水位和河道地形地势，结合《水闸设计规范sl 265
‑
2016》确定每个闸门尺寸。
[0031]
闸门迅速打开产生的泄流过程可描述为突发洪水过程，洪水向下游传播，在下游断面形成洪峰。在某一断面出现的最大流量可由模型实验、数值模拟和经验公式确定，如式(2)和式(3)所示。
[0032][0033][0034]
式中，q
m
为闸门断面最大流量，m3/s；m为河道断面形状指数，由a＝δhm确定，a为过水面积，h为一定过水面积对应的水深，m、δ均为断面形状指数，一般矩形断面m＝1，三角形断面m＝2，30
°
、45
°
、60
°
坡角的梯形河谷m值估计为1.56、1.45、1.38；b0为闸门宽度，m；g为重力加速度，m/s2；h0为闸前蓄水深度，m，q
lm
为距离坝址l处断面的最大流量，m3/s；w为闸前蓄水体积，m3；l为断面与闸门之间的距离，m；v为洪水期河道断面的流速，m/s；k为经验系数；根据黄河水利科学研究院的研究结果，山区、半山区、平原区河道的vk分别宜采用7.15、4.76、3.13。
[0035]
q
lm
随着断面与闸门距离的增加而减小，当q
lm
减小至与建立闸门前原河道流量相等或低于原河道流量时，说明此次洪水过程带来的能量已减小到无法改善水体流动性，因此可在此处设置第二级闸门，继续蓄水，重复第一级闸门的操作。
[0036]
本实用新型设置于上游河道的液位传感器实时监测水位，并将水位监测信息传递给控制器。通过水质在线监测装置实时监测下游河道水质，并将水质监测信息传递给控制器，监测指标包括温度、ph、溶解氧、总磷、化学需氧量等。确定《地表水环境质量标准gb 3838
‑
2002》iv类限值为景观水水质阈值，即监测指标不满足iv类标准时，认为水质已超标。
控制器通过水质预测模型，实现对下游河道水质的预测。根据水质预测结果，估计下游河道水质超标时间，在水质超标前，控制器控制启闭机开启闸门。
[0037]
在闸门上设置数个泄流孔，泄流孔的一侧设有电磁阀和开关控制器。针对降雨或来水量增加且下游水质仍然达标情况下，为保证蓄水安全，可打开电磁阀，使多余水量通过泄流孔泄放。