一种水囊式水体动力生态提升装置及应用的制作方法

本发明涉及水环境治理、生态保护技术领域，具体涉及一种水囊式水体动力生态提升装置及应用。

背景技术：

随着我国经济的迅速发展和工业化、城镇化步伐的加快，对水资源的需求在快速增加。为了满足灌溉和景观的需求，中小河道和水渠内修建了大量的泵站对水位进行提升。

采用常规水泵进行水利提升时，水泵内叶轮转速非常高(高达2900转/分钟或1450转/分钟)，叶轮的线速度也非常高，对水体内的生物体具有很大的杀伤性；同时，水泵内部狭小的腔体也限制了大型鱼虾等水生生物的通过；现有泵站还会产生许多动植物残体，对水体产生了一定的污染。

为此，中国专利文献CN205329623 U，公开一种水体循环流动装置，该装置括气泵和循环管道，还包括有气提升管道和气管，所述的循环管道自上游至下游高于水面铺设，循环管道的铺设具有一定坡度。该现有技术利用空气压缩装置，通过在水面铺设PVC管道，将河道下游一定距离范围内的水体提升至河道上游，造成水体局部内循环。然由于该装置中管道管径通常很小(300mm)，同时气管和弯头的存在使得水体生物在通道内活动空间更小，因此现有技术存在动力提升后形成提升前后两种不同的水体生态环境的缺陷。

因此，为了保证原水系中水生生物上下游之间的联通，保证水体生物的多样性，本领域技术人员一直致力于寻求一种对小河道和水渠进行动力生态提升并可运送水生生物的装置。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的动力生态提升后形成提升前后两种不同的水体生态环境的缺陷，从而提供一种水囊式水体动力生态提升装置及应用。

本发明的技术方案如下：

一种水囊式水体动力生态提升装置，包括可形变水囊；

顶部敞口的水囊外壳；

设在所述水囊外壳下部的任一侧面的进水自动闸板，以实现水囊式水体动力生态提升装置的批次顺序进水；所述可形变水囊设在所述水囊外壳内，并与所述水囊外壳形成半封闭体系；

所述水囊外壳的上端设有出水口，以使末端出水流入下游河道；

所述水囊外壳以及出水口均高于下游河道的水位，以保证下游河道出水不返回，以及高水位河道水体不会倒灌入水体提升装置。

还包含动力装置，所述可形变水囊底部或下方设有动力通道，所述动力装置用于通过所述可形变水囊的动力通道向所述可形变水囊提供动力介质，所述动力装置和所述可形变水囊的动力通道以及所述可形变水囊形成封闭体系，并不与河道水体交换。

所述动力介质为洁净水或空气。当所述动力介质为洁净水时，所述的动力介质与河道中水体分开，不发生混合和交换，形成封闭体系。

所述可形变水囊固定在所述水囊外壳上，所述可形变水囊与所述水囊外壳的至少一个侧面之间有一定的间隙，防止所述可形变水囊在活动时形成局部死区而影响水体生物体活动，所述间隙≥0.5m。

所述半封闭体系为1组或2的倍数组。当该装置仅有1个可形变水囊、1个水囊外壳、1个进水自动闸板、1个动力装置及额外一个与外界大气相通或无顶盖敞口水池(当使用风机代替水泵时，不需要额外容器)也可以实现水体动力提升的目的。

所述水囊外壳的内壁上设有指示可形变水囊位置的高位置开关，以控制所述动力装置的启动和停止；所述可形变水囊的动力通道上设有压力装置以检测封闭体系内的压力情况从而获得可形变水囊状态，以控制所述动力装置及系统的运行。

所述压力装置上设有压力阈值，当压力达到压力阈值时，动力泵向相反方向工作。

所述半封闭体系为2的倍数组，每两组所述半封闭体系为一对，每对半封闭体系间共用一个动力装置，并通过所述可形变水囊的动力通道相连通，成对的两组半封闭体系收缩、膨胀轮换进行，收缩组的半封闭体系中可形变水囊为膨胀组的半封闭体系中的可形变水囊提供能量。

每对半封闭体系共用1个动力装置，通过动力装置控制2个可形变水囊交替执行充水和放水动作，水囊中的液压动力介质通过通道实现内部循环。通过自动程序控制的动作低水位河道的水通过进水自动闸板进入可形变水囊与水囊外壳之间的区域，当水囊内部充水时，可以将可形变水囊与水囊外壳之间的河道水体挤压到下游高水位河道中。

所述可形变水囊的动力通道中的管道通径大、水体设计流速低，通常为金属管道和混凝土管道；所述进水自动闸板为全通道式闸板，或具有防止回水功能的大型闸板通常为闸板阀或者叠梁闸，该装置的存在能实现低水位河道的水只能进水动力提升装置，而不能从该位置外排,还可以满足水体中各种大型生物均能在其中通过而不受到伤害。

所述可形变水囊采用外部设置滑动轨道，或采用内部或外部可形变拉网形状方式限定形变；所述可形变水囊为由高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编制而成的表面涂层材料为聚四氟乙烯和聚氯乙烯的有机高分子膜可形变内皮，所述水囊外壳为混凝土结构，或金属结构，或可形变有机膜结构；当为混凝土结构或金属结构时，顶部为敞口；当为可形变有机膜结构时，为全封闭结构。所述可形变水囊底部或下方设有液压动力介质(或气动介质)通道。当所述可形变水囊内为液体时应具有水密性的特点；当为气体介质时，有气密性的特点，形成封闭体系。为了实现可形变水囊按照预定方向形变，可以采用内部(或外部)可形变拉网形状限定或者外部设置滑动轨道的方式。两种方式都能防止可形变水囊与水囊外壳碰撞，给水体中体型较大的水生生物预留足够的通道。

上述的水囊式水体动力生态提升装置的应用。

当该装置仅有1个可形变水囊、1个水囊外壳、1个进水自动闸板、1个动力装置及额外一个与外界大气相通或无顶盖敞口水池(当使用风机代替水泵时，不需要额外容器)也可以实现水体动力提升的目的。

本发明还请求保护上述水囊式水体动力生态提升装置的应用。

本发明技术方案具有如下优点：

1、本发明提供的水囊式水体动力生态提升装置具有保护生态，对水体中动植物对环境生态环境基本没有任何不良影响。一般的鱼类、蟹类和部分浮游水草都能顺利通过。

2、本发明提供的水囊式水体动力生态提升装置具有装置简单，设计合理，不堵塞，故障率低，维护成本低。年运行小时在8500小时以上。

3、本发明提供的水囊式水体动力生态提升装置具有系统能耗低。在满足加大体型生物安全通过的前提条件下，可形变水囊与水囊外壳之间的腔体容积较小，动力提升的无效功也比较少；同时，一组可形变水囊收缩时，可形变水囊与水囊外壳之间水位下降所产生的重力势能也可以为另一组所吸收，减少了水泵提升的能耗。当采用两组模式时，系统效率能够保证在90％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是本发明优选的实施方式示意图；

图2是本发明优选的半封闭体系的进水阶段的示意图；

图3是本发明优选的两组半封闭体系的a组进水b组排水的示意图；

图4是本发明优选的半封闭体系的排水阶段的示意图；

附图标记：

1-可形变水囊；2-水囊外壳；3-进水自动闸板；4-高位置开关；5-压力开关；6-动力装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

本发明所使用的设备均可以从市场上购得。

本发明所用设备清单一览表：

本发明水囊式水体动力生态提升装置工作原理如下：

1.该系统是由两个阶段交互作用完成的：a组进水b组排水阶段和b组进水a组排水阶段。

2.a组进水b组排水阶段:

进水自动闸板(3)打开，进水自动闸板(9)关闭；可形变水囊(1)初始位置在高位，终了位置在低位，可形变水囊(7)初始位置在低位，终了位置在高位；水泵(6)内水流方向从可形变水囊(1)内部流向可形变水囊(7)内部。

该阶段初始时，可形变水囊(1)在较高的位置，而可形变水囊(7)在较低的位置。在水泵(6)在作用下，可形变水囊(1)内部的水通过自身底部或下方的液压动力介质通道、水泵和可形变水囊(7)底部或下方的液压动力介质通道进入可形变水囊(7)内部。同时，上游河道(低水位)的水体和水中生物在重力的作用下，通过渠道或管道进入标高更低的可形变水囊(1)和水囊外壳(2)之间的区域；可形变水囊(7)和水囊外壳(8)之间的水体在可形变水囊(7)的压力下排入下游高水位河道。由于在河道的排放口位置较高，不会存在河道内水体倒灌的风险。

当可形变水囊(7)到达最高位置时，高位置开关(10)报警，水泵(6)开始反转，阶段结束。高位置开关(10)报警也可以采用安装在管道上的高压力开关(11)来实现。

3.b组进水a组排水阶段:

进水自动闸板(3)关闭，进水自动闸板(9)打开；可形变水囊(1)初始位置在低位，终了位置在高位，可形变水囊(7)初始位置在高位，终了位置在低位；水泵(6)内水流方向从可形变水囊(7)内部流向可形变水囊(1)内部。

该阶段初始时，可形变水囊(7)在较高的位置，而可形变水囊(1)在较低的位置。在水泵(6)在作用下，可形变水囊(7)内部的水通过自身底部或下方的液压动力介质通道、水泵和可形变水囊(1)底部或下方的液压动力介质通道进入可形变水囊(1)内部。同时，上游河道(低水位)的水体和水中生物在重力的作用下，通过渠道或管道进入标高更低的可形变水囊(7)和水囊外壳(8)之间的区域；可形变水囊(1)和水囊外壳(2)之间的水体在可形变水囊(1)的压力下排入下游高水位河道。由于在河道的排放口位置较高，不会存在河道内水体倒灌的风险。

当可形变水囊(1)到达最高位置时，高位置开关(4)报警，水泵(6)开始反转，阶段结束。高位置开关(4)报警也可以采用安装在管道上的高压力开关(5)来实现。

实施例1.

本实施例提供的一种水囊式水体动力生态提升装置，如图1所示，所述

一种水囊式水体动力生态提升装置，包括可形变水囊1；

顶部敞口的水囊外壳2；

设在所述水囊外壳下部的任一侧面的进水自动闸板3，以实现水囊式水体动力生态提升装置的批次顺序进水；所述可形变水囊1设在所述水囊外壳2内，并与所述水囊外壳2形成半封闭体系；

所述水囊外壳2的上端设有出水口，以使末端出水流入下游河道；

所述水囊外壳2以及出水口均高于下游河道的水位，以保证下游河道出水不返回，以及高水位河道水体不会倒灌入水体提升装置。

还包含动力装置6，所述可形变水囊1底部或下方设有动力通道，所述动力装置用于通过所述可形变水囊1的动力通道向所述可形变水囊1提供动力介质，所述动力装置6和所述可形变水囊的动力通道以及所述可形变水囊1形成封闭体系，并不与河道水体交换。

所述动力介质为洁净水或空气。当所述动力介质为洁净水时，所述的动力介质与河道中水体分开，不发生混合和交换，形成封闭体系。

所述可形变水囊1固定在所述水囊外壳2上，所述可形变水囊1与所述水囊外壳2的至少一个侧面之间有一定的间隙，防止所述可形变水囊在活动时形成局部死区而影响水体生物体活动，所述间隙≥0.5m。

所述半封闭体系为1组或2的倍数组。当该装置仅有1个可形变水囊1、1个水囊外壳2、1个进水自动闸板3、1个动力装置6及额外一个与外界大气相通或无顶盖敞口水池，)也可以实现水体动力提升的目的；所述动力装置6为水泵或风机，当所述动力装置6为时，不需要额外容器。

所述水囊外壳2的内壁上设有指示可形变水囊1位置的高位置开关4，以控制所述动力装置的启动和停止；所述可形变水囊1的动力通道上设有压力装置5以检测封闭体系内的压力情况从而获得可形变水囊状态，以控制所述动力装置6及系统的运行。

所述压力装置5上设有压力阈值，当压力达到压力阈值时，所述动力装置6向相反方向工作。

所述半封闭体系为2的倍数组，每两组所述半封闭体系为一对，每对半封闭体系间共用一个动力装置，并通过所述可形变水囊1的动力通道相连通，成对的两组半封闭体系收缩、膨胀轮换进行，收缩组的半封闭体系中可形变水囊1为膨胀组的半封闭体系中的可形变水囊1提供能量。

每对半封闭体系共用1个动力装置6，通过动力装置6控制2个可形变水囊1交替执行充水和放水动作，可形变水囊1中的液压动力介质通过通道实现内部循环。通过自动程序控制的动作低水位河道的水通过进水自动闸板3进入可形变水囊1与水囊外壳2之间的区域，当所述可形变水囊1内部充水时，可以将所述可形变水囊1与所述水囊外壳2之间的河道水体挤压到下游高水位河道中。

所述可形变水囊1的动力通道中的管道通径大、水体设计流速低，通常为金属管道和混凝土管道；所述进水自动闸板3为全通道式闸板，或具有防止回水功能的大型闸板通常为闸板阀或者叠梁闸，该装置的存在能实现低水位河道的水只能进水动力提升装置，而不能从该位置外排,还可以满足水体中各种大型生物均能在其中通过而不受到伤害。

所述可形变水囊1采用外部设置滑动轨道，或采用内部或外部可形变拉网形状方式限定形变；所述可形变水囊1为由高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编制而成的表面涂层材料为聚四氟乙烯和聚氯乙烯的有机高分子膜可形变内皮，所述水囊外壳为混凝土结构，或金属结构，或可形变有机膜结构；当为混凝土结构或金属结构时，顶部为敞口；当为可形变有机膜结构时，为全封闭结构。所述可形变水囊1底部或下方设有液压动力介质(或气动介质)通道。当所述可形变水囊1内为液体时应具有水密性的特点；当为气体介质时，有气密性的特点，形成封闭体系。为了实现可形变水囊1按照预定方向形变，可以采用内部(或外部)可形变拉网形状限定或者外部设置滑动轨道的方式。两种方式都能防止可形变水囊1与水囊外壳2碰撞，给水体中体型较大的水生生物预留足够的通道。

实施例2.

(1)使用本发明装置对山东某河道水质进行提升。

主要参数如下：上游河道宽度为30m，水深为2m，提升高度为5m，提升水量为10000m³/h；下游河道宽度为30m，水深为2m；水体中最大生物体按照0.5m×1m×2m考虑。水囊外壳尺寸为12m×15m×15m，可形变水囊尺寸为10m×13m×14m。设计单次最大进水量为400m³，生物通道容积为250m³,腔体容积为700m³，单次动作时间为2.5分钟，总提升量为10000m³/h。水泵设计水量为16250m³/h，扬程为8.5m。进水自动闸板开口尺寸为1m×1.5m,能满足最大生物体通过提升装置进入下游高水位河道而不受影响。

(2)使用本发明水囊式水体动力生态提升装置对水体提升的效果验证

该实施案例完全达到了设计所需水量和水位抬升高度。同时，水体中的生物多样性也未产生较大的影响。

注：从表中数据可以看出，采用常规动力提升水体装置(水泵)后，水体中活体生物体型很小，大型水生生物基本绝迹；而采用本发明中，动力提升前后活体生物体型相差不大，大型水生生物未受到动力提升装置的影响，因此说该发明是一种生态装置。

显然以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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。