一种多级多污染物分流配水系统

本发明属于水利、水环境设施技术装备领域，涉及一种根据出水流量等级、不同水质指标浓度等级和管路配置等要求对较大来水流量和较高水质指标液体进行自动准确分流并汇集输送到不同目的地的技术装备体系，具体涉及一种多级多污染物分流配水系统。

背景技术：

1、在野外进行水质水动力学试验研究时，经常需要设置不同进水流量和不同入流污染物浓度的组合以研究多种复杂工况下的试验情景。为了满足不同试验进水流量、不同入流污染物浓度等要求，通常是通过配置多台小流量水泵或蠕动泵的组合来满足试验需求。但是，不同于实验室科研设施设备齐全先进、可根据试验情景采用不同泵型抽取不同流量和不同浓度污染物溶液的良好条件，野外水质水动力学试验现场场地有限、保障维护设施欠缺，通常无法对同时开展多个(>10)情景试验的多套/台设备仪器进行有效的布置和维护，损毁风险极大。同时，现有的符合国标的流水线生产的水泵型号包括流量和扬程的量级组合基本定型，野外试验所需的流量大小有时是无法通过不同型号水泵的组合能够满足的。即使是多级可调节水泵，其流量条件区间和间隔有限，无法根据试验要求任意调节到所需要的流量等级。当进水需要不同的污染物浓度梯度时会使上述情况变得更加复杂，所需的设施设备将极大增加。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种多级多污染物分流配水系统，根据试验流量的变化区间、试验进水多种污染物浓度的梯度设置，配置一台满足最大组合流量要求或考虑到经济性、灵活性等配置二至三台流量稍小的潜水泵组合来满足试验设计的所有试验情景流量组合相加的流量大小需求，通过本发明的分流配水装置将较少供水单元的来水分配到较多的需水单元，再结合不同污染物的高浓度储备液和微流量蠕动泵，最终通过本发明装置系统，实现对多种试验情景同时开展时不同试验情景所需的分流流量和分流污染物浓度进行精确自动分配，具有建设运行成本低、管理维护简单、耐候性好、推广性强等特点。

2、本发明属于一种结合定水头小孔出流理论和质量守恒理论的装置系统。在大多数水力学试验中，有许多基于溢流堰的定水头出流装置以保证试验过程中试验流量的稳定。不同的是，本发明结合设计流量梯度、设计浓度梯度、背景水流浓度和质量守恒定律，通过本装置系统上不同高浓度污染物储备液水箱、不同转速蠕动泵和不同溢流箱体出流孔口的组合，本装置系统能够满足同时开展多个不同流量和不同污染物浓度组合的试验需求。

3、为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种多级多污染物分流配水系统，包括多个上端面开口的溢流箱体、多个用于收集多个溢流箱体出流的集水槽、多个用于储存高浓度污染物储备液的水箱和多台用于抽取水箱内水体的蠕动泵，所述水箱和蠕动泵的数量相同，溢流箱体的数量比集水箱的数量多一个，多个所述溢流箱体中一个为用于分流外界输入的带有背景浓度污染物的天然水体的主流溢流箱体，剩余的均为用于分流外界天然水体和水箱出流的高浓度污染物的混合水体的污染物溢流箱体，每个集水槽均位于两个溢流箱体的中间，主流溢流箱体与一个集水槽匹配设置，每一个或相邻的两个污染物溢流箱体与一个集水槽匹配设置；所述溢流箱体内设有将其分为溢流室和出流室两部分空间的隔流板，所述溢流室内设有将其分为紊流室和静流室两部分空间的阻流板，所述隔流板和阻流板均沿溢流箱体宽度方向竖直放置，所述阻流板上设有密布的过流孔，所述隔流板总高度低于溢流箱体高度以留出溢流空间，所述静流室位于出流室和紊流室之间，靠近紊流室的溢流箱体宽度方向的侧壁上设有与进水管道相连的进水管接口，靠近所述出流室的溢流箱体宽度方向的侧壁上设有与尾水管道相连的尾水管接口，位于静流室范围内的溢流箱体长度方向的一侧侧壁上交错分布多个不同水头高度和直径的出流孔口，且出流孔口位于靠近与该溢流箱体匹配的集水槽一侧的侧壁上；

5、所述集水槽为上端面完全敞口的箱体，集水槽内腔沿其长度方向通过隔板分隔为与溢流箱体上出流孔口相同数目的隔间，每个出流孔口与一个隔间相对设置，每个隔间下部侧壁上分别有一个与外部管道相连的出水管接口，并通过直插方式与外部出水管相连；溢流箱体上出流孔口的高度高于集水槽上端口的高度；

6、每个水箱均通过一个水流细管与一个污染物溢流箱体的进水接口连通，每个水流细管的中部均与一个蠕动泵连通。

7、进一步的，所述阻流板的个数为两个，两个所述阻流板间隔设置，沿溢流箱体内水流流动方向，第一阻流板上的过流孔直径大于第二阻流板上的过流孔直径，第一阻流板上的孔口数量少于第二阻流板上的孔口数量，且两个阻流板上过流孔的直径均小于进水管接口的内径。

8、进一步的，所述隔流板包括下部固定隔流板和上部移动隔流板，下部固定隔流板固定在溢流箱体底面及侧壁上，上部移动隔流板的两侧及底边固定有磁吸条，上部移动隔流板通过其磁吸条与下部固定隔流板组成整体，通过移动上部移动隔流板位置可调节整体隔流板高度进而改变溢流箱体内的水深。

9、进一步的，多个所述溢流箱体上的出流孔口数量相同，均为8-16个，出流孔口与溢流箱体内侧底面之间的距离大于3cm，出流孔口的直径根据小孔出流理论计算得到，出流孔口的直径小于1/10出流孔口水头高度即出流孔口中心点以上的水深；每个溢流箱体上的总孔口流量等于对应的设计流量，每个溢流箱体上的总孔口流量大小根据试验设计流量等级和不同污染物的浓度等级基于连续性方程计算得到。

10、进一步的，所述隔间的宽度与相邻两个出流孔口的间距相同，所述隔间的中心线与其收集出流的对应所述出流孔口的中心线对齐。

11、进一步的，所述集水槽的宽度由出流孔口的出流在集水槽上端面上的落点之间沿出流方向的最大距离确定；所述隔流板高度低于阻流板的高度和溢流箱体的高度，隔流板的高度根据溢流箱体上出流孔口的最大孔口水头和出流孔口距箱体底部距离确定；隔流板上边缘低于溢流箱体上端面的高度即为定水头溢流缺口高度，定水头溢流缺口高度为2cm；所述溢流箱体的高度根据出流孔口的最大孔口水头、定水头溢流缺口高度及孔口距箱体底面高度确定，多个溢流箱体的高度相同。

12、进一步的，所述溢流箱体置于第一立体支撑框架上，所述集水箱置于第二立体支撑框架上，所述集水槽的宽度受集水槽上端面高度制约，集水槽宽度需结合小孔出流和自由落体理论联合确定；集水槽上端面高度低于溢流箱体底面高度，第二立体支撑框架高度与集水槽高度的比值一般为1:1-2:1。

13、进一步的，所述系统还包括用于蠕动泵野外防护的储物箱，在所述储物箱的两侧侧壁上均开有用于外部水流细管穿孔的孔口，在所述储物箱的后侧侧壁上开有用于外部电源线穿孔的孔口；所述水箱上部设有用于外部水流细管穿孔的孔口，水箱下部设有可排空箱内水体的排水阀管，所述水流细管一端通过水箱上部孔口直接穿孔伸入到水箱底部并绑扎重物稳定，所述水流细管的出流端通过卡扣固定在紊流室内靠近进水管结构的阻流板下部。

14、进一步的，所述溢流箱体上端面的四个侧边均添加了直角折边并焊接牢固，所述进水管接口和尾水管接口均通过螺纹口与外部水管相连；所述水箱顶部含有可螺旋的箱盖；所述水流细管为硅胶管。

15、进一步的，所述溢流箱体、隔流板、阻流板、进水管接口、尾水管接口、集水槽和隔间均采用不锈钢或镀锌铁皮材料制成，前述所有部件均通过电焊连接牢固。

16、本发明的有益成果是，根据现场试验流量和不同污染物浓度的级配组合需求，在水箱中配置合适高浓度的不同污染物储备液、设置适宜的蠕动泵转速、确定溢流箱体上合适的开孔大小和水头高度，实现对出流流量和出流浓度的精细化控制。同时，通过出流室的尾水收集，能够有效避免弃水，节约水资源。本发明结构简单、操作简便、运行维护方便。