本發(fā)明屬于水環(huán)境治理領(lǐng)域，特別涉及一種單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

水環(huán)境是自然生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，但伴隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展與城市化進(jìn)程的加快，水環(huán)境惡化已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。各級(jí)政府及其相關(guān)職能部門(mén)也已經(jīng)把水環(huán)境改善與修復(fù)列入了議事日程，并在實(shí)踐中不斷探索改善水環(huán)境尤其是修復(fù)城市河流水環(huán)境的良方。平原地區(qū)地勢(shì)低平，河道水體流動(dòng)性差，自凈能力弱，容易形成死水，長(zhǎng)期以往，會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)境、居民宜居適應(yīng)性、工農(nóng)業(yè)發(fā)展等造成非常嚴(yán)重的負(fù)面影響。如何改善平原地區(qū)河湖水質(zhì)的狀況，目前采用得較多的是引清調(diào)水方法，它是水體修復(fù)的一種物理方法，是在有條件的地方通過(guò)引入相對(duì)清潔的水體，達(dá)到改善水環(huán)境的目的。目前這種方法在國(guó)內(nèi)外有較多成功的實(shí)例，如荷蘭veluwemeetr湖的引換水工程，國(guó)內(nèi)的浦東河網(wǎng)調(diào)水工程、引江濟(jì)太工程、玄武湖引水工程、西湖引水工程等都取得了一定的成效。但如果調(diào)水措施不合理，引清調(diào)水很可能會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，并且建設(shè)和運(yùn)行成本高。因此，迫切需要尋找更多的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的河道水環(huán)境治理技術(shù)，其中針對(duì)不易封閉的單一河道和斷頭河道的水環(huán)境治理需要有效的治理技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)，具有三種實(shí)現(xiàn)模式，包括單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式、單一河道與生態(tài)浮床的組合模式和單一河道與濕地的組合模式。單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式包括：上游擋水墻、溢流墻、下游擋水墻、動(dòng)力泵、進(jìn)水管、流量控制閥、出水管、濕地、凈化池入水口、生態(tài)浮床、可移動(dòng)清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之間分別設(shè)置上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻，上游擋水墻和溢流墻之間形成治理河段，溢流墻和下游擋水墻之間形成凈化池；在治理河段里設(shè)有進(jìn)水管，進(jìn)水管連接動(dòng)力泵，并經(jīng)過(guò)流量控制閥與出水管相連，出水管的射流經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)濕地后由凈化池入水口流入凈化池，在凈化池中設(shè)置若干個(gè)生態(tài)浮床；溢流墻的頂部高超低于下游擋水墻，使凈化池的水位超出溢流墻的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段中；單一河道與生態(tài)浮床的組合模式包括：上游擋水墻、溢流墻、下游擋水墻、動(dòng)力泵、進(jìn)水管、流量控制閥、出水管、生態(tài)浮床、可移動(dòng)清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之間分別設(shè)置上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻，上游擋水墻和溢流墻之間形成治理河段，溢流墻和下游擋水墻之間形成凈化池；在治理河段里設(shè)有進(jìn)水管，進(jìn)水管連接動(dòng)力泵，并經(jīng)過(guò)流量控制閥與出水管相連，出水管的射流經(jīng)過(guò)明渠由凈化池入水口流入凈化池，在凈化池中設(shè)置若干個(gè)生態(tài)浮床；溢流墻的頂部高超低于下游擋水墻，使凈化池的水位超出溢流墻的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段中；單一河道與濕地的組合模式包括：上游擋水墻、溢流墻、下游擋水墻、動(dòng)力泵、進(jìn)水管、流量控制閥、出水管、濕地、凈化池入水口、可移動(dòng)清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之間分別設(shè)置上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻，上游擋水墻和溢流墻之間形成治理河段，溢流墻和下游擋水墻之間形成凈化池；在治理河段上設(shè)有進(jìn)水管，進(jìn)水管連接動(dòng)力泵，并經(jīng)過(guò)流量控制閥與出水管相連，出水管的射流經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)濕地后再由凈化池入水口流入凈化池；溢流墻的頂部高超低于下游擋水墻，使凈化池的水位超出溢流墻的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段中。

作為優(yōu)選，還包括太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、輸電線、配電單元和自備電源，太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)布置在泵站房屋面上，太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和自備電源通過(guò)輸電線經(jīng)過(guò)配電單元與動(dòng)力泵和可移動(dòng)清淤泵相連。

作為優(yōu)選，部分所述的進(jìn)水管、部分所述的出水管、流量控制閥、動(dòng)力泵和配電單元布置在泵站房?jī)?nèi)。

作為優(yōu)選，所述的上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻采用橡膠壩、臥倒門(mén)、疊梁門(mén)或已有節(jié)制閘；所述的治理河段隨著上游擋水墻和溢流墻的完全支起而形成，隨著上游擋水墻和溢流墻的完全放下而恢復(fù)；所述的凈化池隨著溢流墻和下游擋水墻的完全支起而形成，隨著溢流墻和下游擋水墻的完全放下而消失。

作為優(yōu)選，可移動(dòng)清淤泵與清淤管道安裝在凈化池中，并利用配電單元供電，達(dá)到定期清淤的目的。

一種利用所述系統(tǒng)的單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理方法，具體為：當(dāng)需要進(jìn)行單一河道水環(huán)境治理時(shí)，上游擋水墻和溢流墻完全支起，形成治理河段，溢流墻和下游擋水墻完全支起，形成凈化池，治理河段靠近上游擋水墻一端的水在動(dòng)力泵所提供的動(dòng)力作用下，經(jīng)過(guò)進(jìn)水管和出水管后進(jìn)行生態(tài)凈化，當(dāng)凈化池的水位超出溢流墻的頂高程后，凈化后的水體會(huì)以堰流形式流回至治理河段另一端中，從而形成平面環(huán)流，使得河流的流動(dòng)性得到增強(qiáng)，河流的溶解氧量和水環(huán)境容量得到提高；同時(shí)，在凈化池中沉淀下來(lái)的部分污染物質(zhì)通過(guò)可移動(dòng)清淤泵定期清淤，并利用清淤管道排出，達(dá)到去除污染物質(zhì)的目的，從而提升河流的水質(zhì)；當(dāng)河流水質(zhì)改善到一定程度后，完全放下上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻，恢復(fù)原河流，避免對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)和航運(yùn)造成大的影響。

作為優(yōu)選，所述的水流的流量由流量控制閥控制，動(dòng)力泵和可移動(dòng)清淤泵的電力由太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和自備電源在配電單元的控制下互補(bǔ)提供。

作為優(yōu)選，出水管末端采用射流方式出水，射出的水體與空氣進(jìn)行充分接觸、曝氣，從而揮發(fā)水中的一些污染物質(zhì)，并大幅度增加水中溶解氧含量。

作為優(yōu)選，出水管射出的水體經(jīng)過(guò)濕地、生態(tài)浮床或者其他類(lèi)型的水凈化處理設(shè)施及其組合凈化后，經(jīng)過(guò)凈化池直接溢入治理河段中。

本發(fā)明通過(guò)在河道上設(shè)置上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻，分別形成了治理河段和凈化池，對(duì)受污染河道進(jìn)行治理。本發(fā)明具有運(yùn)行費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資節(jié)省、操作方便、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在城市化快速發(fā)展和能源、水環(huán)境危機(jī)的背景下極具研究推廣價(jià)值，它能有效地改善河網(wǎng)復(fù)雜地區(qū)的河流水質(zhì)，提高水體流速，增加河流水環(huán)境容量，并且對(duì)河流生態(tài)和航運(yùn)影響小。

附圖說(shuō)明

圖1是單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式正視示意圖；

圖2是單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式平面示意圖；

圖3是單一河道與生態(tài)浮床的組合模式正視示意圖；

圖4是單一河道與生態(tài)浮床的組合模式平面示意圖；

圖5是單一河道與濕地的組合模式正視示意圖；

圖6是單一河道與濕地的組合模式平面示意圖。

圖1～6中附圖標(biāo)記分別為：上游河段1、下游河段2、上游擋水墻3、溢流墻4、治理河段5、下游擋水墻6、凈化池7、泵站房8、動(dòng)力泵9、進(jìn)水管10、流量控制閥11、出水管12、泵站房屋面13、太陽(yáng)能電池板14、風(fēng)力發(fā)電機(jī)15、輸電線16、配電單元17、自備電源18、濕地19、凈化池入水口22、生態(tài)浮床23、可移動(dòng)清淤泵24、清淤管道25和明渠26。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒(méi)有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明中單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)方式包括：擋水墻、溢流墻、動(dòng)力泵、進(jìn)水管、流量控制閥、出水管、可移動(dòng)清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之間分別設(shè)置擋水墻和溢流墻，兩者之間形成一個(gè)用于蓄水池或蓄水段；在上游河段中設(shè)有進(jìn)水管，進(jìn)水管連接動(dòng)力泵，并經(jīng)過(guò)流量控制閥與出水管相連，出水管將從上游河段抽取的水體注入該水池中，然后水溢流進(jìn)入下游河段，溢流過(guò)程中水體含氧量得到提升。

下面提供幾種將上述系統(tǒng)與其他水體凈化系統(tǒng)進(jìn)行組合的方式，使其更好地應(yīng)用于實(shí)際的河道治理中。該系統(tǒng)有三種實(shí)現(xiàn)模式，單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式、單一河道與生態(tài)浮床的組合模式和單一河道與濕地的組合模式，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)河道的水質(zhì)情況和當(dāng)?shù)氐匦?、水文等條件選擇合適的模式。

如圖1、2所示，單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)中的單一河道與生態(tài)浮床和濕地的組合模式，包括上游擋水墻3、溢流墻4、下游擋水墻6、動(dòng)力泵9、進(jìn)水管10、流量控制閥11、出水管12、濕地19、凈化池入水口22、生態(tài)浮床23、可移動(dòng)清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之間分別設(shè)置上游擋水墻3、溢流墻4和下游擋水墻6，上游擋水墻3和溢流墻4之間形成治理河段5，溢流墻4和下游擋水墻6之間形成凈化池7；在治理河段5里設(shè)有進(jìn)水管10，進(jìn)水管10連接動(dòng)力泵9，并經(jīng)過(guò)流量控制閥11與出水管12相連，出水管12的射流經(jīng)過(guò)濕地19凈化再由凈化池入水口22流入凈化池7，在凈化池7里通過(guò)生態(tài)浮床23再次凈化；當(dāng)凈化池7的水位超出溢流墻4的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段5中。

如圖3、4所示，單一河道與生態(tài)浮床的組合模式包括上游擋水墻3、溢流墻4、下游擋水墻6、動(dòng)力泵9、進(jìn)水管10、流量控制閥11、出水管12、生態(tài)浮床23、可移動(dòng)清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之間分別設(shè)置上游擋水墻3、溢流墻4和下游擋水墻6，上游擋水墻3和溢流墻4之間形成治理河段5，溢流墻4和下游擋水墻6之間形成凈化池7；在治理河段5里設(shè)有進(jìn)水管10，進(jìn)水管10連接動(dòng)力泵9，并經(jīng)過(guò)流量控制閥11與出水管12相連，出水管12的射流經(jīng)過(guò)明渠26由凈化池入水口22流入凈化池7，在凈化池7里通過(guò)生態(tài)浮床23凈化；當(dāng)凈化池7的水位超出溢流墻4的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段5中。

如圖5、6所示，單一河道與濕地的組合模式包括上游擋水墻3、溢流墻4、下游擋水墻6、動(dòng)力泵9、進(jìn)水管10、流量控制閥11、出水管12、濕地19、凈化池入水口22、可移動(dòng)清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之間分別設(shè)置上游擋水墻3、溢流墻4和下游擋水墻6，上游擋水墻3和溢流墻4之間形成治理河段5，溢流墻4和下游擋水墻6之間形成凈化池7；在治理河段5上設(shè)有進(jìn)水管10，進(jìn)水管10連接動(dòng)力泵9，并經(jīng)過(guò)流量控制閥11與出水管12相連，出水管12的射流經(jīng)過(guò)濕地19凈化再由凈化池入水口22流入凈化池7；當(dāng)凈化池7的水位超出溢流墻4的頂高程后，凈化后的水體以堰流的形式流回至治理河段5中。

單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)還可以包括：太陽(yáng)能電池板14、風(fēng)力發(fā)電機(jī)15、輸電線16、配電單元17和自備電源18，太陽(yáng)能電池板14和風(fēng)力發(fā)電機(jī)15布置在泵站房屋面13上，太陽(yáng)能電池板14、風(fēng)力發(fā)電機(jī)15和自備電源18通過(guò)輸電線16經(jīng)過(guò)配電單元17與動(dòng)力泵9和可移動(dòng)清淤泵24相連。部分所述的進(jìn)水管10、部分所述的出水管12、流量控制閥11、動(dòng)力泵9和配電單元17布置在泵站房8內(nèi)。上游擋水墻3、溢流墻4和下游擋水墻6由橡膠壩、臥倒門(mén)或疊梁門(mén)構(gòu)成，也可以用已有節(jié)制閘因地制宜代替；治理河段5隨著上游擋水墻3和溢流墻4的完全支起而形成，隨著上游擋水墻3和溢流墻4的完全放下而恢復(fù)；凈化池7隨著溢流墻4和下游擋水墻6的完全支起而形成，隨著溢流墻4和下游擋水墻6的完全放下而消失?？梢苿?dòng)清淤泵24與清淤管道25安裝在凈化池7中，并利用配電單元17供電，達(dá)到定期清淤的目的。

基于上述系統(tǒng)的單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理方法是：當(dāng)需要進(jìn)行單一河道水環(huán)境治理時(shí)，上游擋水墻3和溢流墻4完全支起，形成治理河段5，溢流墻4和下游擋水墻6完全支起，形成凈化池7，治理河段5靠近上游擋水墻3一端的水在動(dòng)力泵9所提供的動(dòng)力作用下，經(jīng)過(guò)進(jìn)水管10和出水管12后進(jìn)行生態(tài)凈化，當(dāng)凈化池7的水位超出溢流墻4的頂高程后，凈化后的水體會(huì)以堰流形式流回至治理河段5另一端中，從而形成平面環(huán)流，使得河流的流動(dòng)性得到增強(qiáng)，河流的溶解氧量和水環(huán)境容量得到提高；同時(shí)，在凈化池7中沉淀下來(lái)的部分污染物質(zhì)通過(guò)可移動(dòng)清淤泵24定期清淤，并利用清淤管道25排出，達(dá)到去除污染物質(zhì)的目的，從而提升河流的水質(zhì)；當(dāng)河流水質(zhì)改善到一定程度后，完全放下上游擋水墻3、溢流墻4和下游擋水墻6，恢復(fù)原河流，避免對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)和航運(yùn)造成大的影響。所述的水流的流量由流量控制閥11控制，動(dòng)力泵9和可移動(dòng)清淤泵24的電力由太陽(yáng)能電池板14、風(fēng)力發(fā)電機(jī)15和自備電源18在配電單元17的控制下互補(bǔ)提供。出水管12出口采用射流形式，可通過(guò)調(diào)節(jié)角度使射出的水體可以與空氣進(jìn)行充分接觸、曝氣，從而揮發(fā)水中的一些污染物質(zhì)，并大幅度增加水中溶解氧含量。出水管12射出的水體經(jīng)過(guò)濕地19、生態(tài)浮床23或者其他類(lèi)型的水凈化處理設(shè)施及其組合凈化后，經(jīng)過(guò)凈化池7直接溢入治理河段5中。

本發(fā)明針對(duì)需要提升水質(zhì)的單一河道，根據(jù)水流走向在上下游適當(dāng)位置分別建設(shè)構(gòu)成上游擋水墻、溢流墻和下游擋水墻的橡膠壩或臥倒門(mén)或疊梁門(mén)，如果河道一端封閉形成斷頭河，則下游處不需要再另行設(shè)置擋水墻，這些擋水墻或溢流墻都可以利用已有節(jié)制閘因地制宜代替，在河流側(cè)岸上或跨河流建設(shè)泵站，安裝進(jìn)水管、流量控制閥、出水管等，在泵站房的屋面上鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板和安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在泵站房?jī)?nèi)安裝配電單元，連接輸電線，河流水質(zhì)生態(tài)凈化處理包括將出水管連接到濕地中再在凈化池里安裝生態(tài)浮床，或者只設(shè)置濕地或者生態(tài)浮床，濕地不僅可以是天然濕地或人工濕地也可以根據(jù)規(guī)模大小布置2個(gè)及以上，之間用過(guò)渡明渠連接形成串聯(lián)或者并聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)。當(dāng)需要進(jìn)行單一河道水質(zhì)提升時(shí)，上游擋水墻和溢流墻完全支起，形成治理河段，溢流墻和下游擋水墻完全支起，形成凈化池，開(kāi)啟動(dòng)力泵和流量控制閥，調(diào)節(jié)流量控制閥使得水流流量大小合適，從而使得治理河流獲得相對(duì)穩(wěn)定的水動(dòng)力環(huán)境，根據(jù)河流水環(huán)境治理目標(biāo)設(shè)定單一河道水質(zhì)提升系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，可以利用生態(tài)浮床技術(shù)或者濕地凈化功能達(dá)到水質(zhì)處理的目的，并利用可移動(dòng)清淤泵對(duì)凈化池底部的污染物進(jìn)行定期清淤，用清淤管道排走，當(dāng)河流水質(zhì)改善到一定程度后，可以根據(jù)需要關(guān)閉單一河道內(nèi)溢式水環(huán)境治理系統(tǒng)，完全放下?lián)跛畨?，恢?fù)原河流，避免對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)和航運(yùn)造成大的影響。

本發(fā)明既適用于單一河流，也適用于斷頭河。本發(fā)明的濕地既可以是天然濕地，也可以是人工濕地，濕地和生態(tài)浮床也可以用其他類(lèi)型的水凈化處理設(shè)施代替。本發(fā)明可以在低成本的前提下顯著改善單一河道水環(huán)境，提高河流流速，增加河流水環(huán)境容量，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。例如，在不方便開(kāi)設(shè)明渠的地方，用輸水管道替代明渠的方式也應(yīng)理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。