一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)和方法，包括：位于上游的粗泥沙去除區(qū)，粗泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置細(xì)泥沙去除區(qū)，細(xì)泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置二次沉淀區(qū)，二次沉淀區(qū)連接清水出口；細(xì)泥沙沉淀區(qū)由上游依次設(shè)置水生植物絮凝帶、細(xì)泥沙沉降帶、水力攪動(dòng)帶，所述水生植物絮凝帶種植水生植物；所述水力攪動(dòng)帶設(shè)置多個(gè)阻水物和多個(gè)構(gòu)造物。本發(fā)明采用的生物去除細(xì)泥沙和水力攪動(dòng)的設(shè)施和方式，在去除粗泥沙之后將細(xì)泥沙也予以去除，使水流更加清澈。所述的方法使用生物去泥沙的方式，所述的系統(tǒng)可以利用當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和資源，以盡可能保持原生態(tài)環(huán)境為前提，設(shè)置一些人工設(shè)施，利用這些水景觀對水流中的泥沙進(jìn)行處理，達(dá)到清除泥沙的作用。
【專利說明】一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)和方法，是一種水處理的系統(tǒng)和方法，是一種環(huán)保的濕地水沙調(diào)控系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，生態(tài)友好型社會(huì)建設(shè)的深入，城市景觀生態(tài)質(zhì)量成為社會(huì)日益關(guān)注的焦點(diǎn)問題。但由于水土流失造成的“水渾”，嚴(yán)重限制了河流生態(tài)和景觀功能。主要是由于河流高含沙一方面造成的耗氧增加，降低河道自凈能力，另一方面泥沙通過吸附、解吸作用及其運(yùn)動(dòng)共同影響著污染物的賦存狀態(tài)，從而影響著水體環(huán)境質(zhì)量的變化。同時(shí)水色渾濁嚴(yán)重影響城區(qū)濕地、公園等景觀水體功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法綜合利用物理、化學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、生物學(xué)等原理對含沙水流進(jìn)行調(diào)控和處理，降低水中的含沙量，清除水中的懸浮物質(zhì)，形成清澈景觀水流。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)，包括:位于上游的粗泥沙去除區(qū)，所述的粗泥沙去除區(qū)出口設(shè)置產(chǎn)生跌水的粗泥沙沉淀溢流堰，所述的粗泥沙去除區(qū)由 多條沉沙條渠構(gòu)成，所述的粗泥沙沉淀溢流堰上游端設(shè)置粗泥沙沖沙閘，所述的粗泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置細(xì)泥沙去除區(qū)，所述細(xì)泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置二次沉淀區(qū)，所述的二次沉淀區(qū)連接清水出口 ；所述的細(xì)泥沙沉淀區(qū)由上游依次設(shè)置水生植物絮凝帶、細(xì)泥沙沉降帶、水力攪動(dòng)帶，所述的水生植物絮凝帶和細(xì)泥沙沉降帶的底部沿岸設(shè)置細(xì)泥沙沖沙渠道和橫向沖沙槽，所述的橫向沖沙槽與細(xì)泥沙沖沙渠道連接，所述細(xì)泥沙沉淀帶與水力攪動(dòng)帶之間設(shè)置產(chǎn)生跌水的細(xì)泥沙沉淀溢流堰，所述的細(xì)泥沙沉淀溢流堰與細(xì)泥沙沖沙渠道的連接處設(shè)置細(xì)泥沙沖沙閘；所述水生植物絮凝帶種植水生植物；所述水力攪動(dòng)帶設(shè)置多個(gè)阻水物和多個(gè)構(gòu)造物；所述的二次沉淀區(qū)的水面寬度大于粗泥沙去除區(qū)和細(xì)泥沙去除區(qū)。
[0005]一種使用上述系統(tǒng)的對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除方法，所述方法的步驟如下:
所述的方法包括去泥沙過程和沖沙過程；
去泥沙過程:
引入水流的步驟:用于根據(jù)出口清水的需要引入帶有泥沙的水流進(jìn)入泥沙去除系統(tǒng)；去除粗泥沙的步驟:利用沉沙池原理，用于通過降低水流流速使水流中大顆粒的粗泥沙在粗泥沙去除區(qū)沉入水底；
去除細(xì)泥沙的步驟:用于通過生物、水動(dòng)力的方式將水流中的細(xì)小顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙去除區(qū)和二次沉淀區(qū)中沉入水底；
清水流出的步驟:用于經(jīng)過粗泥沙和細(xì)泥沙的去除，干凈的清水流出泥沙去除系統(tǒng)；沖沙過程:
放水 的步驟:用于由上游至下游依次打開各個(gè)水堰的沖沙閘，使水底淤泥裸露；
水槍沖沙的步驟:用于依次從上游至下游使用高壓水槍將裸露的水底表面的泥沙沖如各個(gè)沖沙渠道，使泥沙隨水流由沖沙渠道流向下游聚集并清除；
所述的去除細(xì)泥沙的步驟包括如下子步驟:
生物作用細(xì)泥沙的子步驟:用于在水生植物絮凝帶，水生植物對水流中的細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生三種作用:
去靜電荷作用:水生植物及其間微生物的生命活動(dòng)釋放的有機(jī)物與帶電泥沙顆粒相互作用，將細(xì)顆粒上帶有的靜電荷去除，使細(xì)顆粒之間不再由于之間的靜電荷而互相排斥，便于細(xì)顆粒聚集為大顆粒；
聚集作用:水生植物及其間微生物的分泌物產(chǎn)生膠結(jié)作用，將多個(gè)細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆
粒;
吸附作用:水生植物表面吸附細(xì)顆粒，直接減少水中的細(xì)泥沙；
細(xì)泥沙沉降的子步驟:用于凝結(jié)為大顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙沉降帶沉入水底；
水力攪動(dòng)的子步驟:用于使用阻水物加速水流的流速，并使用構(gòu)造物是水流產(chǎn)生落差，以此在水流中產(chǎn)生攪動(dòng)作用，使水流中不易沉淀的網(wǎng)狀絮凝物破碎，同時(shí)增加細(xì)泥沙顆粒的碰撞絮凝機(jī)會(huì)，促使細(xì)顆粒進(jìn)一步凝結(jié)；
二次沉降的子步驟:用于經(jīng)過水力攪動(dòng)的細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆粒后，在二次沉淀區(qū)沉降。
[0006]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明采用的生物去除細(xì)泥沙和水力攪動(dòng)的設(shè)施和方式，在去除粗泥沙之后將細(xì)泥沙也予以去除，使水流更加清澈。所述的方法使用生物去泥沙的方式，不添加任何化學(xué)藥品，對生態(tài)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何負(fù)面效應(yīng)。所述的系統(tǒng)可以利用當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和資源，以盡可能保持原生態(tài)環(huán)境為前提，不破壞當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置一些人工設(shè)施，形成近似于天然的水景觀，利用這些水景觀對水流中的泥沙進(jìn)行處理，達(dá)到清除泥沙的作用，同時(shí)降低了濕地水沙調(diào)控的成本，一舉多得。由于水流清澈，使水環(huán)境質(zhì)量獲得改變，水生物耗氧趨于平衡，水生態(tài)良性循環(huán)，水中物種趨于豐富，同時(shí)有效的抑制了富營養(yǎng)化引起的藻類爆發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0008]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述系統(tǒng)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例八所述方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例一:
本實(shí)施例是一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)，如圖1所示。本實(shí)施例包括:位于上游的粗泥沙去除區(qū)1，所述的粗泥沙去除區(qū)出口設(shè)置產(chǎn)生跌水的粗泥沙沉淀溢流堰3，所述的粗泥沙去除區(qū)由多條沉沙條渠2構(gòu)成，所述的粗泥沙沉淀溢流堰上游端設(shè)置粗泥沙沖沙閘6，所述的粗泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置細(xì)泥沙去除區(qū)，所述細(xì)泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置二次沉淀區(qū)7，所述的二次沉淀區(qū)連接清水出口 8。所述的細(xì)泥沙沉淀區(qū)由上游依次設(shè)置水生植物絮凝帶501、細(xì)泥沙沉降帶502、水力攪動(dòng)帶503，所述的水生植物絮凝帶和細(xì)泥沙沉降帶的底部沿岸設(shè)置細(xì)泥沙沖沙渠道505和橫向沖沙槽506，所述的橫向沖沙槽與細(xì)泥沙沖沙渠道連接，所述細(xì)泥沙沉淀帶與水力攪動(dòng)帶之間設(shè)置產(chǎn)生跌水的細(xì)泥沙沉淀溢流堰6，所述的細(xì)泥沙沉淀溢流堰與細(xì)泥沙沖沙渠道的連接處設(shè)置細(xì)泥沙沖沙閘11。所述水生植物絮凝帶種植水生植物。所述水力攪動(dòng)帶設(shè)置多個(gè)阻水物10和多個(gè)構(gòu)造物9。所述的二次沉淀區(qū)的水面寬度大于粗泥沙去除區(qū)和細(xì)泥沙去除區(qū)。
[0010]本實(shí)施例所述的系統(tǒng)是一種綜合利用物理、化學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、生物學(xué)等原理對含沙水流進(jìn)行處理，形成清澈景觀水流的綜合設(shè)施，可以使用在各種環(huán)境下的濕地改造上，特別是城市的水景觀的改造和建設(shè)。利用當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和資源，增加一些人工的設(shè)施，就可以產(chǎn)生明顯的效果，使水流變得十分清澈。
[0011 ] 本實(shí)施例所述的粗泥沙和細(xì)泥沙是相對而言的，粗顆粒泥沙指可以通過沉沙池去除的大于0.05毫米的沙粒，這部分泥沙由于粒徑較大，在重力作用易于沉降；細(xì)顆粒泥沙指粒徑小于0.05毫米以下的泥沙顆粒，這部分泥沙由于粒徑很小，受布朗運(yùn)動(dòng)、電荷吸引與排斥等作用的影響明顯，很難以單粒的形式沉降。
[0012]本實(shí)施例所述的系統(tǒng)包括粗泥沙去除區(qū)、細(xì)泥沙去除區(qū)兩部分。其中粗泥沙去除區(qū)主要利用沉沙池原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括引水設(shè)施、泥沙沉淀池、水力沖沙設(shè)施。細(xì)泥沙去除區(qū)主要利用細(xì)泥沙絮凝沉淀機(jī)理進(jìn)行設(shè)計(jì)，是本實(shí)施例的核心部分，主要包括水生植物絮凝帶、細(xì)泥沙沉淀帶、水力攪動(dòng)帶、二次沉淀區(qū)，以及人工-水力沖沙設(shè)施。
[0013]整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡?形地貌的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的入水量根據(jù)流出系統(tǒng)的清澈水量，利用水動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算確定。當(dāng)入水量與當(dāng)?shù)貪竦鼗蚝拥赖乃拷葡嗟葧r(shí)，可以直接利用原有的水道，當(dāng)入水量小于當(dāng)?shù)貪竦鼗蚝拥赖乃繒r(shí)，則需要另外修筑引水渠，將多余的水量引至下游河道中。
[0014]粗泥沙去除區(qū)一般設(shè)置在水面較為寬闊、流速較低的河道或濕地水面，水深相對于細(xì)泥沙去除區(qū)要深一些，一般水深設(shè)置在3-5米。一般由多個(gè)箱體組成，箱體的數(shù)量及具體尺寸根據(jù)沖沙時(shí)所需的水力學(xué)條件和沉沙容積等條件確定。在實(shí)際工程中在不改變其沉沙所需的水力學(xué)條件的基礎(chǔ)上，常對沉沙箱的排列進(jìn)行了美化和修飾，以獲得水景觀的效
果O
[0015]與粗泥沙去除區(qū)銜接的是細(xì)泥沙去除區(qū)。兩者之間通常設(shè)置溢流堰，以產(chǎn)生跌水，上下游之間產(chǎn)生明顯的落差，一方面可以增加水景觀效果，同時(shí)使上游的粗泥沙去除區(qū)水深增加，下游的細(xì)泥沙去除區(qū)的水深減小。
[0016]細(xì)泥沙去除區(qū)的水深一般較淺，通常在一米以下。該區(qū)域可以分為三個(gè)部分:位于細(xì)泥沙去除區(qū)上游的水生植物絮凝帶、中游的細(xì)泥沙沉淀帶和下游的水力攪動(dòng)帶。
[0017]細(xì)泥沙去除區(qū)的上游種植水生植物。選取種植水生植物種類需符合當(dāng)?shù)氐牡赜蛱攸c(diǎn)，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，例如:蘆葦、蒲草、荷花等挺水植物。水生植物對水體懸浮泥沙具有去除效果，研究表明挺水植物的去除效果大于浮葉植物和沉水植物。水生高等植物同時(shí)通過抑制底層沉積物再懸浮不僅保證了淺水區(qū)域的透明度而且還抑制了由于底層懸浮領(lǐng)粒物再懸浮帶來的底層氮磷營養(yǎng)物的上浮，有利于減弱水體營養(yǎng)負(fù)荷，防止藻類爆發(fā)。同時(shí)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明交錯(cuò)布設(shè)的柔性植物壩通過減小水流剪切應(yīng)力增加細(xì)顆粒泥沙的絮凝沉降作用。此外，交錯(cuò)布設(shè)的水生植物帶可以均勻恒定的向水中釋放生物活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)物，減少細(xì)顆粒的靜電排斥作用，增加絮凝。
[0018]所述的細(xì)泥沙沉降帶是一片較為寬闊的水面，水流流速較低，有利于水中絮凝顆粒的增長和沉降。
[0019]所述的水力攪動(dòng)帶的作用有二:其一是破壞在水生植物絮凝帶501、細(xì)泥沙沉降帶502中產(chǎn)生的不易沉降的網(wǎng)狀絮凝物結(jié)構(gòu)，為細(xì)泥沙顆粒的再次絮凝創(chuàng)造條件；其二是增加細(xì)泥沙顆粒的碰撞機(jī)會(huì)，促進(jìn)細(xì)泥沙顆粒絮凝。
[0020]水力攪動(dòng)帶可設(shè)置阻水物,擠占水道,改變水流方向和加速水流的流速。阻水物可以因地制宜，使用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有大塊的石頭，隨機(jī)排列，形成復(fù)雜彎曲水道。水力攪動(dòng)帶還可以人工設(shè)置構(gòu)造物，例如水堰和彎曲的水渠，形成帶有跌水的彎曲渠道，使水流在彎曲渠道中反復(fù)相互沖擊，產(chǎn)生湍流，產(chǎn)生攪動(dòng)作用。
[0021]為了便于清沙，在細(xì)泥沙去除區(qū)的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置沿岸的細(xì)泥沙沖沙渠道，同時(shí)設(shè)置與水流方向大致垂直的橫向清沙槽，清沙槽的一端或兩端與細(xì)泥沙沖沙渠道連接。
[0022]二次沉淀區(qū)是一個(gè)更為廣大的水面，其面積應(yīng)當(dāng)超過細(xì)泥沙沉淀帶。水深較淺，一般在一米以下。為便于清沙，也可以在二次沉淀區(qū)底部修建與細(xì)泥沙去除區(qū)類似的縱橫清沙道、槽。
[0023]為了便于清沙 ，在細(xì)泥沙去除區(qū)中的各個(gè)溢流堰的上游一側(cè)都要建造沖沙閘。沖沙時(shí)，開放沖沙閘，將水堰中的聚集的水放至下游，使水底裸露出來，以便進(jìn)行清沙作業(yè)。清沙作業(yè)可以使用人工操作的高壓水槍，沖洗水底。將泥沙沖入橫向沖沙槽，最終經(jīng)細(xì)泥沙沖沙渠道流走。
[0024]沖洗出來的泥沙一般有兩種方式排出。一種是利用原有河道。一些濕地沉沙過程可以利用河道曲折部分進(jìn)行改造，在保留原有河道的情況下，僅在彎曲部分形成濕地沉沙，所排出的泥沙則可以直接利用原河道中水流排入自然界。另一些沉沙工程，完全利用了原有的河道，因此需要在原有河道邊建立專門用于河流流動(dòng)的人工渠道。沖沙閘通常情況下可以將沖沙的水流直接引入河道或人工水渠中，使沖出的泥沙隨河水流走。
[0025]實(shí)施例二:
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于沉沙條渠的細(xì)化。本實(shí)施例所述的沉沙條渠的平面形式根據(jù)園林設(shè)計(jì)的水景觀要求，可以是湖泊型、條帶型、梭型中的一種。
[0026]本實(shí)施例所述的沉沙條渠構(gòu)成沉沙池。沉沙池是水庫等水利工程中常見的構(gòu)造物，已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。本實(shí)施例創(chuàng)造性的將通常用于水庫等大型水利工程的沉沙池用于濕地的沉沙。
[0027]沉沙池通常分出多條水道，水道末端與溢流堰之間的底部有渠道與沖沙閘連接。分為多條水道的目的是:在沖沙時(shí)可以利用有限的沖沙水流在水道的束窄作用下有充足的水流用于排沙。因?yàn)樗嫣珜挘瑳_沙和挾沙能力很小。
[0028]本實(shí)施例雖然只列舉了三種沉沙條渠的平面形式，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以使用更多的平面形式，在保持水力學(xué)性質(zhì)變化不大的條件下，從園林設(shè)計(jì)的角度，可以實(shí)現(xiàn)多種的變形排列，使沉沙條渠既有工程作用又與周圍環(huán)境和諧相融，體現(xiàn)人工環(huán)保工程融入自然的生態(tài)美I?景觀。
[0029]實(shí)施例三:
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一的關(guān)于水生植物絮凝帶的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水生植物絮凝帶所種植的植物根據(jù)園林設(shè)計(jì)的要求，按直線，或者圓弧線，或者曲線排列種植。
[0030] 水生植物通常是隨意的生長在適合繁殖的地方，而本實(shí)施例是為了利用水生植物的沉沙作用是種植的，因此，不能隨意的任其生長，必須種植在必要的地方，所種植的水生植物的排列也必須符合水力學(xué)性質(zhì)。按直線排列:沿垂直水流的方向直線排列水生植物。例如:每隔7-8m布設(shè)0.5m寬水生植物種植帶。種植帶可以根據(jù)地形和來水情況布設(shè)成直線、弧形或S型曲線等。水生植物種植的形狀吃考慮水力學(xué)性質(zhì)變化不大條件下，從園林設(shè)計(jì)的角度，對植物的種植加以美化，加強(qiáng)景觀功能。
[0031]實(shí)施例四:
本實(shí)施例是實(shí)施例三的改進(jìn)，是實(shí)施例三的關(guān)于水生植物絮凝帶的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水生植物絮凝帶所種植的植物是適合當(dāng)?shù)厣L環(huán)境的挺水植物。
[0032]本實(shí)施例所述的“適合當(dāng)?shù)厣L環(huán)境”指的是:適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤和水質(zhì)環(huán)境生長的植物。例如廣泛適應(yīng)各地氣候的蘆葦、蒲草，適應(yīng)中低緯度生長的荷花等。
[0033]實(shí)施例五:
本實(shí)施例是實(shí)施例四的改進(jìn)，是實(shí)施例四的關(guān)于挺水植物的細(xì)化。本實(shí)施例所述的挺水植物是蘆葦。
[0034]實(shí)施例六:
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一的關(guān)于水力攪動(dòng)帶的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水力攪動(dòng)帶中的阻水物為石頭。
[0035]阻水物可以是阻水墩等專門人工制造的鋼筋水泥構(gòu)筑物，但為了使水景觀看起來更為自然，使用原生態(tài)的石頭作為阻水物效果更好。
[0036]實(shí)施例七:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于水力攪動(dòng)帶的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水力攪動(dòng)帶中的構(gòu)造物是與建筑物結(jié)合的彎曲水道，以及產(chǎn)生跌水的溢流堰。
[0037]在濕地的水道上為了增加景觀效應(yīng)，常設(shè)計(jì)一些建筑物，例如水榭或廊橋。可以利用這些建筑物附加一些構(gòu)筑物產(chǎn)生水流的攪動(dòng)，這樣既可以避免構(gòu)筑物對園林產(chǎn)生突兀的感覺，又可以起到沉沙工程的效果，一舉兩得。
[0038]將建筑物設(shè)計(jì)為曲折的水道，并在水道上設(shè)置多個(gè)溢流堰，使水流在彎曲的流動(dòng)和跌水中產(chǎn)生攪動(dòng)作用，同時(shí)在跌水中使人感覺水流的清澈，給人以美感。
[0039]實(shí)施例八:
本實(shí)施例是一種使用實(shí)施例一系統(tǒng)的對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除方法，方法的流程如圖1所示。本實(shí)施例所述方法的步驟如下:
本實(shí)施例所述的方法包括去泥沙過程和沖沙過程。去泥沙過程是長時(shí)間運(yùn)行的過程，在這一過程中基本不需要人工干預(yù)。而沖沙過程則相當(dāng)于一個(gè)對系統(tǒng)的維護(hù)過程，將淤積在道槽中的泥沙清除。沖沙的作業(yè)的主要限制條件為沖沙水量。只要水量條件滿足，均可進(jìn)行。由于實(shí)施例所述的系統(tǒng)本身是一個(gè)水景觀，所以去泥沙過程可以根據(jù)水量條件和景觀需求進(jìn)行調(diào)整。
[0040]去泥沙過程:
引入水流的步驟:用于根據(jù)出口清水的需要引入帶有泥沙的水流進(jìn)入泥沙去除系統(tǒng)。引入的水量根據(jù)原有河道或濕地水量，以及清水出水量而確定。過多或過少一般不會(huì)引起水生植物的死亡，但會(huì)致使系統(tǒng)的水力學(xué)條件和生態(tài)產(chǎn)生變化，削弱去泥沙作用。
[0041]去除粗泥沙的步驟:用于利用沉砂池原理，通過降低水流流速使水流中大顆粒的粗泥沙在粗泥沙去除區(qū)沉入水底。上游來水進(jìn)入粗泥沙去除區(qū)后，由于水面變寬，水流流速下降，水流的挾沙能力降低。同時(shí)，由于水流流速變慢，使得泥沙顆粒有較長的時(shí)間沉降，使得較粗的泥沙顆粒通過沉降從水流中除去。
[0042]去除細(xì)泥沙的步驟:用于通過生物、水動(dòng)力的方式將水流中的細(xì)小顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙去除區(qū)和二次沉淀區(qū)中沉入水底。
[0043]去除細(xì)泥沙的步驟包括如下子步驟:
生物作用細(xì)泥沙的子步驟:用于在水生植物絮凝帶，水生植物對水流中的細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生三種作用:
去靜電荷作用:水生植物及其間微生物的生命活動(dòng)釋放的有機(jī)物與帶電泥沙顆粒相互作用，使細(xì)顆粒之間不再由于之間的靜電荷而互相排斥，便于細(xì)顆粒聚集為大顆粒。在水生植物周圍由于寄生作用，會(huì)比沒有水生植物的區(qū)域有更多的微生物繁殖，這些微生物的生命活動(dòng)廣生的有機(jī)質(zhì)可以有效減少帶電泥沙顆粒的電荷。
[0044]聚集作用:水生植物及其間微生物的分泌物產(chǎn)生膠結(jié)作用，將多個(gè)細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆粒。水生植物和周圍的微生物在生長過程中會(huì)產(chǎn)生大量的分泌物，這些有機(jī)物具有膠結(jié)泥沙細(xì)顆粒作用。
[0045]吸附作用:水生植物表面吸附細(xì)顆粒，直接減少水中的細(xì)泥沙。水生植物的莖葉表面本身具有吸附作用，可以大量的吸附泥沙細(xì)顆粒。
[0046]水生植物去泥沙在本步驟中產(chǎn)生十分重要的作用。泥沙對濕地水環(huán)境過程的影響主要是由于泥沙的主要成分是礦物質(zhì)，特別是懸移質(zhì)對氮磷有機(jī)污染物具有較好的吸附效果，植物通過攔截泥沙不僅維護(hù)了湖泊河流的泥沙淤積以及環(huán)境容量而且自身也對污染物具有一定的吸收同化作用。水生高等植物或沉水植物通過抑制底層沉積物再懸浮不僅保證了淺水區(qū)域的透明度而且還抑制了由于底層懸浮領(lǐng)粒物再懸浮帶來的底層氮磷營養(yǎng)物的上浮，有利于減弱水體營養(yǎng)負(fù)荷，防止藻類爆發(fā)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，交錯(cuò)布設(shè)的柔性植物壩更加有利于阻水和固沙，壩越長種植密度越大阻水效果越好，植物固沙的原理主要也是通過減小水流剪切應(yīng)力、降低輸移比起到攔截固定泥沙的作用。植物干、枝、葉的分流阻滯性能可以分散股流，降低水流對溝床的沖刷。
[0047]細(xì)泥沙沉降的子步驟:用于凝結(jié)為大顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙沉降帶沉入水底。在水生植物去電荷和分泌物膠結(jié)的共同作用下，泥沙的細(xì)顆粒聚集為較大的顆粒，在水流較平緩的細(xì)泥沙沉降帶沉淀下來。而一些顆粒絮凝為網(wǎng)狀等松散、不利于沉降的結(jié)構(gòu)則通過下游水力攪動(dòng)區(qū)破壞后，通過二次沉淀區(qū)沉降進(jìn)行沉降后去除。
[0048]水力攪動(dòng)的子步驟:用于使用阻水物加速水流的流速，并使用構(gòu)造物使水流產(chǎn)生落差，以此在水流中產(chǎn)生攪動(dòng)作用，使水流中不易沉淀的網(wǎng)狀絮凝物破碎，同時(shí)增加細(xì)泥沙顆粒的碰撞絮凝機(jī)會(huì)，促使細(xì)顆粒進(jìn)一步凝結(jié)。阻水物一方面使水道變得狹窄，另一方面使水流方向不斷的改變。狹窄的水道使水流變得湍急，不斷改變的水流方向使水流內(nèi)產(chǎn)生旋流和相互沖擊，其作用是將水流產(chǎn)生攪動(dòng)。水流的攪動(dòng)，使水生植物的分泌物與細(xì)泥沙顆粒再次充分混合，剩余的細(xì)顆粒再次凝結(jié)為大顆粒沉淀。水流攪動(dòng)的另一個(gè)作用是破碎不易沉降的網(wǎng)狀絮凝物。這些網(wǎng)狀絮凝物體積雖大，但比重與水相近，容易懸浮在水中不易沉降。經(jīng)過水流攪動(dòng)是網(wǎng)狀絮凝物破碎，然后再在水流的攪動(dòng)下與水中的生物分泌物結(jié)合形成較大顆粒。
[0049]二次沉降的子步驟:用于經(jīng)過水力攪動(dòng)的細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆粒后，在二次沉淀區(qū)沉降。二次沉淀區(qū)通常是一個(gè)水面寬闊且落差較小的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域水流平靜，可以使聚集為較大顆粒的泥沙沉淀。通過二次沉淀，水中的粗細(xì)泥沙基本清除，水流澄清。
[0050]清水流出的步驟:用于經(jīng)過粗泥沙和細(xì)泥沙的去除，干凈的清水流出泥沙去除系統(tǒng)。清潔的水流可以引入人工水景觀中，或直接在河道中流動(dòng)，產(chǎn)生清潔干凈的河流景觀，給人以美好的印象。同時(shí)由于水流清潔，可以是下游的生態(tài)環(huán)境得到良好的循環(huán)，而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的環(huán)境效果。
[0051]沖沙過程:
放水的步驟:用于由上游至下游依次打開各個(gè)水堰的沖沙閘，使水底淤泥裸露。
[0052]清理的步驟:用于依次從上游至下游使用人工或機(jī)械、高壓水槍將裸露的水底表面的泥沙清理，或沖入各個(gè)沖沙渠道，使泥沙隨水流由沖沙渠道流向下游聚集并清除。
[0053]沖沙的過程是系統(tǒng)維護(hù)過程。沖沙由上游開始，首先對粗泥沙去除區(qū)進(jìn)行清沙作業(yè)。打開粗泥沙沖沙閘，將粗泥沙去除區(qū)水堰中水放出，使粗泥沙去除區(qū)底部的淤積泥沙裸露出來，然后在人工和機(jī)械的配合下利用沖沙水流將淤積泥沙通過沖沙閘排除系統(tǒng)之外，從而實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的清理和 沖洗。
[0054]粗泥沙去除區(qū)的沖泥沙完成后，則關(guān)閉該區(qū)的沖沙閘，待該區(qū)域出流溢流堰正常出水后，開啟細(xì)泥沙去除區(qū)的細(xì)泥沙沖沙閘。當(dāng)細(xì)泥沙去除區(qū)的水位下降至底面裸露時(shí)，使用高壓水槍沖洗底面的細(xì)泥沙,將細(xì)泥沙沖洗至橫向沖沙槽中，并通過橫向沖沙槽使泥沙進(jìn)入細(xì)泥沙沖沙渠道中，并匯集到細(xì)泥沙沖沙渠道從沖沙閘排出系統(tǒng)外。
[0055]最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案(比如整個(gè)系統(tǒng)的排列方式、步驟的先后順序等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除系統(tǒng)，包括:位于上游的粗泥沙去除區(qū)，所述的粗泥沙去除區(qū)出口設(shè)置產(chǎn)生跌水的粗泥沙沉淀溢流堰，所述的粗泥沙去除區(qū)由多條沉沙條渠構(gòu)成，所述的粗泥沙沉淀溢流堰上游端設(shè)置粗泥沙沖沙閘，其特征在于，所述的粗泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置細(xì)泥沙去除區(qū)，所述細(xì)泥沙去除區(qū)的下游設(shè)置二次沉淀區(qū)，所述的二次沉淀區(qū)連接清水出口 ；所述的細(xì)泥沙沉淀區(qū)由上游依次設(shè)置水生植物絮凝帶、細(xì)泥沙沉降帶、水力攪動(dòng)帶，所述的水生植物絮凝帶和細(xì)泥沙沉降帶的底部沿岸設(shè)置細(xì)泥沙沖沙渠道和橫向沖沙槽，所述的橫向沖沙槽與細(xì)泥沙沖沙渠道連接，所述細(xì)泥沙沉淀帶與水力攪動(dòng)帶之間設(shè)置產(chǎn)生跌水的細(xì)泥沙沉淀溢流堰，所述的細(xì)泥沙沉淀溢流堰與細(xì)泥沙沖沙渠道的連接處設(shè)置細(xì)泥沙沖沙閘；所述水生植物絮凝帶種植水生植物；所述水力攪動(dòng)帶設(shè)置多個(gè)阻水物和多個(gè)構(gòu)造物；所述的二次沉淀區(qū)的水面寬度大于粗泥沙去除區(qū)和細(xì)泥沙去除區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的沉沙條渠的平面形式根據(jù)園林設(shè)計(jì)的水景觀要求，可以是湖泊型、條帶型、梭型中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水生植物絮凝帶所種植的植物根據(jù)園林設(shè)計(jì)的要求，按直線，或者圓弧線，或者曲線排列種植。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水生植物絮凝帶所種植的植物是適合當(dāng)?shù)厣L環(huán)境的挺水植物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的挺水植物是蘆葦。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水力攪動(dòng)帶中的阻水物為石頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水力攪動(dòng)帶中的構(gòu)造物是與建筑物結(jié)合的彎曲水道，以及產(chǎn)生跌水的溢流堰。
8.一種使用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的對含沙水流進(jìn)行處理的泥沙去除方法，所述方法的步驟如下: 所述的方法包括去泥沙過程和沖沙過程； 去泥沙過程: 引入水流的步驟:用于根據(jù)出口清水的需要引入帶有泥沙的水流進(jìn)入泥沙去除系統(tǒng)；去除粗泥沙的步驟:用于利用沉砂池原理，通過降低水流流速使水流中大顆粒的粗泥沙在粗泥沙去除區(qū)沉入水底； 去除細(xì)泥沙的步驟:用于通過生物、水動(dòng)力的方式將水流中的細(xì)小顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙去除區(qū)和二次沉淀區(qū)中沉入水底； 清水流出的步驟:用于經(jīng)過粗泥沙和細(xì)泥沙的去除，干凈的清水流出泥沙去除系統(tǒng)； 沖沙過程: 放水的步驟:用于由上游至下游依次打開各個(gè)水堰的沖沙閘，使水底淤泥裸露； 清理的步驟:用于依次從上游至下游使用人工或機(jī)械、高壓水槍將裸露的水底表面的泥沙清理，或沖入各個(gè)沖沙渠道，使泥沙隨水流由沖沙渠道流向下游聚集并清除； 其特征在于，所述的去除細(xì)泥沙的步驟包括如下子步驟: 生物作用細(xì)泥沙的子步驟:用于在水生植物絮凝帶，水生植物對水流中的細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生三種作用: 去靜電荷作用:水生植物及其間微生物命活動(dòng)釋放的有機(jī)物與帶電泥沙顆粒相互作用，將細(xì)顆粒上帶有的靜電荷去除，使細(xì)顆粒之間不再由于之間的靜電荷而互相排斥，便于細(xì)顆粒聚集為大顆粒； 聚集作用:水生植物及其間微生物的分泌物產(chǎn)生膠結(jié)作用，將多個(gè)細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆粒; 吸附作用:水生植物表面吸附細(xì)顆粒，直接減少水中的細(xì)泥沙； 細(xì)泥沙沉降的子步驟:用于凝結(jié)為大顆粒的細(xì)泥沙在細(xì)泥沙沉降帶沉入水底； 水力攪動(dòng)的子步驟:用于使用阻水物加速水流的流速，并使用構(gòu)造物是水流產(chǎn)生落差，以此在水流中產(chǎn)生攪動(dòng)作用，使水流中不易沉淀的網(wǎng)狀絮凝物破碎，同時(shí)增加細(xì)泥沙顆粒的碰撞絮凝機(jī)會(huì)，促使細(xì)顆粒進(jìn)一步凝結(jié)； 二次沉降的子步驟:用于經(jīng)過水力攪動(dòng)的細(xì)顆粒凝結(jié)為大顆粒后，在二次沉淀區(qū)沉降。
【文檔編號】C02F9/14GK103964650SQ201410224359
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】龔家國, 王浩, 王英, 韓振華 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院