本發(fā)明涉及水環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水囊式水體動力生態(tài)提升裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化步伐的加快，對水資源的需求在快速增加。為了滿足灌溉和景觀的需求，中小河道和水渠內(nèi)修建了大量的泵站對水位進(jìn)行提升。

采用常規(guī)水泵進(jìn)行水利提升時，水泵內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)速非常高(高達(dá)2900轉(zhuǎn)/分鐘或1450轉(zhuǎn)/分鐘)，葉輪的線速度也非常高，對水體內(nèi)的生物體具有很大的殺傷性；同時，水泵內(nèi)部狹小的腔體也限制了大型魚蝦等水生生物的通過；現(xiàn)有泵站還會產(chǎn)生許多動植物殘體，對水體產(chǎn)生了一定的污染。

為此，中國專利文獻(xiàn)CN205329623 U，公開一種水體循環(huán)流動裝置，該裝置括氣泵和循環(huán)管道，還包括有氣提升管道和氣管，所述的循環(huán)管道自上游至下游高于水面鋪設(shè)，循環(huán)管道的鋪設(shè)具有一定坡度。該現(xiàn)有技術(shù)利用空氣壓縮裝置，通過在水面鋪設(shè)PVC管道，將河道下游一定距離范圍內(nèi)的水體提升至河道上游，造成水體局部內(nèi)循環(huán)。然由于該裝置中管道管徑通常很小(300mm)，同時氣管和彎頭的存在使得水體生物在通道內(nèi)活動空間更小，因此現(xiàn)有技術(shù)存在動力提升后形成提升前后兩種不同的水體生態(tài)環(huán)境的缺陷。

因此，為了保證原水系中水生生物上下游之間的聯(lián)通，保證水體生物的多樣性，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直致力于尋求一種對小河道和水渠進(jìn)行動力生態(tài)提升并可運(yùn)送水生生物的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的動力生態(tài)提升后形成提升前后兩種不同的水體生態(tài)環(huán)境的缺陷，從而提供一種水囊式水體動力生態(tài)提升裝置及應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種水囊式水體動力生態(tài)提升裝置，包括可形變水囊；

頂部敞口的水囊外殼；

設(shè)在所述水囊外殼下部的任一側(cè)面的進(jìn)水自動閘板，以實(shí)現(xiàn)水囊式水體動力生態(tài)提升裝置的批次順序進(jìn)水；所述可形變水囊設(shè)在所述水囊外殼內(nèi)，并與所述水囊外殼形成半封閉體系；

所述水囊外殼的上端設(shè)有出水口，以使末端出水流入下游河道；

所述水囊外殼以及出水口均高于下游河道的水位，以保證下游河道出水不返回，以及高水位河道水體不會倒灌入水體提升裝置。

還包含動力裝置，所述可形變水囊底部或下方設(shè)有動力通道，所述動力裝置用于通過所述可形變水囊的動力通道向所述可形變水囊提供動力介質(zhì)，所述動力裝置和所述可形變水囊的動力通道以及所述可形變水囊形成封閉體系，并不與河道水體交換。

所述動力介質(zhì)為潔凈水或空氣。當(dāng)所述動力介質(zhì)為潔凈水時，所述的動力介質(zhì)與河道中水體分開，不發(fā)生混合和交換，形成封閉體系。

所述可形變水囊固定在所述水囊外殼上，所述可形變水囊與所述水囊外殼的至少一個側(cè)面之間有一定的間隙，防止所述可形變水囊在活動時形成局部死區(qū)而影響水體生物體活動，所述間隙≥0.5m。

所述半封閉體系為1組或2的倍數(shù)組。當(dāng)該裝置僅有1個可形變水囊、1個水囊外殼、1個進(jìn)水自動閘板、1個動力裝置及額外一個與外界大氣相通或無頂蓋敞口水池(當(dāng)使用風(fēng)機(jī)代替水泵時，不需要額外容器)也可以實(shí)現(xiàn)水體動力提升的目的。

所述水囊外殼的內(nèi)壁上設(shè)有指示可形變水囊位置的高位置開關(guān)，以控制所述動力裝置的啟動和停止；所述可形變水囊的動力通道上設(shè)有壓力裝置以檢測封閉體系內(nèi)的壓力情況從而獲得可形變水囊狀態(tài)，以控制所述動力裝置及系統(tǒng)的運(yùn)行。

所述壓力裝置上設(shè)有壓力閾值，當(dāng)壓力達(dá)到壓力閾值時，動力泵向相反方向工作。

所述半封閉體系為2的倍數(shù)組，每兩組所述半封閉體系為一對，每對半封閉體系間共用一個動力裝置，并通過所述可形變水囊的動力通道相連通，成對的兩組半封閉體系收縮、膨脹輪換進(jìn)行，收縮組的半封閉體系中可形變水囊為膨脹組的半封閉體系中的可形變水囊提供能量。

每對半封閉體系共用1個動力裝置，通過動力裝置控制2個可形變水囊交替執(zhí)行充水和放水動作，水囊中的液壓動力介質(zhì)通過通道實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)。通過自動程序控制的動作低水位河道的水通過進(jìn)水自動閘板進(jìn)入可形變水囊與水囊外殼之間的區(qū)域，當(dāng)水囊內(nèi)部充水時，可以將可形變水囊與水囊外殼之間的河道水體擠壓到下游高水位河道中。

所述可形變水囊的動力通道中的管道通徑大、水體設(shè)計流速低，通常為金屬管道和混凝土管道；所述進(jìn)水自動閘板為全通道式閘板，或具有防止回水功能的大型閘板通常為閘板閥或者疊梁閘，該裝置的存在能實(shí)現(xiàn)低水位河道的水只能進(jìn)水動力提升裝置，而不能從該位置外排,還可以滿足水體中各種大型生物均能在其中通過而不受到傷害。

所述可形變水囊采用外部設(shè)置滑動軌道，或采用內(nèi)部或外部可形變拉網(wǎng)形狀方式限定形變；所述可形變水囊為由高強(qiáng)聚脂纖維或玻璃纖維絲編制而成的表面涂層材料為聚四氟乙烯和聚氯乙烯的有機(jī)高分子膜可形變內(nèi)皮，所述水囊外殼為混凝土結(jié)構(gòu)，或金屬結(jié)構(gòu)，或可形變有機(jī)膜結(jié)構(gòu)；當(dāng)為混凝土結(jié)構(gòu)或金屬結(jié)構(gòu)時，頂部為敞口；當(dāng)為可形變有機(jī)膜結(jié)構(gòu)時，為全封閉結(jié)構(gòu)。所述可形變水囊底部或下方設(shè)有液壓動力介質(zhì)(或氣動介質(zhì))通道。當(dāng)所述可形變水囊內(nèi)為液體時應(yīng)具有水密性的特點(diǎn)；當(dāng)為氣體介質(zhì)時，有氣密性的特點(diǎn)，形成封閉體系。為了實(shí)現(xiàn)可形變水囊按照預(yù)定方向形變，可以采用內(nèi)部(或外部)可形變拉網(wǎng)形狀限定或者外部設(shè)置滑動軌道的方式。兩種方式都能防止可形變水囊與水囊外殼碰撞，給水體中體型較大的水生生物預(yù)留足夠的通道。

上述的水囊式水體動力生態(tài)提升裝置的應(yīng)用。

當(dāng)該裝置僅有1個可形變水囊、1個水囊外殼、1個進(jìn)水自動閘板、1個動力裝置及額外一個與外界大氣相通或無頂蓋敞口水池(當(dāng)使用風(fēng)機(jī)代替水泵時，不需要額外容器)也可以實(shí)現(xiàn)水體動力提升的目的。

本發(fā)明還請求保護(hù)上述水囊式水體動力生態(tài)提升裝置的應(yīng)用。

本發(fā)明技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供的水囊式水體動力生態(tài)提升裝置具有保護(hù)生態(tài)，對水體中動植物對環(huán)境生態(tài)環(huán)境基本沒有任何不良影響。一般的魚類、蟹類和部分浮游水草都能順利通過。

2、本發(fā)明提供的水囊式水體動力生態(tài)提升裝置具有裝置簡單，設(shè)計合理，不堵塞，故障率低，維護(hù)成本低。年運(yùn)行小時在8500小時以上。

3、本發(fā)明提供的水囊式水體動力生態(tài)提升裝置具有系統(tǒng)能耗低。在滿足加大體型生物安全通過的前提條件下，可形變水囊與水囊外殼之間的腔體容積較小，動力提升的無效功也比較少；同時，一組可形變水囊收縮時，可形變水囊與水囊外殼之間水位下降所產(chǎn)生的重力勢能也可以為另一組所吸收，減少了水泵提升的能耗。當(dāng)采用兩組模式時，系統(tǒng)效率能夠保證在90％以上。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選的半封閉體系的進(jìn)水階段的示意圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選的兩組半封閉體系的a組進(jìn)水b組排水的示意圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選的半封閉體系的排水階段的示意圖；

附圖標(biāo)記：

1-可形變水囊；2-水囊外殼；3-進(jìn)水自動閘板；4-高位置開關(guān)；5-壓力開關(guān)；6-動力裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。提供下述實(shí)施例是為了更好地進(jìn)一步理解本發(fā)明，并不局限于所述最佳實(shí)施方式，不對本發(fā)明的內(nèi)容和保護(hù)范圍構(gòu)成限制，任何人在本發(fā)明的啟示下或是將本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)的特征進(jìn)行組合而得出的任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例中未注明具體實(shí)驗步驟或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的常規(guī)實(shí)驗步驟的操作或條件即可進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)試劑產(chǎn)品。

本發(fā)明所使用的設(shè)備均可以從市場上購得。

本發(fā)明所用設(shè)備清單一覽表：

本發(fā)明水囊式水體動力生態(tài)提升裝置工作原理如下：

1.該系統(tǒng)是由兩個階段交互作用完成的：a組進(jìn)水b組排水階段和b組進(jìn)水a(chǎn)組排水階段。

2.a組進(jìn)水b組排水階段:

進(jìn)水自動閘板(3)打開，進(jìn)水自動閘板(9)關(guān)閉；可形變水囊(1)初始位置在高位，終了位置在低位，可形變水囊(7)初始位置在低位，終了位置在高位；水泵(6)內(nèi)水流方向從可形變水囊(1)內(nèi)部流向可形變水囊(7)內(nèi)部。

該階段初始時，可形變水囊(1)在較高的位置，而可形變水囊(7)在較低的位置。在水泵(6)在作用下，可形變水囊(1)內(nèi)部的水通過自身底部或下方的液壓動力介質(zhì)通道、水泵和可形變水囊(7)底部或下方的液壓動力介質(zhì)通道進(jìn)入可形變水囊(7)內(nèi)部。同時，上游河道(低水位)的水體和水中生物在重力的作用下，通過渠道或管道進(jìn)入標(biāo)高更低的可形變水囊(1)和水囊外殼(2)之間的區(qū)域；可形變水囊(7)和水囊外殼(8)之間的水體在可形變水囊(7)的壓力下排入下游高水位河道。由于在河道的排放口位置較高，不會存在河道內(nèi)水體倒灌的風(fēng)險。

當(dāng)可形變水囊(7)到達(dá)最高位置時，高位置開關(guān)(10)報警，水泵(6)開始反轉(zhuǎn)，階段結(jié)束。高位置開關(guān)(10)報警也可以采用安裝在管道上的高壓力開關(guān)(11)來實(shí)現(xiàn)。

3.b組進(jìn)水a(chǎn)組排水階段:

進(jìn)水自動閘板(3)關(guān)閉，進(jìn)水自動閘板(9)打開；可形變水囊(1)初始位置在低位，終了位置在高位，可形變水囊(7)初始位置在高位，終了位置在低位；水泵(6)內(nèi)水流方向從可形變水囊(7)內(nèi)部流向可形變水囊(1)內(nèi)部。

該階段初始時，可形變水囊(7)在較高的位置，而可形變水囊(1)在較低的位置。在水泵(6)在作用下，可形變水囊(7)內(nèi)部的水通過自身底部或下方的液壓動力介質(zhì)通道、水泵和可形變水囊(1)底部或下方的液壓動力介質(zhì)通道進(jìn)入可形變水囊(1)內(nèi)部。同時，上游河道(低水位)的水體和水中生物在重力的作用下，通過渠道或管道進(jìn)入標(biāo)高更低的可形變水囊(7)和水囊外殼(8)之間的區(qū)域；可形變水囊(1)和水囊外殼(2)之間的水體在可形變水囊(1)的壓力下排入下游高水位河道。由于在河道的排放口位置較高，不會存在河道內(nèi)水體倒灌的風(fēng)險。

當(dāng)可形變水囊(1)到達(dá)最高位置時，高位置開關(guān)(4)報警，水泵(6)開始反轉(zhuǎn)，階段結(jié)束。高位置開關(guān)(4)報警也可以采用安裝在管道上的高壓力開關(guān)(5)來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例1.

本實(shí)施例提供的一種水囊式水體動力生態(tài)提升裝置，如圖1所示，所述

一種水囊式水體動力生態(tài)提升裝置，包括可形變水囊1；

頂部敞口的水囊外殼2；

設(shè)在所述水囊外殼下部的任一側(cè)面的進(jìn)水自動閘板3，以實(shí)現(xiàn)水囊式水體動力生態(tài)提升裝置的批次順序進(jìn)水；所述可形變水囊1設(shè)在所述水囊外殼2內(nèi)，并與所述水囊外殼2形成半封閉體系；

所述水囊外殼2的上端設(shè)有出水口，以使末端出水流入下游河道；

所述水囊外殼2以及出水口均高于下游河道的水位，以保證下游河道出水不返回，以及高水位河道水體不會倒灌入水體提升裝置。

還包含動力裝置6，所述可形變水囊1底部或下方設(shè)有動力通道，所述動力裝置用于通過所述可形變水囊1的動力通道向所述可形變水囊1提供動力介質(zhì)，所述動力裝置6和所述可形變水囊的動力通道以及所述可形變水囊1形成封閉體系，并不與河道水體交換。

所述動力介質(zhì)為潔凈水或空氣。當(dāng)所述動力介質(zhì)為潔凈水時，所述的動力介質(zhì)與河道中水體分開，不發(fā)生混合和交換，形成封閉體系。

所述可形變水囊1固定在所述水囊外殼2上，所述可形變水囊1與所述水囊外殼2的至少一個側(cè)面之間有一定的間隙，防止所述可形變水囊在活動時形成局部死區(qū)而影響水體生物體活動，所述間隙≥0.5m。

所述半封閉體系為1組或2的倍數(shù)組。當(dāng)該裝置僅有1個可形變水囊1、1個水囊外殼2、1個進(jìn)水自動閘板3、1個動力裝置6及額外一個與外界大氣相通或無頂蓋敞口水池，)也可以實(shí)現(xiàn)水體動力提升的目的；所述動力裝置6為水泵或風(fēng)機(jī)，當(dāng)所述動力裝置6為時，不需要額外容器。

所述水囊外殼2的內(nèi)壁上設(shè)有指示可形變水囊1位置的高位置開關(guān)4，以控制所述動力裝置的啟動和停止；所述可形變水囊1的動力通道上設(shè)有壓力裝置5以檢測封閉體系內(nèi)的壓力情況從而獲得可形變水囊狀態(tài)，以控制所述動力裝置6及系統(tǒng)的運(yùn)行。

所述壓力裝置5上設(shè)有壓力閾值，當(dāng)壓力達(dá)到壓力閾值時，所述動力裝置6向相反方向工作。

所述半封閉體系為2的倍數(shù)組，每兩組所述半封閉體系為一對，每對半封閉體系間共用一個動力裝置，并通過所述可形變水囊1的動力通道相連通，成對的兩組半封閉體系收縮、膨脹輪換進(jìn)行，收縮組的半封閉體系中可形變水囊1為膨脹組的半封閉體系中的可形變水囊1提供能量。

每對半封閉體系共用1個動力裝置6，通過動力裝置6控制2個可形變水囊1交替執(zhí)行充水和放水動作，可形變水囊1中的液壓動力介質(zhì)通過通道實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)。通過自動程序控制的動作低水位河道的水通過進(jìn)水自動閘板3進(jìn)入可形變水囊1與水囊外殼2之間的區(qū)域，當(dāng)所述可形變水囊1內(nèi)部充水時，可以將所述可形變水囊1與所述水囊外殼2之間的河道水體擠壓到下游高水位河道中。

所述可形變水囊1的動力通道中的管道通徑大、水體設(shè)計流速低，通常為金屬管道和混凝土管道；所述進(jìn)水自動閘板3為全通道式閘板，或具有防止回水功能的大型閘板通常為閘板閥或者疊梁閘，該裝置的存在能實(shí)現(xiàn)低水位河道的水只能進(jìn)水動力提升裝置，而不能從該位置外排,還可以滿足水體中各種大型生物均能在其中通過而不受到傷害。

所述可形變水囊1采用外部設(shè)置滑動軌道，或采用內(nèi)部或外部可形變拉網(wǎng)形狀方式限定形變；所述可形變水囊1為由高強(qiáng)聚脂纖維或玻璃纖維絲編制而成的表面涂層材料為聚四氟乙烯和聚氯乙烯的有機(jī)高分子膜可形變內(nèi)皮，所述水囊外殼為混凝土結(jié)構(gòu)，或金屬結(jié)構(gòu)，或可形變有機(jī)膜結(jié)構(gòu)；當(dāng)為混凝土結(jié)構(gòu)或金屬結(jié)構(gòu)時，頂部為敞口；當(dāng)為可形變有機(jī)膜結(jié)構(gòu)時，為全封閉結(jié)構(gòu)。所述可形變水囊1底部或下方設(shè)有液壓動力介質(zhì)(或氣動介質(zhì))通道。當(dāng)所述可形變水囊1內(nèi)為液體時應(yīng)具有水密性的特點(diǎn)；當(dāng)為氣體介質(zhì)時，有氣密性的特點(diǎn)，形成封閉體系。為了實(shí)現(xiàn)可形變水囊1按照預(yù)定方向形變，可以采用內(nèi)部(或外部)可形變拉網(wǎng)形狀限定或者外部設(shè)置滑動軌道的方式。兩種方式都能防止可形變水囊1與水囊外殼2碰撞，給水體中體型較大的水生生物預(yù)留足夠的通道。

實(shí)施例2.

(1)使用本發(fā)明裝置對山東某河道水質(zhì)進(jìn)行提升。

主要參數(shù)如下：上游河道寬度為30m，水深為2m，提升高度為5m，提升水量為10000m³/h；下游河道寬度為30m，水深為2m；水體中最大生物體按照0.5m×1m×2m考慮。水囊外殼尺寸為12m×15m×15m，可形變水囊尺寸為10m×13m×14m。設(shè)計單次最大進(jìn)水量為400m³，生物通道容積為250m³,腔體容積為700m³，單次動作時間為2.5分鐘，總提升量為10000m³/h。水泵設(shè)計水量為16250m³/h，揚(yáng)程為8.5m。進(jìn)水自動閘板開口尺寸為1m×1.5m,能滿足最大生物體通過提升裝置進(jìn)入下游高水位河道而不受影響。

(2)使用本發(fā)明水囊式水體動力生態(tài)提升裝置對水體提升的效果驗證

該實(shí)施案例完全達(dá)到了設(shè)計所需水量和水位抬升高度。同時，水體中的生物多樣性也未產(chǎn)生較大的影響。

注：從表中數(shù)據(jù)可以看出，采用常規(guī)動力提升水體裝置(水泵)后，水體中活體生物體型很小，大型水生生物基本絕跡；而采用本發(fā)明中，動力提升前后活體生物體型相差不大，大型水生生物未受到動力提升裝置的影響，因此說該發(fā)明是一種生態(tài)裝置。

顯然以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施案例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。