专利名称：防盐水侵入系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及盐水侵入淡水域这一问题。更确切地说，本发明涉及防盐水侵入系统的装置及方法，该防盐水侵入系统主要应用于淡水域与盐水域之间的界面处，以防止盐水侵入到淡水域中。
背景技术：
以下介绍关于防止盐水侵入淡水域的方法及装置的现有技术。
海洋盐水通过诸如船行航道、排水航道、以及通海运河等一些人造设施而侵入淡水中，通常盐水从上游流入到淡水域中。值得注意的是，海水密度比淡水密度要大。在通海运河中，运河设置有一个或多个运河船闸，该船闸连接淡水域与盐水域。每一个运河船闸中都充满了水，以便使得水运工具可以在位于第一高度的淡水域和位于第二高度的盐水域之间航行。每一个运河船闸的尾端部都包括船闸室门。当运河船闸低处的船闸室门向海洋打开时，海水移入过程就会发生。在这种情况下，密度大的盐水就会流入到船闸室而取代密度小的淡水，当船闸室关闭时，该盐水进入过程结束。当操纵运河船闸时，不断地开闭船闸室使得盐水流入过程不断地继续，这样海水就到达了淡水域。该过程导致的结果是淡水域中的淡水不知不觉地变咸，并且导致生态系统的巨大改变，对淡水域的淡水质量造成了严重的威胁。
除了盐水会侵入淡水之外，还存在的其他问题也会使淡水域遭到破坏。在热带地区，通常每年都有很高的降雨量，因此在雨季重新形成淡水域，这样可以确保相对较高的淡水面，并且还可降低淡水域的污染。淡水域不仅经常被用作通海运河，还通常是农业、公众应用、饮用、洗浴等用水的来源。因为最近全球气候状况的变化，降雨量已下降，而且预测未来15年的降雨量会更少。这样导致补充到淡水域中的淡水也会更少。此外，操纵运河船闸时，每次开闭船闸室时都会有大量的淡水流失。例如，当低处的船闸室向盐水域打开时，差不多有几千加仑的淡水会流入盐水域。在一些情况下，这种问题尤为显著，在淡水域与盐水域之间的运河上航行的水运工具的数量因此也降低了。
不幸的是，在一些淡水域，部分已经没有生命力或者随着其中植物的生长而正在失去生命力。其结果是以植物为生的菌类降低了淡水中的含氧量。而且，人们还在不断地把废水和化学物质排入到淡水域，这进一步增加了菌类的数量，使得淡水量日渐减少，所有这些都破坏了生态系统，导致淡水域中生物的死亡。在热带气候中，淡水域的水面每年都会升降几次。这种水面的自然降落可以降低淡水域的污染。当两个水域中存在较大的温差时，就会形成云，从而产生大量的降雨。例如，加勒比海处的大西洋水温大约有85华氏度，明显高于同一水域的太平洋的水温。所以该地理区域有充足的降雨。但据报道，由于大西洋水温将会与太平洋的水温持平，未来该地区的降雨会减少。两个海域水温持平的原因在于太平洋板块上的火山运动导致加勒比海地区的太平洋的水温上升。有报道说世界上有很多地方每年的降雨量都在减少，依据这一报道可知淡水域的污染程度不能再由自然的水面涨落过程而进行控制。
这样引发的结果是淡水域的“生存”前景暗淡。海洋盐水流入淡水域使得淡水域变咸，破坏了自然植物和海洋生命的生存环境。废水和化学物质的排放污染了淡水域，淡水域中植物的增多导致菌类的增加，从而降低了淡水域中的含氧量。此外主要盐水域之间水温的持平，(比如大西洋与太平洋区域的温差在未来会持平)导致降雨量的减少，而这进一步降低了通过自然的水面涨落过程进行污染控制的可能性。最后提到的一点是在每一次运河船闸室门的操作中都会流失掉大量的淡水。
因此，非常有必要提供一种防盐水侵入的技术。该防盐水侵入系统通常位于淡水域与盐水域之间的界面处。主要起到以下作用(a)通过应用淡水回收子系统为淡水域提供更多的淡水，(b)把淡水回收子系统获得的淡水分出一部分提供给位于淡水域与盐水域之间的界面处的防盐水侵入屏障子系统，(c)通过过滤、暴露于空气中使其充满气体、化学处理等方法处理回收的淡水，以改善返回到淡水域中的淡水质量，(d)在可饮用水处理设备中，对回收的淡水进行进一步的过滤和化学处理以得到适于饮用的水，从而可用于饮用、洗浴、农业灌溉、及其他的应用。
发明内容
简单而言，本发明提供了一种新型的、改进的位于淡水域与盐水域之间的界面处的防盐水侵入系统，用于防止盐水侵入淡水而导致的淡水变咸和破坏。根据本发明的防盐水侵入系统可应用于以下场合通海运河、或通常与运河船闸相连的船行航道、或与盐水域相连的排水航道，其中没有设置运河船闸。根据本发明的防盐水侵入系统主要用于提高淡水域的淡水量，防止盐水域的盐水进入淡水域中。
在优选实施例中，通常设置有运河船闸，其使得水运工具，例如远洋货轮、船筏等从淡水域向盐水域航行，或从盐水域向淡水域航行。本发明的主要特征在于，可以截获在操作运河船闸系统时，从淡水域流入到盐水域中的几千加仑的淡水。在现有技术中，当运河船闸低处的船闸室门打开时，差不多有几千加仑的淡水会从淡水域流入盐水域。而本发明可以通过淡水回收子系统防止这些淡水的流失。淡水回收子系统安装于现有运河船闸系统的管路上，用于控制排出淡水的流失，使得回收的淡水通过船闸水回收管路(lockwater recovery culvert)和门阀重新到达淡水蓄水池中。当蓄水池处于工作状态时，门阀通常位于正常的开启位置，这样回收的淡水可以直接到达蓄水池中。
蓄水池主要有以下几个功能(a)输送第一体积的回收淡水到达位于淡水域与盐水域之间的界面处的防盐水侵入屏障子系统，防止盐水侵入淡水中；(b)把第二体积的回收淡水输送到淡水域，用于增加淡水水面的高度；(c)把第三体积的回收淡水输送到可饮用水处理设备中，进行进一步的处理，并把淡水提供给当地的用水公司，以便饮用、做饭、洗浴、农业灌溉等的应用。
蓄水池包括碎片滤屏，用于过滤回收淡水中的较大碎片。一旦回收淡水通过了碎片滤屏的过滤，第一体积的回收淡水通过多个堰门阀、溢流池、和蓄水池排放管路被输送到防盐水侵入屏障子系统中。蓄水池排放管路终端有多个位于水下的回程排放口，以垂直喷射回收的淡水，形成水峰带。此外，精密起泡器集管包括位于水下的打孔的带有镀层的管道，用于产生充气混合带。水峰带和充气混合带主要用于提高淡水域与盐水域之间界面处的淡水的密度，防止盐水侵入淡水域。
通过碎片滤屏过滤其余的回收淡水需要在蓄水池中进行化学预处理，以便达到第一级的处理要求。其余的回收淡水需被输送到起泡器集管进行处理，使淡水中的含氧量增加。向其余的回收淡水中加入化学絮凝物以用于处理淡水中的悬浮固体。航道起泡器集管也用于混合化学絮凝物，使之粘附到悬浮溶剂或诸如油类或油脂类的物质上。采用流体隔板强迫固体物落到蓄水池底部以便于收集。此后，抽出第二体积的回收淡水输送到淡水域，以提高淡水域中的淡水量。最后抽出第三体积的回收淡水输送到可饮用水处理设备中，以进行进一步的处理获得淡水。
本发明通常涉及一种防盐水侵入系统，其安装于淡水域与盐水域之间的界面处，用于防止盐水侵入淡水，即防止淡水变咸。根据本发明的防盐水侵入系统可应用于以下淡水域通海运河、或通常与运河船闸相连的船行航道、或与盐水域相连的排水航道，其中没有设置运河船闸。根据本发明的防盐水侵入系统最基本的结构是在淡水域与盐水域之间的界面处包括淡水回收子系统，用于从淡水域中回收淡水。蓄水池与淡水回收子系统相配合用于接收回收的淡水，并使之改道。防盐水侵入屏障子系统与蓄水池一并安放于淡水域与盐水域之间的界面处。防盐水侵入屏障子系统包括多个位于水中的回程排放口和精密起泡器集管。位于水下的回程排放口垂直喷射回收的淡水，以形成水峰带。而起泡器集管用于形成混合带。水峰带和混合带可提高淡水的密度，防止盐水域的盐水侵入淡水中。
本发明的这些及其他特征及优点通过以下结合附图的详细描述中将会更加显而易见，其中，附图示出了根据本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的防盐水侵入系统的俯视图，其中示出了淡水蓄水池、防盐水侵入屏障子系统、以及可饮用水处理设备，上述各部分均与位于淡水域与盐水域的界面处的航行船闸系统配合使用。
图2是图1中示出的防盐水侵入系统的视图，其更加详细地示出了淡水蓄水池、防盐水侵入屏障子系统、以及可饮用水处理设备，上述各部分均与位于淡水域与盐水域的界面处的航行船闸系统配合使用。
图3是船闸水回收子系统的立体图，示出了用于从航行船闸系统的侧面管路和中心管路接收船闸水的蓄水池船闸水回收管路。
图4A是淡水蓄水池的俯视图，示出了混凝土蓄水池，其包括多个堰门阀、连接到防盐水侵入屏障子系统的排放管路、从船闸水回收管路向上供给到碎片滤屏的输入管道、以及流体隔板。
图4B是淡水蓄水池的侧视图，示出了混凝土蓄水池，其包括将输入管道连接到碎片滤屏的船闸水回收管路、堰门阀、以及连接到蓄水池排放管路的排水管道。
图5是船闸水回收管路和蓄水池排放管路的立体图，示出了在回收管路和蓄水池之间延伸的输入管道、以及在排放管路和溢流池之间延伸的排放管道。
图6是蓄水池和船闸水回收管路沿图5中的线6-6剖开的剖视图，示出了船闸水系统排放管路，同时还示出了图3中所示的侧面管路和中心管路。
图7是蓄水池排放侧以及蓄水池排放管路沿图5中的线7A-7A剖开的剖视图，其中示出了堰门阀，该图中还示出了沿图8中的线7B-7B剖开的剖视图，其中示出了用于提供水峰带的船闸水的垂直喷射。
图8是防盐水侵入屏障子系统的立体图，示出了蓄水池排放管路，该蓄水池排放管路包括多个位于水中的回程排放口以及精密的起泡器集管，其分别与一对空气压缩站相结合。
图9是精密起泡器集管沿图8中的线9-9剖开的剖视图，示出了多个打孔钢管以及一对空气压缩站。
图10是淡水蓄水池和防盐水侵入屏障子系统的轴测图，示出了蓄水池排放管路，其用于提供水峰带，以及精密起泡器集管，用于在淡水域与盐水域之间的界面处提供充气混合带。
图11是多个位于水中的回程排放口的平面图，其自蓄水池排放管路延伸，用于在防盐水侵入屏障子系统内形成水峰带。
图12是防盐水侵入屏障子系统沿图8中的线12-12剖开的剖视图，示出了用于形成水峰带的蓄水池排放管路的多个位于水中的回程排放口，并且还示出了用于形成充气混合带的精密起泡器集管。
具体实施例方式
本发明涉及一种防盐水侵入系统100，如图1所示，其通常位于淡水域104与盐水域106之间的界面102处，该系统用于防止盐水进入淡水域中而使得淡水域104变咸。防盐水侵入系统100可以应用到以下淡水域104通海运河、或通常与运河船闸相连的船行航道、或与盐水域相连的排水航道，其中没有设置运河船闸。防盐水侵入系统100主要有以下功能(a)提高淡水域104中的可用淡水量；(b)确保加入到淡水域104中的淡水满足最低的淡水标准；(c)保证市民对淡水的需求，包括水运工具航行、工业和农业用水、以及公众的日常用水需求；(d)保护淡水环境和海洋生物环境；(e)阻止盐水从盐水域106进入到淡水域104中。
在根据本发明的优选实施例中，具有运河船闸系统(locksystem)110的通海运河108假定如图1和图2所示。然而并不局限于此，本发明还可应用于与盐水域相接的其他淡水域中，而且该淡水域不包括运河船闸系统。图1所示的本发明的俯视图示出了通海运河108，而图2的示意图示出了运河船闸系统110。该通海运河108和运河船闸系统110均可使得水运工具便于从淡水域驶入到盐水域，以及从盐水域驶入到淡水域。依据通海运河108的大小，该水运工具可以是小船筏，也可以是远洋货轮。
下面参考图2对运河船闸系统110的总体概述进行描述。图2中所示的运河船闸系统110是现有技术中最有代表性的运河船闸系统。例如，该运河船闸系统110包括一对平行的船闸112和114，其均可使得如图1和图2所示的水运工具方便地通过。平行的船闸112和114由中心壁115隔开，并由一对侧壁117和119限定边界，并且通常被分为多个级116、118和120、以及122、124和126。值得注意是，每一级116、118和120、以及122、124和126与前一级和后一级的水位高度均不同。这样，每一级116、118和120、以及122、124和126都处于与其他级不同的海平面之上的水位高度。这样，在图1中所示的平行船闸112和114的整个长度，水运工具可以上升或下降地分别通过不同的级116、118和120、以及122、124和126。这样的设计保证了水运工具能够从位于海平面的盐水域106驶向不在海平面的淡水域104，诸如湖泊或河流。
如图1所示，每一个船闸级116、118和120、以及122、124和126通过多个船闸门128、130和132、以及134、136和138中的一个与前一级和后一级分开。这样，平行船闸112和114的每一级116、118和120、以及122、124和126彼此独立，这样每一级都分别可以充入淡水，以升高或者降低沿着平行船闸112和114的长度航行的水运工具。通常地，各个船闸门128、130和132、以及134、136和138通过水压凸轮(未示出)驱动的啮合系统进行操作，其使得船闸门128、130和132、以及134、136和138打开或关闭。船闸门是旋转门，通常向内打开，即，朝向平行船闸112和114打开，以使得更多的淡水流向盐水域106，这样就降低了盐水的侵入。平行船闸112的船闸级120的船闸门132以及平行船闸114的船闸级126的船闸门138都是最后级的船闸。由于最后船闸级120和126处的淡水总是比海平面高出1英尺，从而获得1英尺的高度差，所以船闸门132和138(指较低的船闸门)通常可以打开或关闭。
可适用于平行船闸112和114的管道和阀的排布将在以下结合图2进行简要描述。平行船闸112和114可共用管道和阀，而这些管道和阀的功能是把淡水域104中的淡水运送到船闸级116、118和120、以及122、124和126上，以便对运河船闸系统110进行操作。为实现该目标，平行船闸112和114包括三个主要管路，用于把淡水域104中的淡水运送到运河船闸系统110。如图2所示，管路系统包括分别与平行船闸112和114连接的中心管路140和一对侧向管路142和144。值得注意的是，管路140、142和144的直径可以根据运河船闸系统110的尺寸大小而变化，最大可达18英尺(18′0″)。在该实施例中，平行船闸112和114中的每一个都利用中心管路140以及侧向管路142和144中的一个。这样，平行船闸112利用中心管路140和侧向管路142把淡水域104中的淡水运送到平行船闸112。类似地，平行船闸114利用中心管路140和侧向管路144把淡水域104中的淡水运送到平行船闸114。在泵送系统或重力流的作用下，可以完成淡水在中心管路140和侧向管路142和144中的运送。
每一个侧向管路142和144以及中心管路140均包括多个阀和管道，用于分别向平行船闸112和114的各级116、118和120、以及122、124和126充满水，从而可以通过运河船闸系统移动水运工具。中心管路140和侧向管路142和144的功能是将平行船闸112和114上的各个船闸级116、118和120、以及122、124和126中充满水。通过多个电机操作如图2所示的斜面阀146使淡水域104中的淡水到达船闸级116、118和120以及122、124和126。每一个斜面阀146的尺寸大小由中心管路140和每一个侧向管路142和144的尺寸大小决定。较大的运河船闸系统110需要较大容量的中心管路140和侧向管路142和144，相应的就需要较大的斜面阀146。斜面阀146的直径可达18英尺(18′0″)。一旦淡水通过特定电机操作的斜面阀146，则淡水就可以通过多个侧向端口塞阀(lateralport plug valve)148中的一个阀到达选定的船闸级16、118或120、或122、124或126中的一个。运河船闸系统110可以设计成可将淡水泵入到各个船闸级，或者可选择地，设计为使得淡水在重力作用下流入到各个船闸级。
在现有技术中，当船闸门132和138打开时，最后级的船闸120和126中的淡水由于重力而流入到盐水域106。因为允许淡水流出最后的船闸级120和126，所以每次水运工具通过运河船闸系统110时都会有几千加仑的水会流入盐水域106。因为气候的改变影响了全球范围内每年的降雨量，因此不能够再忽视因为运河船闸系统110的运行而导致的淡水的流失。在运河船闸系统110处于工作状态时，如下所述，水运工具从淡水域104通过平行的船闸114到达盐水域106。例如，当水运工具位于船闸级124中时，水面高度为海平面之上60英尺(60′0″)。水运工具然而从船闸级124到达船闸级126(参见图1)，船闸级126的水面高度为海平面之上30英尺(30′0″)。当水运工具位于船闸级126时，淡水的水面高度从海平面之上30英尺(30′0″)降落了1英尺(1′0″)，即，角落到29英尺(29′0″)。由于船闸级126中的淡水高度仅为海平面之上1英尺(1′0″)，因此能够打开最后级的船闸门138，以允许水运工具通过淡水域与盐水域之间的界面102并进入到盐水航道105，最终进入盐水域106中。然后最后级的船闸门138关闭。由于最后船闸级126上的水面高度仅比盐水域126的水面高度高出1英尺(1′0″)，因此，位于最后船闸级126中的淡水不会流到盐水域106中。这样，最后船闸级126中的淡水以及盐水域106中的盐水之间的压力相等。
过去很少对淡水进行储存。下面紧接的这一段将要介绍最后船闸级126中的淡水面从高于海平面30英尺(30′0″)下降到高于海平面1英尺(1′0″)的处理。位于平行船闸114(在该实施例中)的中心管路140和侧向管路142、144内的恰当的电机操作的斜面阀146在正常工作状态下是打开的。此时，最后船闸级126中下降的29英尺(29′0″)的淡水被从中心管路140和侧向管路142和144中排出。在过去的实践中，该下降的29英尺(29′0″)的淡水被排放到淡水域与盐水域之间的界面102处(图8和图10中可以清楚地示出)。位于淡水域104与盐水域106之间的界面102分别位于船闸级120和126的船闸门132和138的外侧，图8中可以清楚地示出。这样，排出的淡水最终到达了盐水域106的盐水航道150。
本发明的重要特色在于船闸水回收子系统(lock water recoverysubsystem)160。该子系统可以从图3中清楚看到，也可以参见图1和图2。船闸水回收子系统160的主要功能是在运河船闸系统110正常工作时控制住从最后船闸级124和126排向界面102处的淡水，防止淡水流入盐水域106。船闸水回收子系统160控制住的淡水要经过以下过程(a)被防盐水侵入屏障子系统162利用；(b)通过可饮用水处理设备164进行净化处理；(c)把回收的淡水返回到淡水域104，以补充其中的淡水量。从图3中可以清楚的看到船闸水回收子系统160，并且其主要功能是收集前面由最后船闸级124、126排向界面102处的所有淡水。下面紧接前面两段介绍的淡水面从高于海平面30英尺(30′0″)降到高于海平面1英尺(1′0″)的示例继续介绍，位于中心管路140和侧向管路142和144内的适当电机操作的斜面阀146处于开启状态。其中，位于最后的船闸级126的高于海平面29英尺(29′0″)的淡水被中心管路140和侧向管路142和144排出进入船闸水回收子系统160中。
船闸水回收子系统160的结构如下所述。船闸水回收子系统160设计成可以接入到运河船闸系统110的现有管路中，如中心管路140和侧向管路142和144中，用于截获之前会被排到界面102处的淡水(在现有技术中，也即，先于本发明技术之前的技术中，淡水被排放到界面)。从运河船闸系统110回收的淡水通过图3图5中所示的船闸水回收管路168和门阀170返回到淡水蓄水池166。当图1、图2、图5所示的蓄水池166处于工作状态时，门阀170处于通常的开启位置。这样，回收的淡水通过图5中清晰示出的船闸水回收管路168直接注入到蓄水池166。船闸水回收管路168是地下管路，直径可达36英尺(36′0″)，且与运河船闸系统110的现有管路，如中心管路140和侧向管路142和144相连接，并可到达蓄水池166，这一点可以从图1、图2中清楚看到。船闸水回收管路168可由任何合适的材料构成，比如不锈钢。
在优选实施例中，参见图3和图6所示，船闸水回收管路168通过多个接头管路172、174、176连接到运河船闸系统110上。特别指出(a)侧向管路142通过接头管路172连接到船闸水回收管路168，(b)中心管路140通过接头管路174接到船闸水回收管路168，(c)侧向管路144通过接头管路176接到船闸水回收管路168。每一个接头管路172、174、176直径可达18英尺(18′0″)。而且侧向管路142和144分别包括通常关闭的门阀178和180，以防止淡水流出门阀178和180。这种结构设计使得淡水被迫分别流入接头管路172、176，然后流入船闸水回收管路168。类似地，中心管路140包括通常是开启状态的门阀182和通常是关闭状态的门阀184。通常是开启状态的门阀182使淡水流经运河船闸系统110，而通常是关闭状态的门阀184会阻止淡水继续流动。因此，淡水可有效地流入接头管路174，然后流到船闸水回收管路168。当船闸水回收子系统160不工作时，位于船闸水回收管路168内的正常开启的门阀170关闭，门阀178、180、182和184(或其任意的结合)可处于开启状态，这样淡水可以像现有技术一样排放到界面102处。
与平行船闸112和114的低端船闸门132和138靠得很近的蓄水池166用于接收由船闸水回收子系统160从运河船闸系统110回收的所有淡水。淡水通过船闸水回收管路168和正常开启的门阀170到达蓄水池166中，这一点可以从图5中清楚看到。在淡水被回收到蓄水池166之后，它通常至少向3个方向流动。通常地，第一体积的回收淡水(用箭头185表示)流入到位于淡水域104与盐水域106之间的界面102处的防盐水侵入屏障子系统162。第一体积的回收淡水(用箭头185所示)用于阻止盐水进入淡水域104。第二体积的回收淡水(用箭头187所示)返回到淡水域104，以增加淡水量的高度，便于运河船闸系统110的正常运行。最后，第三体积的回收淡水(用箭头189所示)到达可饮用水处理设备164进行进一步的处理，以为当地的用水单位提供充足的淡水，以便饮用、做饭、洗浴、农业灌溉或其他用途。
蓄水池166位于地下船闸水回收管路168之上，这一点可以从图5中清楚看到。船闸水回收管路168末端位于蓄水池166下面。多个上升管路186连接船闸水回收管路168并到达蓄水池166，形成多个流入口(flow portals)188。上升管路186和流入口188提供了回收淡水到达蓄水池166的通路。蓄水池166通常是较大的混凝土池，通常会使人联想到较大的游泳池，长约1200′，宽250′，高度与运河船闸系统110的高度相匹配。蓄水池166的主要功能就是过滤和预处理第一体积的回收淡水，达到第一级的处理要求。进入蓄水池166之后，回收淡水会遇到碎片滤屏190，从图1、图2、图4A、图4B、图5、和图6中可以看到碎片滤屏的结构。碎片滤屏190通过移除较大的碎片，例如树干、浮游植物，有时也会是一些海洋生物，来辅助回收淡水的过滤处理。
在该领域中碎片滤屏190这一特征是已知的，通常用于包含有较大物件和碎片的原始水的处理中。例如，碎片滤屏可会与动力厂的冷却水塔一起使用，动力厂通常从当地湖泊、河流、和其他较大的水体中抽取获得冷却水。被碎片堵塞的碎片滤屏190通常具有该领域中已知的自清理特征(图中未示出)。自清理器(图中未示出)的功能是将堵塞碎片滤屏190碎片清除到一个大盘子或容器中，当大盘子或容器中充满较大的碎片时，其会被抬高，并把较大碎片倒在蓄水池166的外面。碎片滤屏190的自清理器(图中未示出)可以是由电机带动的逆流清理器或自清理滤屏刀片。这种类型的自清理器(图中未示出)通常可以从为动力厂提供水处理设备的制造厂获得。
在优选实施例中，碎片滤屏190呈V形，并且包括第一滤屏部件192和第二滤屏部件194，这一点可以从图5中清楚看到。当回收淡水进入上升管路186后流经多个位于碎片滤屏190内的流入口188后，第一体积的回收淡水(用箭头185所示)流过碎片滤屏190的第一滤屏部件192，参见图5。其余的回收淡水(包括用箭头187所示的第二体积的回收淡水和用箭头189所示的第三体积的回收淡水)流过碎片滤屏190的第二滤屏部件194。下面将介绍防盐水侵入屏障子系统162，其中第一体积的回收淡水(用箭头185所示)进入该防盐水侵入屏障子系统。
第一体积的回收淡水(用箭头185所示)通过第一滤屏部件192之后，直接到达多个堰门阀200，这一点可以从图2、图5中清楚看到。多个堰门阀200的功能是让来自蓄水池166的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)通过，并到达溢流池202。溢流池202用于储存要流入到防盐水侵入屏障子系统162中的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)。堰门阀200与堰门控制器204和高度控制器206一起工作，用于控制溢流池202内的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的高度。值得注意的是，堰门阀200与浮阀的工作原理相似，即水面的高度决定阀是处于开启状态还是关闭状态，而水面上升的高度决定阀是否关闭。这样，堰门阀200的位置由盐水域106的潮汐(其通常为海洋的潮汐)控制。溢流池202内的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的水面通常被控制在高于海平面+3″。这样设计使得堰门阀200可以阻止盐水域106的盐水回流，即阻止盐水进入蓄水池166。这样，多个堰门阀200与堰门控制器204和高度控制器206一起运行以阻止蓄水池166内的回收淡水变咸。蓄水池166用作第一体积的回收淡水(用箭头185所示)与盐水域106之间的分隔屏障。
溢流池202包括多个排放口208，该排放口与相应个数的排放管路210一起运作，用于把第一体积的回收淡水(用箭头185所示)排放到蓄水池排放管路212中，可参见图2、图4A、图4B、图5、和图10所示。排放管路212是地下管路，并自蓄水池166(参见图5)的溢流池202的下面延伸到位于界面102处的低端船闸门132和138外面的防盐水侵入屏障子系统162，参见从图1、图2、图8、和图10。排放管路212的直径可达36英尺(36′0″)，且可由不锈钢制成。排放管路212终止于具有多个垂直放置的位于水下的回程排放口216的界面区域102处，这一点可以从图8中清楚看到。第一体积的回收淡水(用箭头185所示)在重力作用下，通过位于海平面的排放管路212被输送到垂直放置的位于水下的回程排放口216。位于水下的回程排放口216的直径可达18英尺(18′0″)，用于垂直喷射第一体积的回收淡水(用箭头185所示)，从而在界面区域102处形成水峰带(hydraulic mounding zone)218。
防盐水侵入屏障子系统162的功能是防止盐水域106的盐水进入淡水域104的淡水中。通过增加淡水相对于淡水域104与盐水域106之间界面102处的盐水的密度(或重量)而实现防止盐水侵入淡水的目的。通过形成水峰带218和压缩空气混合带220，淡水的密度可提高，从而可防止盐水侵入，参见图11和图12。为了形成水峰带218，大量的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)经过位于水下的回程排放口216垂直向上引入(参见图8)。回收淡水在靠近位于淡水域104与盐水域106之间界面102处，在低端船闸门132和138的口部进行垂直喷射，参见图8。由于水流磨擦，界面102处的水呈峰状，即，高于周围的水面，这样水峰带218的压力提高。水峰带218内的压力增加致使第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的密度增加。第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的压力的增加使得盐水偏移，从而阻止了盐水的侵入。
第一体积的回收淡水(用箭头185所示)通过回程排放口216垂直喷射形成水峰带218使得界面102处的水面比四周水面高，即，形成了峰状。特别地，水峰带218中的水比盐水航道150内的盐水高0.3″。水峰带218处额外高出的0.3″使得水峰带内的水比四周盐水压力要大。水峰带218峰状水的压力梯度与四周位于界面102处的淡水密度(或重量)以及位于盐水航道150内的盐水密度(或重量)相等或高。因此，通过水峰带218侵入淡水域104的盐水会被阻止。淡水高度的增加导致位于水下的回程排放口216中充满了来自运河船闸系统110的已回收和再循环的淡水，继而增加了第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的压力，从而淡水压力就超过了位于盐水航道150内的盐水压力。这样，淡水高度的增加与水峰带218一起对欲通过运河船闸系统110的低端船闸门132和138，从而进入淡水域104的盐水设置了屏障。
防盐水侵入屏障子系统162的第二部分形成压缩空气混合带220，这一点可以从图8和图12中清楚看到。防盐水侵入屏障子系统162的该部分包括精密起泡器集管222和空气压缩设备224。精密起泡器集管222由4个8″的穿孔管道226构成，其跨越界面102的整个底面宽度，并且正位于平行船闸112和114的低端船闸门132和138的外面，参见图8。精密起泡器集管222上的穿孔管道226可由镀有环氧化物的金属制成，这样可以防止盐水的侵蚀。可选择地，带有打孔的管226也可由光纤加固管道(FRP)制成，其硬度大，并且同样可以防止盐水的侵蚀。
空气压缩设备224由一对空气压缩器228构成，其压缩通过精密起泡器集管222的空气。被泵入到起泡器集管222中的压缩空气，穿过带有打孔的管226以搅动淡水并产生大量的空气汽泡。空气汽泡上升到达淡水表面，引起表面的水中有汽泡出现，从而形成了混合(起泡)带220，并且空气汽泡的上升导致混合(起泡)带220处的水的压力增加。此处水压的增加使得第一体积的回收淡水(用箭头185所示)的密度(或重量)也增加。淡水的压力增加抵消了周围盐水的压力，这样就起到了防止盐水进入淡水域104的作用。而且，随着空气汽泡上升到达淡水表面，混合(起泡)带220的混合流形成，与位于淡水域104与盐水域106之间的界面102处的淡水密度相等，该混合(起泡)带220的混合水流密度是淡水域104、盐水域106深度的函数。
值得注意的是，当防盐水侵入屏障子系统162包括位于水下的回程排放口216(用于形成水峰带218)或者包括精密起泡器集管222(用于形成混合带220)时，都可以很好的阻止盐水侵入淡水。然而，当水下的回程排放口216与精密起泡器集管222结合在一起，分别形成水峰带218和压缩空气混合带220时，防盐水侵入屏障子系统162可以最有效的阻止盐水侵入淡水。在这种情况下，从水下的回程排放口216垂直喷射的淡水与精密起泡器集管222产生的空气汽泡混合在一起。这个混合作用发生在低端船闸门132和138外部的界面102的淡水的整个垂直面上。混合过程使得整个淡水垂直面的压力(密度)相等，其大于或等于盐水域106中盐水的压力(密度)。产生这种情况的原因在于(a)由于水峰带218和压缩空气混合带220的存在，淡水水面比盐水水面高；以及(b)因为压缩空气没有与盐水混合，盐水中的压力(密度)不均匀。
这样，淡水蓄水池166与防盐水侵入屏障子系统162结合使用，其中，蓄水池166用作船闸水回收子系统160中的淡水与盐水航道150内的盐水之间的机械分离器。蓄水池166接收来自运河船闸系统110排出的所有淡水，并把一部分水传送出去，比如把第一体积的回收淡水(用箭头185所示)传送到堰门阀200和蓄水池排放管路212。回收淡水中被控制分离的第一体积的回收淡水(用箭头185所示)在水流重力作用下流经排放管路212到达位于低端船闸门132和138外部的区域，参见图8。第一体积的回收淡水(用箭头185所示)通过水下的回程排放口216垂直喷射形成水峰带218。水峰带218结合压缩空气混合带220形成具有均匀压力的淡水面，如上所述，可用于防止盐水侵入淡水域104。
以上是对防盐水侵入屏障子系统162各个构成部件的介绍，下面将要详细描述蓄水池166。从图5中可以清楚看到V形碎片滤屏190的第一滤屏部件192和第二滤屏部件194。由船闸水回收管路168运送的回收淡水进入上升管路186，流经碎片滤屏190内的流入口188。第一体积的回收淡水(用箭头185所示)如前所述通过第一滤屏部件192直接进入堰门阀200和溢流池202。其余的回收淡水(包括用箭头187所示的第二体积的回收淡水以及用箭头189所示的第三体积的回收淡水)流过碎片滤屏190的第二滤屏部件194进入到蓄水池166。其余的回收淡水187、189经过碎片滤屏190的过滤后，还要以如下方式经过蓄水池166内的化学预处理，以达到第一级处理的标准要求。
位于混凝土蓄水池166底部的是航道起泡器集管232和化学试剂喷射器234，从图2中可以清楚看到的看到这两部分。航道起泡器集管232类似与防盐水侵入屏障子系统162结合使用的精密起泡器集管222，并且由至少一个穿孔管道构成。航道起泡器集管232的穿孔管道可由具有环氧化物镀膜的金属或光纤加固管(FRP)制成，这两种材料都可以防止盐水的侵蚀。空气压缩站236连接到航道起泡器集管232上，用于向航道起泡器集管232提供压缩空气。航道起泡器集管232用于氧化回收的淡水(标号187、189标示的淡水)。化学试剂泵壳体238连接到化学试剂喷射器234上，用于把化学试剂加入到试剂喷射器234和回收的淡水中，参见图2。化学试剂或化学絮凝物加入到剩余的淡水(用箭头187、189标示的淡水)，这样可以使得悬浮固体，如矿物质、有机物沉淀和/或浮选。该过程可去掉回收淡水中的溶剂和固体物，从而获得清澈的淡水。而且，通过航道起泡器集管232释放到回收淡水中的空气汽泡有助于混合絮凝物以使其粘接到悬浮溶剂和悬浮物上，诸如粘接到油类或油脂上。
回收淡水(用箭头187、189标示)中的悬浮固体的沉淀形成凝块，其落到蓄水池166底部，利用螺丝钻(sludge)传送系统(图中未示出)将其去除。该螺丝钻传送系统通常包括可连续转动的、电力驱动的、螺纹状的淤泥去除设备，用于处理蓄水池166底部多个底部管道或端口(图中未示出)中的淤泥。螺丝钻传送系统(图中未示出)通常用于水处理设备中。在化学试剂或化学絮凝物的作用下，悬浮固体漂浮形成泡沫，其通过流体隔板240漂浮在回收淡水(用箭头187、189标示)的上部，并被除去，参见图2、图4A和图4B。流体隔板240一般用于水处理设备中，用于分离并除掉航道起泡器集管232中产生的空气汽泡而形成的泡沫，从而防止污染经过化学处理的淡水。流体隔板240也可用于使得落于回收淡水(用箭头187、189标示)中的固体流经蓄水池166底部管道或端口(图中未示出)，以便在主要的蓄水槽(图中未示出)中作进一步的处理。
图2中位于蓄水池166中流体隔板240下游的回收淡水(用箭头187、189标示)在此处已经很清澈，且被氧化，准备运送到两个目的地。第二体积的回收淡水187经过第一泵室242被抽吸到淡水域104，以补充淡水供应。第二体积的回收淡水187用于运河船闸系统110的操作以及一些商业和公众的用水、农业用水和灌溉的需求等。第三体积的回收淡水189经过第二泵室244到达可饮用水处理设备164做进一步的处理，以提供可饮用水，参见图2。
可饮用水处理设备164从蓄水池166接收清澈的、经过氧化的水(即第三体积的回收淡水189)，这一点可以从图2中清楚看到。通风水池250是一个开口池，作用是在进行水处理之前对回收淡水189进行通风。回收淡水189必须经过通风以除掉挥发性物质和有机物质，例如通过蒸发除掉酒精。位于通风水池250内的多个喷泉252喷射水，目的是把氧溶入到回收淡水189中。回收淡水189进一步氧化的目的是提高菌类活动，分解其在回收淡水(用箭头189标示)中的组合物。化学试剂设备254向通风水池250中进行通风的淡水中注入化学物质，诸如苏打灰、聚合体和其他合适的化学物质，其目的是净化淡水，以进一步提高固体悬浮物的沉淀。多个混合器256的功能是使所有的化学物质与通风的淡水进行充分的混合。
经过充分的化学混合之后，回收淡水189到达多个沉积室258，其主要功能是使回收淡水189中的固体沉积到沉积室258的底部。利用真空抽气操作(图中未示出)定期除去沉积到沉积室258底部的固体，该过程的工作原理与清洁游泳池的原理类似。回收淡水189然后到达沉积处理池260，该沉积处理池中的处理是沉积过程的最后一步，回收淡水在此处处理的时间会更长，目的是最大化地沉积固体物。下一个级包括一个媒介过滤级262的处理，其用于过滤经过化学处理后的水。媒介过滤级262包括无烟煤/煤、沙子、砂砾、和活性碳，其越来越多地用于净化淡水。接下来过滤后的回收淡水189经过一对直径6英尺(6′0″)的管线264到达清洁井(clearwell)266，清洁井266是存放回收淡水189的地方，在这里回收淡水变成了清澈可饮用的水。然后将氯加入到清洁井266的过滤可饮用水中，进行消毒处理。泵室268将经过过滤的可饮用水从清洁井266中吸出，并泵入到可饮用水的存放设备中(图中未示出)，以便满足饮用、做饭、洗浴等用水要求。外部电子变电站270和内部电子开关设备272与防盐水侵入系统100邻近设置，以方便提供电能。
总之，通常应用于淡水域104与盐水域106之间界面102处的防盐水侵入系统100包括淡水回收子系统160，用于从淡水域104中回收淡水。另外，与淡水回收子系统160相连通的蓄水池166接受回收的淡水，并使之改道。与蓄水池166连通的防盐水侵入屏障子系统162安放于淡水域104与盐水域106之间的界面102处。防盐水侵入屏障子系统162包括多个位于水中的回程排放口216以及精密起泡器集管222，其中，位于水下的回程排放口垂直喷射回收的淡水，以形成水峰带218，而起泡器集管用于形成混合带220。水峰带218和混合带220可提高淡水的密度，防止盐水域106的盐水侵入到淡水中。
与现有技术中已知的防盐水侵入系统相比，本发明具有很多新型的特点。根据本发明的防盐水侵入系统100最主要的优点是它可以储存、回收、循环淡水，且(a)第一体积的回收淡水185流入防盐水侵入屏障子系统162中，用于防止盐水侵入到淡水域104中；(b)第二体积的回收淡水187返回到淡水域104中，用于运河船闸系统110的操作；以及(c)第三体积的回收淡水189流入可饮用水处理设备164，为公众、私人、商业提供清洁可饮用水。此外，防盐水侵入屏障子系统162采用位于水下的回程排放口216和精密起泡器集管222分别形成水峰带218和混合带220，从而可防止盐水侵入淡水域104中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
权利要求
1.一种防盐水侵入系统，应用于淡水域与盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入系统包括淡水回收子系统，用于从所述淡水域中回收淡水；蓄水池，与所述淡水回收子系统相连通，用于接收所述回收的淡水，并使之改道；以及防盐水侵入屏障子系统，与所述蓄水池相连通，并设置于所述淡水域与所述盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入屏障子系统包括多个位于水中的回程排放口，其垂直喷射所述回收的淡水，形成一个水峰带，所述水峰带可以提高所述淡水的密度，防止所述盐水域的盐水侵入到所述淡水中。
2.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，所述淡水回收子系统包括淡水回收管路和阀，用于收集所述淡水域中的淡水，并将所述淡水运送到所述蓄水池。
3.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池包括碎片滤屏，用于过滤所述回收淡水中存在的较大碎片。
4.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池还包括多个堰门阀，用于防止所述盐水回流到所述蓄水池中。
5.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池还包括堰门控制器，用于控制所述淡水流入多个所述堰门阀中。
6.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池还包括溢流池，用于收集通过多个所述堰门阀的淡水。
7.根据权利要求6所述的防盐水侵入系统，其中，所述溢流池还包括高度控制器，用于控制所述溢流池中所述淡水的体积。
8.根据权利要求1所述的防盐水侵入系统，其中，还包括蓄水池排放管路，用于把所述回收淡水引导注入所述防盐水侵入屏障子系统。
9.一种防盐水侵入系统，其应用于淡水域与盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入系统包括淡水回收子系统，用于从所述淡水域中回收淡水；蓄水池，与所述淡水回收子系统相连通，用于接收回收的淡水，并使之改道；以及防盐水侵入屏障子系统，与所述蓄水池相连通，并设置于所述淡水域与所述盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入屏障子系统包括多个位于水中的回程排放口和精密起泡器集管，其中所述位于水下的回程排放口垂直喷射回收的淡水，形成一个水峰带，所述起泡器集管用于形成混合带，所述水峰带和所述混合带可提高淡水的密度，防止所述盐水域的盐水侵入到所述淡水中。
10.根据权利要求9所述的防盐水侵入系统，其中，所述防盐水侵入屏障子系统还包括一对空气压缩站，用于为所述精密起泡器集管提供压缩空气。
11.根据权利要求9所述的防盐水侵入系统，其中，所述防盐水侵入屏障子系统的所述精密起泡器集管还包括多个位于水下的带有打孔的管道。
12.一种防盐水侵入系统，其应用于淡水域与盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入系统包括淡水回收子系统，用于从所述淡水域中回收淡水；蓄水池，与所述包括碎片滤屏和航道起泡器集管的所述淡水回收子系统相连通，用于接收、过滤、氧化、重新分流所述回收的淡水；以及防盐水侵入屏障子系统，与所述蓄水池相连通，并设置于所述淡水域与所述盐水域之间的界面处，所述防盐水侵入屏障子系统包括多个位于水中的回程排放口和精密起泡器集管，其中，所述位于水下的回程排放口垂直喷射回收的淡水，以形成水峰带，所述起泡器集管用于形成混合带，所述水峰带和所述混合带可以提高淡水的密度，防止所述盐水域的盐水侵入到所述淡水中。
13.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，还包括空气压缩站，用于给所述航道起泡器集管提供压缩空气。
14.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，还包括可饮用水处理设备。
15.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池还包括化学试剂喷射器，用于向所述淡水中添加化学絮凝物，以便处理所述淡水中的悬浮固体。
16.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，所述蓄水池还包括流体隔板，用于强迫固体落到所述蓄水池的底部，以便于收集。
17.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，还包括第一泵，用于从所述蓄水池中抽吸所述淡水并注入到所述淡水域中。
18.根据权利要求12所述的防盐水侵入系统，其中，还包括第二泵，用于从所述蓄水池中抽吸所述淡水并注入到所述可饮用水处理设备中。
全文摘要
一种防盐水侵入系统，安装于淡水域与盐水域之间的界面处，包括淡水回收子系统，用于从淡水域中回收淡水；蓄水池，与淡水回收子系统相配合用于接受回收的淡水，并使淡水改道；防盐水侵入屏障子系统，与蓄水池相连通，且安放于淡水域与盐水域之间的界面处。其中，防盐水侵入屏障子系统，包括多个位于水中的回程排放口和精密起泡器集管，其中，位于水下的回程排放口垂直喷射回收的淡水，形成水峰带，而精密起泡器集管用于形成混合带，该水峰带和混合带可以提高淡水的密度，防止盐水域的盐水侵入淡水中。
文档编号E02B3/00GK1759033SQ200480006586
公开日2006年4月12日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月12日
发明者韦恩·W·斯帕尼 申请人:优培斯有限公司