专利名称：一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水工泄水建筑物，特别涉及一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物。
背景技术：
目前全国水污染现象日趋严重、水体水质日益恶化。据2010年中国环境状况公报显示，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染。204条河流409个地表水国控监测断面中，I III类、IV V类和劣V类水质的断面比例分别为 59. 9%,23. 7%和16. 4%。其中，长江、珠江水质良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。26个国控重点湖泊(水库)中，满足II类水质的1个，占3. 8%; III类的5个，占19. 2% ；IV类的4个，占15. 4% ； V类的6个，占23. 1% ；劣V类的10个，占 38.5%。河流综合治理过程中，通常使用的物理措施有截污治污、底泥疏浚、护坡护岸整治等；生物化学措施有人工投放净水剂、微生物菌种，恢复河流湿地等。其中恢复水质是一个很重要的目标，但单纯依赖以上措施既不经济，也不合理。应当在大力削减污染负荷的同时，将河流的自净能力视为一笔宝贵的环境财富，使其尽可能得到恢复并加以充分利用。利用河流自身特征，改善水流形态，提高水体自净能力是本设计的主要目的。河流在流动过程中本身蕴涵了巨大的能量，如果能充分利用此自然能量来增加水中溶解氧(DO)含量，将是一种理想的增氧措施。水流经过河流中兴建的间、堰等水工泄水建筑物的出流，由于水流的强烈紊动和掺气，会使水体的DO含量有较为明显的提高。水体紊动程度越强，DO浓度增加愈快，这是因为紊动强度愈大，水体表面及内部的紊动动能愈大，根据表面复氧的氧通量理论，由此引起的表面复氧速度及表面复氧向水下扩散的速度也越大，所以溶解氧浓度增长很快。紊动对有机物的降解速率有较大影响，紊动强度越大，有机物在水体中的降解速率越大。所以，改变城市河道的水流形态，增加水流的紊动程度，将会有效地提高水体D0，使水体中有机污染得到有效地降低，营养盐得到一定程度的转化，水体自净能力得到提高。我国河流中修建了各类坝、堰、间等水工泄水建筑物非常多，但堰体、坝体表面都是平面型结构，混凝土基质，没有经过特殊设计，使水体在流动过程中的势能白白浪费，没有加之合理利用。因此，可充分利用水体经过水工泄水建筑物时的紊动过程，通过设计一些特殊形状的水工泄水建筑物，使水流经过时水体紊动程度更加剧烈，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为D0，并在水体中合理地扩散、输移，并有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。
发明内容
技术问题本发明通过改变水工泄水建筑物的泄水侧坝面形态，改善经过水工泄水建筑物的水流性质，提高水体的紊动程度，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为 DO,提高水体自净能力，使水体中污染物得到部分降解，有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。技术方案一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，其中在水工泄水建筑物的泄水方向以橡胶坝为材料，橡胶坝坝面为曲线形状或阶梯形状，泄水一侧橡胶坝体倾角为30-60度。所述泄水一侧橡胶坝体倾角为40-50度。所述的橡胶坝坝面曲线形状为正弦曲线状或余弦曲线状。有益效果
(1)阶梯式或者曲线式坝面设计可在很短时间改变河道水流特征，可以激起很多水珠， 增加水气接触面积，使更多地氧气进入水体成为D0，降低水体有机污染，达到提高水体自净能力的目的。(2)阶梯式或者曲线式坝面对水体曝气复氧方面、污染物去除、延长生物膜作用时间、提高水体自净能力等方面的优势均显著高于平面式。经试验表明水体经一坡度约52°，垂直高度为120cm左右的小型溢流堰后，平面式溢流堰DO增加了 182. 69%，而正弦曲线状或余弦曲线状的增加了 355. 76%，经平面式溢流堰总氮、总磷分别降低了 0. 05%、 0. 78% ；而经正弦曲线状或余弦曲线状的水体TN、TP分别降低了 4. 89%,5. 97%。(3)水流在流过相同距离条件下，泄水侧坝体倾斜角度在40° -50°时对水体复氧、污染物去除等方面均效果最佳，优于其他倾斜角度的坝体。经试验表明水体经一垂直高度为120cm左右的正弦曲线状(余弦曲线状)溢流堰后，水体经三个坡度为30°、45°、 60°溢流堰，且流经相同的距离(150cm)后，DO增加率分别为420. 98%,473. 04%,438. 22%， 总氮降低率分别为7. 68%,5. 63%,4. 43% ；总磷降低率分别为5. 41%、11. 11%,6. 41% ；高锰酸盐指标降低率分别为1. 48%,6. 34%、1. 55%，故坡度为45°左右时综合效果最佳。(4)坝体材料选取橡胶坝为改造基质材料，成本低，可操作性强，且橡胶坝可影响生物膜的着生与脱落，在实际运行中，若坝面粗糙度过大，则着生的生物膜过厚，影响生物膜的通透性，净化水体的功能不能很好发挥，且衰老的生物膜不易脱落，易分解释放污染物，重新污染水体；坝面过于光滑，生物膜难以着生，无生物膜作用，仅依靠水体机械复氧过净化水体，效率较低。试验表明水体分别经一垂直高度为120cm左右平面型溢流堰，其基质材料分别为混凝土和塑料薄膜，运行一段时间后两种坝面均附着生物膜，其中混凝土和塑料坝面DO增加率分别为87. 63%、90. 87% ；混凝土和塑料坝面总氮去除率分别为3. 11%、 3. 30% ；总磷去除率分别为4. 82%,9. 13%，故塑料坝面效果优于混凝土，且橡胶坝与原混凝土坝体相比造价低廉，我国有专业工厂制造橡胶坝，操作可行性强。
图1本发明第一个实例示意图； 图2本发明第二个实例示意其中1一橡胶坝，2-泄水方向一侧坝体倾角。
具体实施例方式实施例1
一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物如图1所示，可选取河流落差较大处，根据河床形态、河流深度和宽度等情况定制一橡胶材料溢流堰，或在原溢流堰基础上将泄水一侧用橡胶坝进行改造，泄水侧橡胶坝坝面为正弦曲线形状，泄水方向侧倾角做成30度。采用本发明设计的水工泄水建筑物坝面为橡胶材质，泄水侧形态为正弦曲线形状，与混凝土基质的相比，水流经过时水体紊动程度更加剧烈，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为D0，并在水体中合理地扩散、输移，并有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。实施例2
一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，如图2所示，在水工泄水建筑物的泄水方向以橡胶坝为材料，橡胶坝坝面为阶梯形，泄水方向侧倾角做成60度。采用本发明设计的水工泄水建筑物坝面为橡胶材质，泄水侧形态为阶梯式，与混凝土基质的相比，水流经过时水体紊动程度更加剧烈，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为D0，并在水体中合理地扩散、输移，并有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。实施例3
一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，可选取河流落差较大处，根据河床形态、河流深度和宽度等情况定制一橡胶材料溢流堰，或在原溢流堰基础上将泄水一侧用橡胶坝进行改造，泄水侧橡胶坝坝面为余弦曲线形状，泄水方向侧倾角做成45度。采用本发明设计的水工泄水建筑物坝面为橡胶材质，泄水侧形态为余弦曲线形状，与混凝土基质的相比，水流经过时水体紊动程度更加剧烈，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为D0，并在水体中合理地扩散、输移，并有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。
权利要求
1.一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，其特征在于在水工泄水建筑物的泄水方向以橡胶坝为材料，橡胶坝坝面为曲线形状或阶梯形状，泄水一侧橡胶坝体倾角为30-60度。
2.根据权利要求1所述的一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，其特征在于泄水一侧橡胶坝体倾角为40-50度。
3.根据权利要求1所述的一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，其特征在于所述的橡胶坝坝面曲线形状为正弦曲线状或余弦曲线状。
全文摘要
本发明涉及一种水工泄水建筑物，特别涉及一种利用河流落差提高水体自净能力的水工泄水建筑物，其中在水工泄水建筑物的泄水方向以橡胶坝为材料，橡胶坝坝面为阶梯状或正弦曲线状或余弦曲线状等曲线形状，泄水一侧橡胶坝体倾角为30-60度。本发明通过在河流落差较大处新建水工泄水建筑物或改变河流原有水工泄水建筑物的泄水一侧坝面形态，改善经水工泄水建筑物的水流性质，提高水体的紊动程度，使更多大气中的氧气更多地进入水体中成为溶解氧，提高水体自净能力，使水体中污染物得到部分降解，有效地降低有机污染程度，使营养盐得到一定程度的转化。
文档编号E02B7/02GK102505666SQ20111043347
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者吴芳芳, 吴荣军, 王国祥, 王锦旗, 郑有飞 申请人:南京信息工程大学