坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法。该装置包括架构装置、高度调节装置、充排装置、摆动装置和中控装置，本发明还提供了一种使用该装置的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控方法。本发明可独立运行或与上游水库联合调度运行，在不影响正常行洪、航运、上游库区供水等基本需求的前提下，在枯水期内不增加甚至减少大坝下泄流量，即可实现对装置附近近岸带生态需水的有效调控，不但能显著壅高坝下河道近岸带的水位，也可灵活控制不同区域的水位脉冲振幅，确保达到坝下河道近岸带枯水期生态需水保证率，解决水量季节分布不均问题及水利工程建设与下游生态需水之间的矛盾。
【专利说明】坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利工程优化调控【技术领域】，具体涉及一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法。
【背景技术】
[0002]我国降水量季节分布不均，大多数河流年内径流变化较大，丰水期与枯水期泾渭分明。在水文周期性涨落变化的环境条件下，自然河流近岸带经过长时间的自然发育，会形成一种近乎介于陆地生态系统和水生生态系统之间的狭长过渡生态区域，呈现陆地与湿地、挺水植物与沉水植物、特有鱼类与底栖动物交错分布的独特景观。河流近岸带具有固岸和降低侵蚀、生物多样性保护、截留和净化污染物、人为影响缓冲等重要的生态服务功能。由于河道近岸带具有边缘性、过渡性和敏感性的特点，其景观生态服务功能是否健全，已成为河流乃至整个流域水资源保护、水生态环境治理、水利工程优化调控成效的关键表征。
[0003]在枯水期，河道水位一般处于较低水平，一旦人为因素(如水利工程)或自然因素(如极枯年)超过岸边带自承力，最小需水量和岸边水位不能满足最低要求，则易造成近岸带正常结构、生物多样性和生产力的显著退化。我国的河流常常通过修建水库进行水资源人工调控，但水库调度运行模式往往与坝下河道岸边带生态保护产生矛盾。一方面，常规水库调度模式往往面向发电、防洪或航运，对下游岸边带生态需水关注不够，使得枯水期岸边带面临缺水的巨大风险。另一方面，尽管水利水电工程生态调度被认为是一种有潜力的工程调控措施，但仅靠优化调节下泄水量增减来满足下游岸边带生态需水，却常面临着无水可放、损害库区利益的两难困境；例如，当遭遇连续枯水年时，枯水期河道近岸带所需的生态需水流量常常明显大于水库调度下泄能力，将造成水库水位在枯水期结束前便降至死水位，危及水库所服务地域的生产生活供水安全。
[0004]目前，尚无一种已知的河道近岸带枯水期生态需水调控成熟装置或方法。首先，现有的河道近岸带保护方法均限于植物种类选择与配置方面，如《用芦苇恢复受损河岸生态系统的工程化方法》一文，探讨了将河岸工程设计为芦苇等生物能生存的多孔隙结构，恢复重建河岸生态系统的工程化方法；其次，虽有近期公开的专利申请《一种利于闸控河流滨岸带和沉水植物群落结构恢复和维护的水闸生态调度技术》，申请号为201110422435.1号，针对春夏季滨岸带植物结构维护以及提高沉水植物群落成活率提出了一种水闸生态调度方案，但该技术方案仅概述了针对河道近岸带生态恢复的水闸生态调度一般操作方案，未提及现实中枯水期上下游水资源供需不足的矛盾。
[0005]上述分析表明，仅依靠上游水利水电工程优化调度的单一措施，并不能完全解决坝下河道近岸带生态需水不足的实际困难，需要通过设计一套坝下河道内部安置的调控装置及方法，通过单独运行或与上游水库生态调度配合，在满足上游库区基本需水量的前提下，使得在不增加甚至减少枯水期水库下泄流量的条件下，就能满足坝下河道近岸带生态需水。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了弥补现有技术中存在的不足，本发明提出一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置与方法，针对水利水电工程影响下的中小型河流实际特点，实现在枯水期不增加甚至减少上游水库下泄水量的条件下，能够有效调控装置坝下邻近近岸带的水位，既不威胁上游库区供水安全，又能保障坝下河道近岸带枯水期的生态需水保证率，实现上下游库河两利。
[0007]技术方案:为了达到上述目的，本发明提供了一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，所述调控装置安装在水坝下游河道岸边带主槽位置，包括架构装置、高度调节装置、充排装置、摆动装置和中控装置，其中:
[0008]所述的架构装置为整个调控装置提供整体架构和支撑平台，包括桩体、浮床和摆动板；所述桩体对称布置在河床主槽中轴线的两边，包括埋入河床的地桩管和在地桩管内可上下活动的地桩；所述浮床可拆卸地嵌套在所述地桩上，起水平支撑、仪器安置作用；所述摆动板嵌套在地桩上，水平安置于浮床下方及高度调节装置的上方，并通过摆动装置控制变换不同倾斜角度用于制造水位脉冲；
[0009]所述的高度调节装置包括多组可调节高度的水袋，布置于摆动板下方，底部锚固于河床上，分别沿河道横向和纵向布置两排和多排，每个水袋面向河岸一侧设有水袋导水口和水袋侧翼，所述水袋侧翼为卧立圆柱体，可充水膨胀，用于增强调控装置两侧近岸带壅水高度变化；通过调节水袋导水口的进出水量控制水袋高度变化，进而调控装置上、左、右侧近岸带的壅水高度；不同水袋高度变化配合摆动装置运行，还可控制摆动板的倾角变化，用于对附近近岸带制造出所需的水位脉冲。
[0010]所述的充排装置用于对高度调节装置进行充水与排水，包括离心泵、控制管网、球形钢丝滤网、干流管道和支流管道；所述离心泵安置在浮床上表面，通过若干电动阀与控制管网连通，将充水和排水功能整合至单一管网，或沿充水流向流动充入高度调节装置，或沿排水流向流动排入河道，从而控制充排水流向；所述控制管网与干流管道连接，所述球形钢丝滤网与控制管网连通，用于过滤充水的杂质；所述支流管道位于干流管道的两侧，支流管道深入水下与各水袋导水口连通，支流管道上依次设有电动阀b和分体式智能电磁流量计，以用于定量控制不同水袋的充排水量。
[0011]所述的摆动装置包括一组可逆电机、一组绕线柱和一组尼龙绳；所述可逆电机沿浮床横向中轴线固定于浮床上表面的两侧；所述绕线柱与可逆电机轴端固定连接；所述尼龙绳一端缠绕在绕线柱上，另一端与摆动板相固定；绕线柱在顺、逆时针转动时尼龙绳缠绕圈数分别增、减；通过控制绕线柱的顺、逆时针旋转进而缠绕尼龙绳，带动摆动板的左右周期摆动，进而可在装置附近近岸带区域制造出人工水位脉冲。
[0012]所述的中控装置为整个调控装置的操控平台，布置于浮床中心附近，包括控制柜，用于控制上述的架构装置、高度调节装置、充排装置和摆动装置。
[0013]其中，所述浮床在纵向边中点安装有定滑轮，便于尼龙绳收放，在沿纵向中轴线间隔开设多个方形检修槽便于检修维护。
[0014]所述摆动板的上表面两纵边的中点处安装有固定尼龙绳的拉环，摆动板的上表面的四个顶点分别设有投入式液位计。
[0015]优选地，所述的球形钢丝滤网通过法兰与控制管网连通。[0016]所述干流管道通过三通与控制管网连通，并通过四通向两侧延伸出支流管道。
[0017]所述支流管道通过卡口接头与各水袋导水口密封连通。
[0018]所述的中控装置的控制柜为防水处理结构，内部安装有电动阀控制器、可逆电机控制器、离心泵开关、分体式智能电磁流量计的表头和投入式液位计的表头，其中，所述可逆电机控制器包括单片机、光电稱合器和可控娃。
[0019]其中，所述单片机存储了 “顺时针转动”和“停转”程序、周期性循环的“顺时针转动5s—逆时针转动5s—停转10s”和“停转IOs—顺时针转动5s—逆时针转动5s”四种程序。
[0020]上述架构装置可拆卸并且可高度调节，满足坝下河道主槽不同季节的需求。即在非枯水期，拆除浮床，排空高度调节装置内水体使得水袋沉入河底，同时调节地桩使之主体部分进入地桩管内，则可使得河道主槽恢复航运等正常功能；在枯水期，升高地桩使之主体部分伸出水面，对水袋充水调节高度，再重新安装浮床，则可重新发挥本装置的工作效能。
[0021]上述水袋可调节体积及高度，以实现不同的服务功能:在非枯水期，可排空水袋内的水，使其完全沉入河底，不影响通航等正常需求；在枯水期，向其充水膨胀体积，水袋通过高度不断提升顶托摆动板沿地桩上移；同时，河道中央主要范围被充水膨胀的水袋占据，一方面河道过流能力减弱使得邻近上游河道发生壅水，另一方面由于流量守恒的原理，来流将被迫绕行水袋两侧，流经充水膨胀的水袋侧翼时又受其阻碍，流速迅速下降，调控装置两侧水位显著提升，使得不增加甚至减少上游水库下泄水量的情形下就可满足装置附近近岸带的生态需水。
[0022]本发明的调控装置可单独运行或与上游水库联合调度运行，用于在枯水期内对该装置邻近区域(尤指邻近上游、左侧、右侧近岸带)进行生态需水调控。
[0023]本发明还提出了利用上述调控装置对坝下河道近岸带枯水期生态需水进行调控的方法，按以下步骤进行:
[0024](一)枯水期开始前:根据水坝上游水库的兴利库容实际限定，以及水文机构发布的枯水期径流预报值，按照枯水期内等流量大坝泄水方式初步确定水库在枯水期内的平均下泄流量；同时对坝下河道近岸带的植被生态价值和经济价值进行赋权综合比较，明确调控装置右侧、左侧以及邻近上游近岸带生态需水供给的优先顺序；
[0025](二)枯水期开始时:上游水库按既定的枯水期平均下泄流量下泄，充排装置控制河道内水体在控制管网中沿充水流向流动并充入高度调节装置水袋内，高度调节装置充水膨胀顶托摆动板沿地桩上移，水袋侧翼也充水膨胀；此时，装置邻近上游河道开始发生壅水，两侧水位也开始升高，当摆动板上移至下述目标位置时充排装置充水停止:
[0026]a.若调控装置邻近上游近岸带最优先供水，摆动板水平且贴近水面；
[0027]b.若调控装置右侧近岸带最优先供水，摆动板倾向上游且倾向右岸；
[0028]c.若调控装置左侧近岸带最优先供水，摆动板倾向上游且倾向左岸；
[0029]d.若调控装置所有邻近岸边带同等重要，摆动板倾向上游；
[0030](三)枯水期内:水库保持下泄流量不变，高度调节装置保持充水膨胀状态不变，若水库下泄流量发生改变，通过调节高度调节装置实施对邻近近岸带的生态需水微调；若近岸带需要脉冲水位变化以促进动植物发育，则可控制摆动装置，使摆动板进行左侧升高一左侧降低一右侧升高一右侧降低的周期性左右摆动，制造人工水位脉冲；在此过程中，调控装置周围河道水位一直保持较高水平；
[0031](四)枯水期结束时:终止摆动板摆动，充排装置控制高度调节装置内水体在控制管网中沿排水流向流动并排入河道，高度调节装置排水收缩导致摆动板沿地桩下移，调控装置周围河道水位逐渐降低，当高度调节装置内水体排空时充排装置排水停止，继而将支流管道与水袋导水口断开连通，从拉环上解除尼龙绳，并拆下设在摆动板上的投入式液位计，地桩向地桩管内收缩，浮床可被移走。
[0032]本发明的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法的工作原理为:
[0033]枯水期内，上游水库蓄水量往往偏低，下游河道水位明显下降；此时继续实施水库常规调度，坝下河道岸边带常明显低于最低生态需水位；若实施针对坝下近岸带的水库生态调度，增加特定时段的泄水量，却往往面临水库蓄水量不足，下泄水量不能满足坝下近岸带生态需水的需求。使用本发明，当下泄水流流至调控装置附近时，由于坝下河道所需保护的近岸带中央位置被充水膨胀的水袋占据，河道过流能力减弱，调控装置上游河道出现壅水；主流被迫绕行水袋两侧分流，流经充水膨胀的水袋侧翼时又受其阻碍，流速迅速下降，达到低下泄水量即可满足调控装置两侧河道壅水现象的目标；同时，本装置的摆动板设计，当摆动板目标位置水平且贴近水面时，河道过水能力减弱比摆动板倾向上游的情况更为剧烈，邻近上游河道壅水也更为显著；若摆动板目标位置倾向上游且倾向一侧河岸时，可向冲击到摆动板上表面的水流施加一定的反向作用力，在上游不断来水的情况下造成该侧河道水位壅高幅度大于另一侧；摆动板摆动时对河道水流产生横向的“挤”、“推”作用，进而可在敏感区域制造出人工水位脉冲。在枯水期内水库下泄流量保持稳定时，使用本调控装置可以保证周围河道水位保持较高水平，当上游水库下泄水量出现短期变化时，通过大坝调度与本装置微调的联合运行，则可实施动态短期生态需水调控。非枯水期，高度调节装置内水体排空，摆动板与河床贴合限制高度调节装置活动，地桩向地桩管内收缩，浮床移走，从而不影响河道丰水期行洪、航运。
[0034]有益效果:与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0035](I)本发明采用了组块式设计和制造工艺，尤其是架构装置与高度调节装置可以灵活变化体积和高度，并且可拆卸，因此既能够满足枯水期坝下河道岸边带的生态需水保证率，也不会影响非枯水期河道的正常服务功能，如行洪、航运、取水等。
[0036](2)可充水膨胀的卧立圆柱体式的水袋侧翼能够有效地增强调控装置两侧近岸带壅水高度变化，其与架构装置、充排装置相互配合，实现枯水期内水库下泄流量保持稳定，调控装置周围河道水位保持较高水平，而在高度调节装置内水体排空时，摆动板与河床贴合限制高度调节装置活动，地桩向地桩管内收缩，浮床移走，确保不影响河道丰水期行洪、航运。
[0037](3)本发明实现了在不增加甚至减少上游水库枯水期下泄水量的情况下，即可显著提高对调控装置邻近上游、装置左右两侧近岸带的生态需水保证率，有利于近岸植被在枯水期内的保持和发育；同时，也可灵活控制敏感区域的水位脉冲振幅，满足了不同类型的近岸带动植物的保持与发育需求；
[0038](4)相较于普通的面向下游河道生态需水的水库生态调度模式，本发明高效利用了枯水期内有限的下泄水量，使宝贵的水资源能够完全用于近岸带生态需水保护，同时不会使上游控制性水库过早降至死水位，解决了枯水期上游水利工程建设与下游生态需水之间的突出矛盾。
[0039](5)本发明的调控装置，既可以单独运行，也可以与上游水库调度联合运行，针对不同大坝泄水来流变化灵活调控，应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置平面布置图。
[0041 ]图2为图1的A-A剖视图。
[0042]图3为本发明的充排装置中管网布置示意图。
[0043]图4为采用本发明的实施例中各水袋充水量图。
[0044]图5为采用本发明的实施例中水库调度效果对比图。
[0045]附图标号说明:
[0046]I 水库 2 水坝3 河床
[0047]4 河道近岸带 5 河道水位6 浮床
[0048]7 摆动板 8 地桩管9 地桩
[0049]10定滑轮 11方形检修槽12拉环
[0050]13投入式液位计 14水袋15水袋导水口
[0051]16水袋侧翼 17离心泵18控制管网
[0052]19球形钢丝滤网 20干流管道21支流管道
[0053]22 电动阀al 23 电动阀a224 电动阀a3
[0054]25电动阀a4 26电动阀b27分体式智能电磁流量计
[0055]28可逆电机 29绕线柱30尼龙绳
[0056]31控制柜 32充水流向33排水流向。
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置及方法进行进一步的详细说明。
[0058]实施例1
[0059]我国长江流域中游有一宽度约为30m的支流,邻近主城区的河道疏浚后主槽宽度20m左右，城区河段上游14.5km处有一控制性水库I。该河流枯水期为每年11月到次年5月。坝下河道近岸植被主要有银合欢、红背山麻杆、桃金娘、水茄和马缨丹等常绿灌木，短叶胡枝子、黄荆等落叶灌木，以及多种乔木和草本植物。水库I施行常规调度时，城区河段丰水期平均水位高出枯水期3m左右。每年枯水期来临，河道水位5下降显著，两侧河岸较高地带的常绿灌木等植被生态需水供给不足，植被枯死现象严重，河道近岸带4退化特征明显，对城市景观造成不利影响。若 实施传统生态调度方法，为了尽可能满足下游岸边带生态需水，需要明显增加大坝的枯水期下泄水量，则会使上游水库提前将至死水位。现利用本发明的一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置进行治理:
[0060]该调控装置安装在水坝2下游河道岸边带主槽位置，包括架构装置、高度调节装置、充排装置、摆动装置和中控装置。架构装置为整个调控装置提供整体架构和支撑平台，包括桩体、浮床6和摆动板7 ;桩体对称布置在河床3主槽中轴线的两边，包括埋入河床的地桩管8和在地桩管8内可上下活动的地桩9 ;浮床6可拆卸地嵌套在地桩9上；摆动板7嵌套在地桩9上，水平安置于浮床6下方及高度调节装置的上方，并通过摆动装置控制变换不同倾斜角度用于制造水位脉冲。
[0061]高度调节装置包括多组可调节高度的水袋14，布置于摆动板7下方，底部锚固于河床3上，分别沿河道横向和纵向布置两排和多排，每个水袋14面向河岸一侧设有水袋导水口 15和水袋侧翼16，该水袋侧翼16为卧立圆柱体，可充水膨胀，用于增强调控装置两侧近岸带壅水高度变化。
[0062]充排装置用于对高度调节装置进行充水与排水，包括离心泵17、控制管网18、球形钢丝滤网19、干流管道20和支流管道21 ;离心泵17安置在浮床6上表面，通过若干电动阀与控制管网18连通以控制充排水流向；控制管网18与干流管道20连接，球形钢丝滤网19与控制管网18连通，用于过滤充水的杂质；支流管道21位于干流管道20的两侧，支流管道21深入水下与各水袋导水口 15连通，支流管道21上依次设有电动阀b26和分体式智能电磁流量计27，用于定量控制不同水袋14的进充排量；
[0063]摆动装置包括一组可逆电机28、一组绕线柱29和一组尼龙绳30 ;可逆电机28沿浮床6横向中轴线固定于浮床6上表面的两侧；所述绕线柱29与可逆电机28轴端固定连接；尼龙绳30 —端缠绕在绕线柱29上，另一端与摆动板相固定；
[0064]中控装置为整个调控装置的操控平台，布置于浮床6中心附近，包括控制柜31，控制柜31为防水处理结构，用于控制上述的架构装置、高度调节装置、充排装置和摆动装置。
[0065]在实际操作中，该调控装置的布置情况如图1-图3所示。在坝下河道临近主城区的河道主槽中心，沿400m (纵向)X10m (横向)的矩形四周向河床3 土体打入直径为0.53m的地桩管8，其横向间隔5m，纵向间隔20m，地桩管8内安装直径为0.5m的地桩9。地桩9与地桩管8通过D型销限位时，地桩9顶部高出河床7.5m。地桩9升起后，安装浮床6嵌套在地桩9上浮于水面，嵌孔直径为0.55m，浮床6在纵向边中点安装定滑轮10，沿其纵向中轴线每隔40m即开设边长为Im的方形检修槽11。摆动板7嵌套在地桩9上沉入水中，嵌孔直径为0.6m，摆动板7上表面两纵向边中点安装拉环12，四个顶点设有西森BST6600-TB型投入式液位计13。
[0066]在摆动板7下方分别沿河道横向和纵向布置两排和十排水袋14，其中左侧十只水袋14自上游至下游依次编号I?10，右侧十只水袋14自上游至下游依次编号11?20，每只水袋14纵向长度为40m，横向宽度为5m，水袋14面向河岸一侧设有水袋导水口 15和水袋侧翼16，水袋侧翼16充水后为直径lm、高5m的卧立圆柱体，各水袋14在水袋侧翼16上游的部分纵向长度为35m，水袋14和水袋侧翼16布置完成后将底部锚固于河床3上。
[0067]将型号为200ZX400-32的自吸离心泵17安置在浮床6上表面。用控制管网18将卓特ZTQ941F/H-200型电动阀al22和电动阀a223、电动阀a324和电动阀a425分别并联到离心泵17出口和进口，将电动阀a223和电动阀a324的另一端通过法兰并联到布置在水面以下的直径为0.5m的球形钢丝滤网19，将电动阀al22和电动阀a425的另一端通过三通并联到干流管道20。干流管道20通过四通向两侧延伸出支流管道21，深入水面以下分别与各水袋导水口 15通过卡口接头密封连通。支流管道21上依次设有ZTQ941F/H-200型电动阀b26和JCJ002型分体式智能电磁流量计27。
[0068]将两个5RK90⑶-CWEG型可逆电机28沿浮床6横向中轴线固定于浮床6上表面，可逆电机28自带减速机型号为5GU180KB。直径为92mm的绕线柱29与可逆电机28轴端固定连接，可逆电机28每转动一分钟,绕线柱29可缠绕尼龙绳302.4m。尼龙绳30 —端缠绕在绕线柱29上另一端绕过同侧定滑轮10与同侧拉环12固定，绕线柱29与尼龙绳30缠绕方式为:绕线柱29顺、逆时针转动时尼龙绳30缠绕圈数分别增、减。将KZQ07-1A型电动阀控制器、可逆电机控制器、离心泵开关、分体式智能电磁流量计27的表头和投入式液位计13的表头集中安装在浮床6中心附近的控制柜31中。其中，可逆电机控制器包含一块ATMELAT89C51单片机、一个光电耦合器和一个可控硅，单片机存储了 “顺时针转动”和“停转”程序，以及周期性循环的“顺时针转动5s—逆时针转动5s—停转10s”和“停转IOs—顺时针转动5s—逆时针转动5s”共四种程序。
[0069]本发明的调控方法及其步骤:
[0070](I)枯水期开始前的10月末，根据水坝2上游水库I的兴利库容和枯水期径流预报，按照枯水期等流量操作方式计算确定水库I枯水期平均下泄流量为17m3/S，同时通过对近岸植被生态价值和经济价值的赋权综合比较，确定调控装置右侧的近岸植被作为城市滨水公园景观之一，其生态需水最优先供给；
[0071](2)枯水期开始时的11月初，水库I以17m3/s的流量下泄，操作电动阀控制器打开电动阀al22、电动阀a324和各支流管道21上的电动阀b26，打开离心泵开关，充排装置控制河道内水体在控制管网18中沿充水流向32流动并充入高度调节装置，高度调节装置充水膨胀顶托摆动板7沿地桩9上移，调控装置周围河道水位5升高，观察投入式液位计13的表头并控制各电动阀b26的关闭顺序，当摆动板7上表面上游左侧、上游右侧、下游左侧和下游右侧的顶点水深分别为1.lm、2.0m、0.2m和1.1m时关闭最后一个电动阀b26，同时关闭离心泵开关，并关闭电动阀al22、电动阀a324，此时高度调节装置充水完成，各水袋14充水量见图4。依次对左、右两侧可逆电机28执行单片机中存储的“顺时针转动”程序直到两侧尼龙绳30绷紧，之后对左侧可逆电机28执行“顺时针转动5s—逆时针转动5s—停转10s”循环程序，同时对右侧可逆电机28执行“停转IOs—顺时针转动5s—逆时针转动5s”循环程序，摆动板7随即开始左侧升高一左侧降低一右侧升高一右侧降低的周期性左右摆动，摆动一侧最大升高20cm ；
[0072](3)枯水期内，水库I保持下泄流量不变，高度调节装置保持充水膨胀状态，摆动板7保持周期性左右摆动状态，调控装置周围河道水位5保持较高水平；
[0073](4)枯水期结束时的次年5月末，依次对左、右两侧可逆电机28执行单片机中存储的“停转”程序，操作电动阀控制器打开电动阀a223、电动阀a425和各支流管道21上的电动阀b26，打开离心泵开关，充排装置控制高度调节装置内水体在控制管网18中沿排水流向33流动并排入河道，高度调节装置排水收缩导致摆动板7沿地桩9下移，调控装置周围河道水位5降低，当分体式智能电磁流量计27表头的反向累计水量增长到与正向累计水量相同时关闭相应电动阀b26,关闭最后一个电动阀b26的同时关闭离心泵开关,并关闭电动阀a223、电动阀a425，此时高度调节装置内水体排空。继而将支流管道21与水袋导水口15在卡口接头处断开连通，用接头闷盖密封水袋导水口 15，从拉环12上解除尼龙绳30，拆下设在摆动板7上的投入式液位计13，拆除D型销后地桩9向地桩管8内收缩，浮床6可被移走。
[0074]实施效果:[0075]经统计，在不增加枯水期上游泄水量的情形下，实施后调控装置右侧、左侧以及上游河道水位5壅高明显，调控装置上游50m处至下游尾端共450m河段中有380m河道水位5壅高，河道水位5最大壅高2.3m，平均壅高2m，水面宽度平均增加6.4m，其中右侧河道水位5平均壅高2.lm，大于左侧河道。本发明的调控装置及方法显著提高了河道近岸带4枯水期生态需水保证率，有利于近岸植被在枯水期内的保持和发育，增添了城市冬季河岸景观。
[0076]相较于没有本装置配合的传统生态调度方法，本发明的调控装置及方法不会使上游控制性水库I过早降至死水位，可保证水库I枯水期内的供水安全，两者对应的水库I调度情况见图5。
[0077]本发明所述的实施例是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明相当的含义和范围内的任何改变和调整，都应认为是在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述调控装置安装在水坝(2)下游河道岸边带主槽位置，包括架构装置、高度调节装置、充排装置、摆动装置和中控装置，其中， 所述的架构装置为整个调控装置提供整体架构和支撑平台，包括桩体、浮床(6)和摆动板(7);所述桩体对称布置在河床(3)主槽中轴线的两边，包括埋入河床的地桩管(8)和在地桩管(8)内可上下活动的地桩(9);所述浮床(6)可拆卸地嵌套在所述地桩(9)上；所述摆动板(7)嵌套在所述地桩(9)上，水平安置于浮床(6)下方及高度调节装置的上方，并通过摆动装置控制变换不同倾斜角度用于制造水位脉冲； 所述的高度调节装置包括多组可调节高度的水袋(14)，布置于摆动板(7)下方，底部锚固于河床(3)上，分别沿河道横向和纵向布置两排和多排，每个水袋(14)面向河岸一侧设有水袋导水口( 15 )和水袋侧翼(16 )，所述水袋侧翼(16 )为卧立圆柱体，可充水膨胀，用于增强调控装置两侧近岸带壅水高度变化； 所述的充排装置用于对高度调节装置进行充水与排水，包括离心泵(17)、控制管网(18)、球形钢丝滤网(19)、干流管道(20)和支流管道(21);所述离心泵(17)安置在浮床(6)上表面，通过若干电动阀与控制管网(18)连通以控制充排水流向；所述控制管网(18)与干流管道(20)连接，所述球形钢丝滤网(19)与控制管网(18)连通，用于过滤充水的杂质；所述支流管道(21)位于干流管道(20 )的两侧，支流管道(21)深入水下与各水袋导水口( 15 )连通，支流管道(21)上依次设有电动阀b (26)和分体式智能电磁流量计(27)，以用于定量控制不同水袋(14)的充排水量； 所述的摆动装置包括一组可逆电机(28)、一组绕线柱(29)和一组尼龙绳(30);所述可逆电机(28)沿浮床(6)横向中轴线固定于浮床(6)上表面的两侧；所述绕线柱(29)与可逆电机(28)轴端固定连接；所述尼龙绳(30)—端缠绕在绕线柱(29)上，另一端与摆动板(7)相固定； 所述的中控装置为整个调控装置的操控平台，布置于浮床(6)中心附近，包括控制柜(31)，用于控制上述的架构装置、高度调节装置、充排装置和摆动装置。
2.根据权利要求1所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述浮床(6)在纵向边中点安装有定滑轮(10)，在沿纵向中轴线间隔开设多个方形检修槽(11)。
3.根据权利要求1或2所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述摆动板(7)的上表面两纵边的中点处安装有拉环(12)，摆动板(7)的上表面的四个顶点分别设有投入式液位计(13);摆动板(7)通过定滑轮(10)及拉环(12)与摆动装置连接。
4.根据权利要求1所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述的球形钢丝滤网(19)通过法兰与控制管网(18)连通。
5.根据权利要求1所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述干流管道(20)通过三通与控制管网(18)连通，并通过四通向两侧延伸出支流管道(21)。
6.根据权利要求1所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述支流管道(21)通过卡口接头与各水袋导水口( 15)密封连通。
7.根据权利要求1所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述的中控装置的控制柜(31)为防 水处理结构，内部安装有电动阀控制器、可逆电机控制器、离心泵开关、分体式智能电磁流量计(27)的表头和投入式液位计(13)的表头，其中，所述可逆电机控制器包括单片机、光电耦合器和可控硅。
8.根据权利要求7所述的坝下河道近岸带枯水期生态需水调控装置，其特征在于，所述单片机存储了“顺时针转动”和“停转”程序、周期性循环的“顺时针转动5s-逆时针转动5s-停转10s”和“停转IOs-顺时针转动5s-逆时针转动5s”四种程序。
9.利用权利要求1-8所述的调控装置调控坝下河道近岸带枯水期生态需水的方法，其特征在于，按以下步骤进行: (一)枯水期开始前:根据水坝(2)上游水库(I)的兴利库容实际限定，以及水文机构发布的枯水期径流预报值，按照枯水期内等流量大坝泄水方式初步确定水库(I)在枯水期内的平均下泄流量；同时对坝下河道近岸带的植被生态价值和经济价值进行赋权综合比较，明确调控装置邻近区域生态需水供给的优先顺序； (二)枯水期开始时:上游水库(I)按既定的枯水期平均下泄流量下泄，充排装置控制河道内水体在控制管网(18 )中沿充水流向(32 )流动并充入高度调节装置水袋(14 )内，高度调节装置充水膨胀顶托摆动板(7)沿地桩(9)上移，水袋侧翼(16)也充水膨胀；此时，装置邻近上游河道开始发生壅水，两侧水位也开始升高，当摆动板(7)上移至下述目标位置时充排装置充水停止: a.若调控装置邻近上游近岸带最优先供水，摆动板(7)水平且贴近水面； b.若调控装置右侧近岸带最优先供水，摆动板(7)倾向上游且倾向右岸； c.若调控装置左侧近岸带最优先供水，摆动板(7)倾向上游且倾向左岸； d.若调控装置所有邻近岸边带同等重要，摆动板(7)倾向上游； (三)枯水期内:水库(I)保持下泄`流量不变，高度调节装置保持充水膨胀状态不变，若水库(I)下泄流量发生改变，通过微调高度调节装置对邻近近岸带实施生态需水微调；若近岸带需要脉冲水位变化以促进动植物发育，则控制摆动装置，使摆动板(7)进行左侧升高一左侧降低一右侧升高一右侧降低的周期性左右摆动，制造人工水位脉冲；在此过程中，调控装置周围河道水位(5) —直保持较高水平； (四)枯水期结束时:终止摆动板(7)摆动，充排装置控制高度调节装置内水体在控制管网(18)中沿排水流向(33)流出排入河道，高度调节装置排水收缩导致摆动板(7)沿地桩(9)下移，调控装置周围河道水位(5)逐渐降低；当高度调节装置内水体排空时充排装置排水停止，继而将支流管道(21)与水袋导水口(15)断开连通，从摆动板(7)上解除尼龙绳(30)，并拆下设在摆动板(7)上的投入式液位计(13)，地桩(9)向地桩管(8)内收缩，浮床(6)可被移走。
【文档编号】E02B1/00GK103741642SQ201310713545
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】毛劲乔, 戴会超, 胡腾飞, 张鸿清, 赵倩 申请人:河海大学, 中国长江三峡集团公司