一种河道水体流动调控方法及调控系统与流程

1.本发明属于河道水体流动调控技术领域，具体涉及一种河道水体流动调控方法及调控系统。


背景技术：

2.平原地区河道众多，且纵横交错，多条河道交汇于一点。河道中的水体在流动时，河道中的水生植物会对水体中的污染物进行吸收，进而降低水体中的污染物含量。
3.然而由于在自然情况下，相交的河道中水体流动方向单一，会使部分河道水体之间流动程度高，而部分河道水体之间流动程度低，交换程度低，尤其是在冬季枯水期，更会降低部分河道水体之间流动程度和交换程度，导致水体中污染物含量降低幅度小。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种河道水体流动调控方法及调控系统。
5.技术方案：一种河道水体流动调控方法，包括以下步骤：确定交汇口，将与所述交汇口相通的n条河道定义为主流河道，将连通于任意两条主流河道之间的河道定义为支流河道；于所述交汇口建设m组溢流堰，相邻的溢流堰用于控制对应河道的流通状态；所述溢流堰被设置至少包括以下模式：打开模式、关闭模式和溢流模式；当存在水体流动调控需求时，基于所述主流河道和支流河道的交汇情况调控每组溢流堰的模式，得到水体流动调控所需的水体流动路径；所述水体流动路径至少包括：主流径和换水流径。
6.在进一步的实施例中，所述m组溢流堰的建立流程如下：在交汇口中心浇灌支撑柱，以所述支撑柱周向设置m组钢板桩；将钢板桩的一侧浇灌在支撑柱上，钢板桩的另一侧打入相对应的河岸内；在每个钢板桩上安装升降门；在所述升降门内设置水位警示机构，所述水位警示机构被设置为当水体流动调控后主流河道水位降低至水位阈值时，发出警示信息；基于所述警示信息调控每组溢流堰的模式。
7.在进一步的实施例中，所述水体流动路径的生成步骤如下：定义水体当前所在的主流河道为φ1，水体最终流向的主流河道为φ2；连通于主流河道φ1和主流河道φ2的至少一条支流河道为水体流动调控河道ζi，其中，i为水体流动调控河道的数量；以φ1、φ2确定主流径，水体流动调控河道ζi确定换水流径：自然状态下，各个溢流堰为打开模式，水流由主流河道为φ1自然流向主流河道为φ2；当存在水体流动调控需求时，基于生态处理需求，于水体流动调控河道ζi选定所需流径长度的若干条支流河道构成换水流径，基于所述换水流径控制换水流径与主流径交汇处的溢流堰切换至溢流模式，其他溢流堰切换至关闭模式。
8.在进一步的实施例中，所述水位警示机构的工作流程如下：水体流动调控后，当φ1水位降低至低于水位阈值时，水位警示机构发出警示信息，所述警示信息至少包括：压力数值；基于警示信息将所有溢流阀模式调整为打开模式。
9.在另一个技术方案中，提供了一种河道水体流动调控系统，用于实现上述的交换方法，所述系统包括：第一模块，被设置为确定交汇口，将与所述交汇口相通的n条河道定义为主流河道，将连通于任意两条主流河道之间的河道定义为支流河道；m组溢流堰，设于所述交汇口处，相邻的溢流堰用于控制对应河道的流通状态；所述溢流堰被设置至少包括以下模式：打开模式、关闭模式和溢流模式；第二模块，被设置为当存在水体流动调控需求时，基于所述主流河道和支流河道的交汇情况调控每组溢流堰的模式，得到水体流动调控所需的水体流动路径；所述水体流动路径至少包括：主流径和换水流径。
10.在进一步的实施例中，还包括：支撑柱，设于所述交汇口中心；m组溢流堰沿所述支撑柱周向排列；顶升机构，对应传动连接于所述溢流堰；水位警示机构，内设于所述溢流堰。
11.在进一步的实施例中，所述溢流堰包括：钢板桩，一侧连接于所述支撑柱且另一侧连接于河岸；所述钢板桩上设有镂空部；升降门，位于所述镂空部内且滑动连接于所述钢板桩；所述升降门两侧面上开设有流体入口，且升降门内部具有连通于所述流体入口的腔体。
12.在进一步的实施例中，所述水位警示机构设于所述腔体内，其中，所述水位警示机构包括：本体，包括水平腔，以及连通于所述水平腔的竖向腔；所述水平腔一端设有流体进口；第一移动杆，横向内设于所述水平腔且可沿所述水平腔轴向运动；第一移动杆远离流体进口的一端延伸至所述本体外；所述第一移动杆上设有凹陷部；复位弹簧，套设在所述第一移动杆上；所述第一移动杆上设置有与复位弹簧一端抵接的止挡部；所述复位弹簧另一端连接在本体远离流体进口的一端内壁上；第二移动杆，竖向内设于所述竖向腔；所述第二移动杆传动连接于第一移动杆；所述第二移动杆上端部设有触发部；压力传感器，设于所述升降门内且位于所述触发部正上方。
13.在进一步的实施例中，沿远离流体进口方向，所述第一移动杆在与凹陷部的交接处的外径依次变小。
14.在进一步的实施例中，所述第一移动杆中延伸出本体的一端上设有挡片；在复位弹簧处于原长时，所述第二移动杆底端处于所述凹陷部内，所述挡片与本体抵接。
15.有益效果：（1）根据水体流动调控需求，调整溢流堰的工作模式，使得水体基于换水流径流动，水体的流径路径变长，增加支流河道的水体流动程度以及水体交换程度，保持河道中的生态环境；优化水流路径，水体流动路径变长，优化调度，提升河网水动力，可实现多种调控方式，兼顾防洪排涝需求。
16.（2）在无水体流动调控需求时，水体流动根据主流径进行自然交汇；当出现水体流动调控需求时，基于换水流径，河道合并为一条单流向长流程的河道，单一流向时提升了区域河网水动力，为河道污染物削减提供更好的水力条件；增加了该河道中的水体流动时间，进而增加了水体与河道中的水草的接触时间，水草能吸附更多的污染物，大幅度减少河道中的污染物含量。
附图说明
17.图1是本发明水体流动路径平面设计图。
18.图2是溢流堰调控河道平面设计图。
19.图3是本发明中溢流堰装配示意图。
20.图4是溢流堰的内部结构图。
21.图5是水位警示机构的结构示意图。
22.图6是水位警示机构不同状态下的剖视图。
23.图7是第一移动杆的局部结构放大图。
24.图1至图7中各标注为：支撑柱10、溢流堰20、钢板桩21、升降门22、顶升机构30、水位警示机构40、本体41、第一移动杆42、复位弹簧43、第二移动杆44、凹陷部45、触发部46、挡片47、流体入口48、流体进口49、止挡部410、立柱50。
具体实施方式
25.实施例1本实施例提供了一种河道水体流动调控方法，包括以下步骤：确定交汇口，将与所述交汇口相通的n条河道定义为主流河道，将连通于任意两条主流河道之间的河道定义为支流河道；于所述交汇口建设m组溢流堰20，相邻的溢流堰20用于控制对应河道的流通状态；所述溢流堰20被设置至少包括以下模式：打开模式、关闭模式和溢流模式；当存在水体流动调控需求时，基于所述主流河道和支流河道的交汇情况调控每组溢流堰20的模式，得到水体流动调控所需的水体流动路径；所述水体流动路径至少包括：主流径和换水流径。
26.以下以常州丰收河-肖龙港为例，具体说明：丰收河与肖龙港纵横交错排布方式，可以看作为河道交汇于同一位置（a处），设定该位置为交汇口。如图1所示，可以将肖龙港和丰收河分别划分为主流河道：肖龙港（上）、丰收河（右）。丰收河和肖龙港将周围的陆地划分为四个片区，每两条主流河道之间的陆地为一个片区。其中一个片区中包含有其他的河道，定义该河道为支流河道，支流河道位于相邻两条主流河道之间，且支流河道与其对应的相邻两条主流河道连通。
27.在a处设置四组溢流堰20，溢流堰20包括以下工作模式：打开模式、关闭模式、以及溢流模式。打开模式为溢流堰20降下去，高度小于河道水位，关闭模式为溢流堰20升上去，高度远大于河道水位，溢流模式为溢流堰20部分升上去，在河道水位较高的情况下，可向其他河道流动。自然状态下，所有溢流堰20处于打开模式，即在无水体流动调控需求时，所有溢流堰20处于打开模式，使得各个主流河道以及支流河道自然进行水体流动调控，不加以干预。在自然状态下，主流河道水体流动路径多样，比如主流河道丰收河（右）的水体可不经过支流河道直接流入主流河道肖龙港（下）。
28.所述m组溢流堰20的建立流程如下：在交汇口中心浇灌支撑柱10，以所述支撑柱10周向设置m组钢板桩21；将钢板桩21的一侧浇灌在支撑柱10上，钢板桩21的另一侧打入相对应的河岸内；在每个钢板桩21上安装升降门22；在所述升降门22内设置水位警示机构4040，所述水位警示机构4040被设置为当水体流动调控后主流河道水位降低至水位阈值时，发出
警示信息；基于所述警示信息调控每组溢流堰20的模式。
29.以下根据图2具体展开说明：在a处中心浇灌支撑柱10，在围绕支撑柱10周向设置四组钢板桩21。钢板桩21的一侧浇灌在支撑柱10侧方，钢板桩21的另一侧打入对应的河岸（陆地）内。如图2所示，相邻的溢流堰20处于关闭模式时，隔断相对应的主流河道与其他河道连通。
30.所述水体流动路径的生成步骤如下：定义水体当前所在的主流河道为φ1，水体最终流向的主流河道为φ2；连通于主流河道φ1和主流河道φ2的至少一条支流河道为水体流动调控河道ζi，其中，i为水体流动调控河道的数量；以φ1、φ2确定主流径，水体流动调控河道ζi确定换水流径：自然状态下，各个溢流堰为打开模式，水流由主流河道为φ1自然流向主流河道为φ2；当存在水体流动调控需求时，基于生态处理需求，于水体流动调控河道ζi选定所需流径长度的若干条支流河道构成换水流径，基于所述换水流径控制换水流径与主流径交汇处的溢流堰切换至溢流模式，其他溢流堰切换至关闭模式。
31.以下结合图1和2具体说明，在本实施例中，φ1为河道丰收河（右），φ2为肖龙港（下），水体流动调控河道ζ4为肖龙港（上）、s338河、省庄河、丰收河（左），其中，i=4。上述的上下左右方位与图1中的上下左右一致。自然状态下，水体主要经丰收河（右）流至肖龙港（下），所以将丰收河（右）流至肖龙港（下）的水体流动路径作为主流径。在水体流动调控时，如在冬季枯水期，支流河道水量少且水体流动调控程度低，如不人为干预，则会影响支流河道的生态系统，此时，向河道丰收河（右）补水，该主流河道水位增加，调控溢流堰20，使得相邻的溢流堰20控制对应河道的流通状态，进而改变主流河道的流通路径。按照丰收河（右）、肖龙港（上）、s338河、省庄河、丰收河（左）、肖龙港（下）的顺序，建立换水路径。自然状态下，针对各个河道不采用人工干预，使其自然流动，所以在自然状态下，各个溢流堰20为打开模式。当存在水体流动调控需求时，将s338河、省庄河所在的河岸连接的溢流阀、以及该河岸相对的河岸中连接的溢流阀的工作模式调位关闭模式，其余溢流阀的工作模式调为溢流模式，使水体按照换水流径流动。在溢流堰20的调整下，补水河道丰收河（右）中的水体流径路径变长，水体流动调控路径也变长，增加支流河道的水体流动调控程度，带动各层水混合，促进污染物降解，促进水植物对营养盐的吸收，保持河道生态环境。
32.上述水体流动调控需求有以下情况：（一）冬季枯水期，支流河道存在水位低的问题，影响了河道中的各生物生存，需要向支流河道补水，于是需进行水体流动调控，选取换水路径，主流河道中的水体流向支流河道，提高支流河道的水位，以及提高支流河道的水体流动性，保持河道中的良好的生存环境。
33.（二）当主流河道作为生态缓冲区，存在削减污水厂尾水中污染物需求时，需要增加主流河道中水体的流程，增加水体停留时间，确保污染物最大化的削减，则需进行水体流动调控，选取水流路径，主流河道的水体流向支流河道，主流河道及支流河道合并为一条单一流向长流程的河道，单一流向时提升了区域河网水动力，为河道污染物削减提供更好的水力条件；也增加了该河道中的水体停留时间，进而增加了水体与河道中的水生植物（提前在主流河道、支流河道种植的用于吸附污染物的水生植物）的接触时间，能够降解更多的污染物，大幅度减少河道中的污染物含量。
34.（三）当遇到防洪排涝需求时，根据区域防洪或排涝的调度原则，以及调控相应的
溢流阀工作模式，满足防洪排涝的需求。
35.所述水位警示机构40的工作流程如下：水体流动调控后，当φ1水位降低至低于水位阈值时，水位警示机构40发出警示信息，所述警示信息至少包括：压力数值；基于警示信息将所有溢流阀模式调整为打开模式。
36.在每个溢流堰20内安装两组水位警示机构40，当水体流动调控一定时间后，补水河道丰收河（右）水位会下降时，当下降至低于水位阈值时，水位警示机构40发出警示信息，警示信息包括：压力数值。发出警示信息时，压力数值为0或接近0。基于警示信息，将所有溢流阀的工作状态调整为打开模式，恢复自然状态下的工作模式，使得各个河道水体自然交换。
37.实施例2如图1至7所示，本实施例提供了一种河道水体流动调控系统，用于实现实施例1所述的一种河道水体流动调控方法，所述系统包括：第一模块，被设置为确定交汇口，将与所述交汇口相通的n条河道定义为主流河道，将连通于任意两条主流河道之间的河道定义为支流河道；m组溢流堰20，设于所述交汇口处，相邻的溢流堰20用于控制对应河道的流通状态；所述溢流堰20被设置至少包括以下模式：打开模式、关闭模式和溢流模式；第二模块，被设置为当存在水体流动调控需求时，基于所述主流河道和支流河道的交汇情况调控每组溢流堰20的模式，得到水体流动调控所需的水体流动路径；所述水体流动路径至少包括：主流径和换水流径。
38.所述系统还包括支撑柱10，顶升机构30以及水位警示机构40。支撑柱10采用浇灌方式固定在交汇口中心，四组溢流堰20沿支撑柱10周向排列设置。顶升机构30设置四组，分别对应与溢流堰20传动连接，用于实现溢流堰20的升降。顶升机构30采用液压泵。溢流堰20内均安装至少两个水位警示机构40。一个水位警示机构40安装为靠近溢流堰20的迎水面，另外一个水位警示机构40安装位置为靠近溢流堰20的背水面，各个水位警示机构40互不干扰。
39.溢流堰20主要有钢板桩21和升降门22组成，钢板桩21一侧浇灌在支撑柱10侧面，钢板桩21的另一侧打入河岸内。钢板桩21底部固定有立柱50，立柱50施工时埋入河道底部。钢板桩21上设置有防护壳体。钢板桩21上设置有镂空部，镂空部用于安装升降门22。升降门22位于镂空部内，而且升降门22的两侧与钢板桩21滑动连接。顶升机构30设置在升降门22的下方且位于镂空部底部，顶升机构30工作时实升降门22在竖直方向上运动。升降门22两侧面（迎水面和背水面）上开设有流体入口48，使得适用于不同的补水河道以及水体流动路径。流体入口48的高度设置根据河道水位实际工况设置，流体入口48的高度即为水位阈值。升降门22内部具有与流体入口48连通的腔体。在自然状态下，顶升机构30处于最短状态，升降门22降下，升降门22的最高高度小于各河道的水位。
40.水位警示机构40设于腔体内，其中，水位警示机构40包括：本体41、第一移动杆42、复位弹簧43、第二移动杆44、以及压力传感器。其中，本体41自身具有水平腔、以及与水平腔连通的竖直腔。在水平腔的一端设有流体进口49。在本实施例中，如图6所示，流体进口49位于水平腔的左端。
41.第一移动杆42横向设在水平腔内，而且第一移动杆42可沿水平腔轴向运动。第一
移动杆42远离流体进口49的一端延伸至本体41外，本体41右端设置有与第一移动杆42适配的通孔，使得第一移动杆42具有水平运动的自由度。第一移动杆42中延伸出本体41的一端上安装有挡片47。挡片47固定在第一移动杆42上。第一移动杆42上设有凹陷部45。如图7所示，沿远离流体进口49方向，第一移动杆42在与凹陷部45的交接处的外径依次变小，当第一移动杆42向右移动时，第一移动杆42与凹陷部45之间具有平缓的坡面，有利于第二移动杆44滑出凹陷部45。而第一移动杆42与凹陷部45的另一个交接处，第一移动杆42至凹陷部45的直径为断层降低，或者说第一移动杆42与凹陷部45交接角为直角，防止第一移动杆42向左移动时，第二移动杆44滑出凹陷部45。复位弹簧43套设在第一移动杆42上。第一移动杆42上设置有与复位弹簧43一端抵接的止挡部410。复位弹簧43的另一端固定连接在本体41远离流体进口49的一端内壁上。在复位弹簧43处于原长时，第二移动杆44底端处于凹陷部45内，挡片47与本体41抵接。如图6所示，在本实施例中，复位弹簧43的右端固定在本体41端部内壁上，且左端与止挡部410抵接。第二移动杆44竖向设在竖向腔内，第二移动杆44与第一移动杆42活动连接，第二移动杆44上端部安装有触发部46。触发部46为球体状。压力传感器安装在升降门22内部，压力传感器位于触发球的正上方。压力传感器为防水型压力传感器，如型号为星仪cyyz39a高防护性压力变送器。
42.当水体流动调控时，如图2所示，将溢流阀2和4的工作模式调位关闭模式，溢流阀1和3的工作模式调为溢流模式。补水河道丰收河（右）水位上升，高于流体入口48，水体由流体入口48持续进入腔体内，在由流体进口49进入水平腔内，当水体持续充满水平腔的左侧时，推动第一移动杆42向右移动，止挡部410压缩复位弹簧43，第二移动杆44因第一移动杆42向右运动进而滑出凹陷部45。如图6中的6a所示，第二移动杆44滑出凹陷部45，高度上升，使得触发部46高度上升挤压压力传感器，使得压力传感器一直检测到有压力存在，并将压力信息传输给外置的控制器（或电脑）。如图6中的6b所示，当水体流动调控一段时间后，补水河道丰收河（右）水位下降，使水位低于流体入口48的高度，水体不能从流体入口进入腔体内，腔内失去了外部源源不断的压力，而复位弹簧43因为自身很大的弹性复位，使得第一移动杆42向左运动，挤压水平腔的水体，将水体排出本体41，而且第二移动杆44重新落入凹陷部45内，触发部46高度减低，不能与压力传感器接触，压力传感器上的压力信号变化，并将此时的压力数值传输给外置控制器，外置控制器基于压力数值判断出，水体流动调控已基本完成，则调整各个溢流堰20的工作模式，恢复至自然状态。