CN102230317B - 一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔 - Google Patents

Abstract

一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔，由多个浮桶之间通过柔性隔帘串联成浮体链，浮桶为卧置的圆柱型桶，左右两端面成对称的尖劈形，尖劈形的中心面即是圆柱型桶的纵向中心面，在浮桶的上表面设有两个对称布置的气嘴，气嘴位于尖劈的中心面上并靠近两尖劈顶内侧，气嘴一端均与各自桶腔连通，所有气嘴另一端连通一软管，此软管的两个端口分别连通在一个三通的两个通口，三通的另一通口通过另一软管连通另一个三通的一个口，此三通的另外两个通口分别通过阀门连通大气和压缩空气；在每个浮桶气嘴的正对侧下表面的中点，开有一个通水孔与桶腔连通，在通水孔左右两侧设有对称配重块，浮桶外侧四周边设有边框形法兰，用于联接隔帘和软管。

Description

一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔

技术领域

本发明涉及用于拦截藻类以及受污染水体向保护区输移的围隔，尤其涉及一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔，属于水环境治理技术领域。

背景技术

目前国内各湖泊水源区受藻类水华影响的频率逐年增加，导致水源区水生植物被退化压力增加，一旦水生植物消失，将会对整个生态系统造成极为不利的影响。因此，迫切需要进行水源区水域的保护，控制藻类水华对水源区的危害，阻止水源区水生植物的退化；另一方面在集中式饮用水水源地取水口以及重点风景区，外来藻类的拦截一直是相关机构关注的重要问题。目前普遍采用的软围隔挡藻装置虽然能够拦截大部分外来藻类，但是围挡目标区内繁殖生长的藻类，却会因围隔的存在，在目标区内会不断累积，并恶化水质，是当前围隔拦挡技术的极其严重的垢病。在常规围隔一旦建成条件下，当外围水体因气象条件变化藻类消失，水质变好时，因围隔阻挡作用常发生目标水体藻类含量大于外围水体以及目标水体水质劣于外围水体。此外，在冬季和风浪较大情况下，常规围隔缺乏自我调控能力，浮体部分始终浮于水面，长期经受风浪和紫外辐射损伤，缩短了围隔使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔，可根据自然条件的变化，人工操作使其浮在水面或沉入水下，浮在水面时，围隔可阻止藻类及受污染水体向保护区水域输移；沉入水下时，围隔从水面消失，增加保护区内外水体交换，可方便地将进入保护区水域的藻类排出，同时使围隔经受风浪和紫外辐射损伤的时间缩短，增加围隔使用寿命。

实现上述目的的技术方案如下：一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔，设有包括浮于水面的浮体及与浮体联接为一体、沉于水面下的柔性隔帘，其特征在于：所说浮体系由多个浮桶之间通过柔性隔帘串联成浮体链，将该浮体链设置于保护区外围；每个浮桶为卧置的两端封闭圆柱型桶，在浮桶的上表面设有两个对称布置的气嘴，所有气嘴位于浮体链的同一水平线上，垂直于水面，所有气嘴一端均与各自桶腔连通，所有气嘴另一端连通一软管，此软管的两个端口分别连通在一个三通的两个通口，三通的另一通口通过另一软管连通另一个三通的一个口，此三通的另外两个通口分别通过阀门连通大气和压缩空气；在每个浮桶气嘴的正对侧下表面的中点，开有一个通水孔与桶腔连通，自然状态下通水孔始终没于水下，在通水孔左右两侧设有与浮桶内壁固定的对称配重块；浮桶外侧四周边设置与浮桶外壁固定联接的边框形法兰，通水孔一侧的法兰边与沉于水下的隔帘固定联接，两浮桶端面之间的法兰边固定联接隔帘，气嘴一侧的法兰边与连通气嘴的软管固定联接。

圆柱型浮桶的左右两端面可设置成对称的尖劈形，尖劈形的中心面即是垂直于水面的圆柱型桶的纵向中心面，气嘴位于尖劈的中心面两侧并设置于靠近两尖劈顶内侧，边框形法兰平面位于尖劈的中心面上。

在每个浮桶气嘴同侧的法兰边上，左右对称点分别联接一根绳索，两个绳索的另一端分别联接一浮球，两浮球浮力之和大于一个浮桶重量，浮球与浮桶连接绳长度加上浮桶直径小于水深。

本发明的优点及显著效果：本发明特别适用于特定水域保护区(包括湖泊及水库)用于拦截藻类以及受污染水体向保护区输移，可防止因外围进入和围内再生污染物恶化水质，增加目标水体污染物输出，不但可阻止藻类向保护区水域输移，也可很方便的将进入保护区水域的藻类排出。装置制作简单，操作方便，便于改进。本发明可自如地使围隔上端下沉至水面下某一位置，在水面消失，降低对紫外辐射和风浪的损害，延长使用寿命，改善水面景观。本发明在外围水质得到改善、藻类消失条件下，可使围隔从水面消失，撤除目标水域与周边水体围隔阻挡作用，增加水体交换，方便地将进入保护区水域的藻类排出，从而使水源保护区的藻类减少，改善目标区水质。此外在极端不利条件下，可将围隔沉入水下，降低风浪等对围隔的破坏，延长围隔使用期限。

附图说明

图1为本发明浮于水面时结构图；

图2为图1之33-33断面图；

图3为本发明沉于水下时结构图；

图4为图3之34-34断面图；

图5为本发明单个浮桶浮于水面时受力示意图；

图6为本发明单个浮桶浮于水面时浮桶侧转受力示意图；

图7为单个气嘴和进出水孔浮桶不能沉入水下原因分析示意图；

图8为单个气嘴和进出水孔浮桶不能上浮至水面原因分析示意图；

图9为本发明单个浮桶结构正视图；

图10为图9的仰视图。

具体实施方式

参看图9、10，单个浮桶为两端封闭的圆柱形桶，左右两端面设置成对称的尖劈形7，卧置于水面上。尖劈形的中心面即是圆柱型桶的纵向中心面，在浮桶的上表面设有两个对称布置的气嘴4，两气嘴分别位于尖劈的中心面两侧并设置于靠近两尖劈顶内侧，所有气嘴一端均与各自桶腔连通.浮桶气嘴的正对侧下表面的中点，开有一个通水孔5与桶腔连通，自然状态下通水孔始终没于水下，在通水孔5左右两侧设有与浮桶内壁固定的对称配重块2；浮桶外侧四周边设置与浮桶外壁固定联接的边框形法兰3，法兰3平面位于尖劈的中心面上，法兰四边上有孔6。在浮桶气嘴4同侧的法兰边3上，左右对称点分别联接一根绳索85，两个绳索的另一端分别联接一浮球80，两浮球浮力之和应大于一个浮桶重量，浮球与浮桶连接绳长度加上浮桶直径小于水深。

将图9、10之多个浮桶60之间通过柔性隔帘串联成浮体链如图1(浮起)、图3(沉入水下)所示，所有气嘴4一端均与各自桶腔连通，所有气嘴另一端连通一软管9，此软管9的两个端口分别连通在一个三通86的两个通口，三通86的另一通口通过另一软管连通另一个三通186的一个口，三通186的另外两个通口分别通过阀门87、187连通大气和压缩空气储气罐88，，储气罐88连通空气压缩机89；通水孔5一侧的法兰边通过孔6与沉于水下的隔帘11固定联接，两浮桶端面之间的法兰边固定联接隔帘13，再将隔帘11与13连为一体；气嘴一侧的法兰边与连通气嘴的软管9固定联接。浮桶设置配重块2是为了确保浮桶内部空气含有压缩空气时保持平衡状态，在浮桶受外力摇晃时，可以自动恢复卧置状态，同时增加桶自重，在内部充有2kg/m压力空气时，确保通水孔5始终没于水面下，桶内压缩空气不从孔口泄出；浮桶两端面设置成尖劈形是为了在浮桶受外力摇晃时，两浮桶之间柔性隔帘可维持一定弯曲而不发生相互间碰撞和损伤。

如图3、4，当打开三通86与大气相连的阀门开关87时，由于桶内空气压P大于大气压P0(桶内气压P＝P0+G/S，其中G为浮桶加桶配重及软管的重量，F为其下帘布的拉力之和，S为桶内空气与水接触面积)，气体从桶上气嘴4排出，桶内压力下降，浮力(浮力＝P·S-P0·S0，S0为水面与桶相截面积)下降，水体通过进出水孔5进入桶内，桶不断下沉，桶下沉没入水中时，桶失去浮力，桶继续下沉，在桶下沉过程中，当桶下沉距离等于浮球与桶之间的连接绳85长时，浮球80下沉，当浮球80排开水体的重量与桶60重量相等时，桶停止下沉，处在水中，绳长加桶直径小于水深时，桶不接触湖底50，避免桶与湖底间碰撞、摩擦而受损。此时围隔在水面90消失，外围未受污染和水质较好的水体可进入保护区，同时也让保护区内水质相对较差的水体流出保护区。此时，柔性隔帘11在水下折叠，12为隔帘11的底杆。

如图1、2，关闭三通86与大气相桶的阀门开关87，打开三通86与压缩空气储罐88间的阀门开关187，压缩空气因其压力(大于2公斤压力)大于桶所进出水孔5处水的压力(小于0.5公斤压力)，压缩空气通过导气管9由气嘴进入桶内，由于桶受浮球向上拉力和进出水孔5两侧配重物2重力作用，气嘴4始终位于上方，进出水孔5始终位于下方，进入桶内的压缩空气将桶内水逐渐排出，桶的浮力逐渐增加，当浮力大于桶和配重物2的重量后，桶上浮，当桶浮于水面时，由于下侧法兰和隔帘布11相连，随浮桶60上移动展开形成隔帘，阻隔水体交换，防止外围受污染和水质不好水体对保护区水体影响围隔闭合，外来藻类或气体污染物被隔离。关闭与三通86与压缩空气储罐88间的阀门开关87。桶内空气压力为P＝P0+G/S，为由于配重物作用，桶有一部分始终没入水下。由于桶为对称形，配重物始终处于下端，否则就会产生偏转力矩，使得配重物始终位于桶的下方，进出水孔因和配重物在桶的同一侧，因桶的进出水孔5始终没于水下，桶内空气压力保持在P＝P0+G/S，进出水孔5的所在深度则与桶的重量相关。配重物重量在不超过桶最大排水体积的重量时，水孔5的所在深度与配重物重量成正比。

参看图5-8，本发明的关键是进出气口4位于沉浮体60两端对称位置，如果位于一端，在使压缩空气罐88中气体在向浮桶60内充入时，浮桶60产生歪斜，从而导致浮桶翻转，一旦桶轴线方向为铅直方向时，在向桶内充入一定气体后，进出水孔露出水面，降低充气使桶上浮效果，不能将帘布拉起，围隔有一段没入水中，不能形成封闭围隔。另外在排气时，一旦桶倾斜使有气嘴端没入水体时，桶内空气无法排不出，桶无法下沉。而进出水孔5位于沉浮体60另一侧的中间位置处，进出气口4的直径小于进出水孔5的直径。当进气时，桶两端同时受到压缩空气的压强力作用，水体受向对面中间进出水孔5压强梯度力的作用而流出流出；而排气时，桶上侧两端压力同时减小，在桶内刚好形成自进水孔至两端气嘴对称压强梯度力，保证桶平衡下沉浮。进出水孔5的两边设有配重2，可增加浮体浮于水面时的稳定性，使得浮体进出水孔5始终在浮体底部而不会发生翻到。

图5浮桶所受浮力为桶内水面面积与桶内空气压强之乘积减去桶外水面割浮桶交线所围面积与大气压之乘积，加上浮桶内无水而桶外壁有水壁部分所受的压力。在浮桶对称面为铅直平面时，浮桶所受浮力、配重物重力、浮桶重力、帘布拉力在一条直线上，浮力＝配重物重力+浮桶的重力+帘布拉力，浮桶处于平衡状态。

图6在浮桶对称面偏离铅直平面时，配重物重力和帘布拉力与浮桶所受浮力、浮桶重力不一条直线上，相互平行，产生使浮体对称面向铅直平面偏转的力矩，从而使浮体对称面维持在铅直面。

图7(在桶下沉过程中，单气嘴浮桶一旦发生图示翻转，图中斜线部分的桶内空气无法排出浮桶，桶内空气被压缩，根据气体状态方程PV＝nRT，桶内空气压强增加，作用于桶内壁上压力大于桶外空气作用桶的压力，产生浮力。桶下沉越多，桶内空气被压缩就越严重，桶内空气压缩接近等温压缩，根据气体状态方程，压强P和空气体积之乘积为常数，因此桶内压强就越大，桶内壁所受的压力越大，因而浮力就越大，当超过浮桶的重量时，浮桶停止下沉。)

在由4气孔充气时，因压缩气体气压大于水压，水体由水孔5排出桶内，桶的浮力为桶排开水的体积，随着充入空气增加，浮力增加，当浮力大于桶重量上浮，当桶的水孔浮到水面时，排入压缩空气直接从水孔进入大气，桶内压力迅速下降，与大气压强差异减小，桶浮力降低，途中斜线部分无法上浮，因围隔沿桶轴线方向布置，围隔难以封闭。

本发明在太湖、东太湖进行的运用结果显示，围隔开闭过程简单，只需在岸上打开导气管与大气连通开关即可使装置下沉，下沉时间所需2两小时，闭合围隔关闭导气管与大气连通的开关，同时打开导气管与压缩空气储气罐开关，导入压缩空气，闭合围隔仅20分钟时间，围隔闭合后关闭导气管与压缩空气储气罐开关即可。围隔开闭装置的使用提高了拦挡藻类的效果，使保护区水质得到显著提高。实施例尺寸：浮桶直径38cm，浮桶长75cm，两浮桶间距40cm，配重块6.5kg×2，通水孔Φ5cm，进气孔(气嘴)Φ8mm。

Claims (3)

1.一种用于湖泊水域保护区的沉浮式软围隔，设有包括浮于水面的浮体及与浮体联接为一体、沉于水面下的柔性隔帘，其特征在于：所说浮体是由多个浮桶之间通过柔性隔帘串联成浮体链，将该浮体链设置于保护区外围；每个浮桶为卧置的两端封闭圆柱型桶，在浮桶的上表面设有两个对称布置的气嘴，所有气嘴位于浮体链的同一水平线上，垂直于水面，所有气嘴一端均与各自桶腔连通，所有气嘴另一端连通一软管，此软管的两个端口分别连通在一个三通的两个通口，三通的另一通口通过另一软管连通另一个三通的一个口，此三通的另外两个通口分别通过阀门连通大气和压缩空气；在每个浮桶气嘴的正对侧下表面的中点，开有一个通水孔与桶腔连通，自然状态下通水孔始终没于水下，在通水孔左右两侧设有与浮桶内壁固定的对称配重块；浮桶外侧四周边设置与浮桶外壁固定联接的边框形法兰，通水孔一侧的法兰边与沉于水下的隔帘固定联接，两浮桶端面之间的法兰边固定联接隔帘，气嘴一侧的法兰边与连通气嘴的软管固定联接。

2.根据权利要求1所述的沉浮式软围隔，其特征在于：圆柱型浮桶的左右两端面设置成对称的尖劈形，尖劈形的中心面即是垂直于水面的圆柱型桶的纵向中心面，气嘴位于尖劈的中心面两侧并设置于靠近两尖劈顶内侧，边框形法兰平面位于尖劈的中心面上。

3.根据权利要求1或2所述的沉浮式软围隔，其特征在于：在每个浮桶气嘴同侧的法兰边上，左右对称点分别联接一根绳索，两个绳索的另一端分别联接一浮球，两浮球浮力之和大于一个浮桶重量，浮球与浮桶连接绳长度加上浮桶直径小于水深。

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