CN105350505A - 一种智能柔性围隔装置 - Google Patents

Abstract

一种智能柔性围隔装置，适用于敏感性水域的自动隔离保护。所述智能柔性围隔装置由可隐没式柔性围隔、污染事件预警系统和充气浮体控制系统组成；所述的可隐没式柔性围隔由连续带状充气浮体、墙布、锚固装置三部分缝合而成，其中连续带状充气浮体通过导气管连接充气浮体控制系统；充气浮体控制系统包括充气装置、储气设备、压力传感器和控气阀，通过导气管连接，压力传感器监测储气设备中气体的压力；污染事件预警系统包括环境传感器和微机控制系统，微机控制系统接收环境传感器和压力传感器的信号，并传送控制指令。所述智能柔性围隔装置能够基于水体环境质量在线监测的污染事件快速预警，反应敏捷。

Description

一种智能柔性围隔装置

技术领域

本发明属于水体环境工程技术领域，涉及一种全柔性围隔，特别涉及一种智能柔性围隔装置，适用于敏感性水域的自动隔离保护，如湖泊及江河中的水源保护区、景观水域、码头等，应对随机性污染事件。

背景技术

由于水域流通性特征，外来污染包括漂移蓝藻、垃圾杂物、污染水团会对保护水域产生威胁，各种围栏(围隔)技术应用于阻隔外来污染，保护特定水域。工程应用的围隔类型主要为固定式围隔，其对外来污染具有一定的拦截效果，但同时具有阻滞水流、影响景观、妨碍水上交通、隔离水体生态等缺陷；并且由于固定式布设，无法应对大风浪、水位大变幅等问题，而且其长期暴露在水面上受紫外线照射极易发生老化破损。而机动式围隔、沉浮式围隔等类型围隔，虽然一定程度上克服了固定式围隔的缺陷，但结构复杂、动作迟缓，难以实现规模化工程应用。

已知的柔性围栏，如中国专利CN201310088489.8、ZL200710024370.9所披露的，围隔类型主要为固定式柔性围隔，通过透明帆布和不倒翁结构浮筒或者棒状浮体消除和缓冲风浪的冲击力，这种结构虽然能够在一定程度上抵御风浪侵扰，但是并没有克服妨碍水上交通、隔离水体生态、影响景观等缺陷，而且其长期暴露在水面上受紫外线照射极易发生老化破损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能柔性围隔装置，所述的智能柔性围隔装置能够实时监测水域环境特征，根据水环境质量要求或水上交通状况自动控制围隔的运行状态，对敏感性水域进行自动隔离保护，应对随机性污染事件；并且能够有效的规避风浪的破坏和长期光照引起的老化，提高使用寿命。

为克服固定式围隔阻隔水流、影响景观的缺陷，有效规避风浪的破坏和光照引起的老化，智能控制的围隔系统应当能根据水环境质量要求或水上交通状况自动控制围隔运行。所述的智能控制围隔系统应当满足以下技术要求：

(1)可以快速地上浮或下沉，对控制系统的指令响应迅速，长度不限，能适应水体环境；

(2)基于水体环境质量在线监测的污染事件快速预警系统，反应敏捷；

(3)围隔自动操控，安全可靠；

(4)整体协调，经久耐用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能柔性围隔装置，由可隐没式柔性围隔、污染事件预警系统和充气浮体控制系统组成；所述的可隐没式柔性围隔由连续带状充气浮体、墙布、锚固装置三部分缝合而成，其中连续带状充气浮体通过导气管连接充气浮体控制系统；充气浮体控制系统包括充气装置、储气设备、压力传感器和控气阀，通过导气管连接，储气设备上设置压力传感器；污染事件预警系统包括环境传感器和微机控制系统，微机控制系统接收环境传感器和压力传感器的信号输入，并向充气装置和控气阀输出控制指令。

所述连续带状充气浮体由带状充气浮体单元组成，所述的带状充气浮体单元包括气带，由柔性气密性材料制作；相邻带状充气浮体单元通过大管径接口相连接，可组成长度不限的柔性快速充/放气浮体。连续带状充气浮体的两端嵌装端盖，端盖上装有控气阀和导气管接口，实现充气和放气；

以墙布包裹所述的带状充气浮体单元，在墙布缝合处包裹上纲绳；围隔的上纲绳配重，使水上部分自身比重大于水，在浮体气带排气下沉过程中起作用。

本发明采用的可隐没式柔性围隔，除连续带状充气浮体外，围隔主体结构和布设方式采用发明专利“全封闭式柔性深水围隔”(ZL200710024370.9)的技术方案，即主体结构由连续带状充气浮体、墙布、锚固装置三部分缝合而成，采用弹性方式布设。

本发明中可隐没式柔性围隔结构采用弹性方式布设，垂直方向和水平方向均保持一定的松弛度，以应对风浪的揉搓；浮体单元可以组建无限长度的柔性连续带状充气浮体；通过充气浮体控制系统给浮体充/放气，可以在数分钟内将数千米长度的全封闭柔性围隔浮现于水面，用以隔离外来污染水团，排出浮体中的空气可以使围隔迅速沉匿于水底，便于水流交换和躲避风浪。结合下文描述的污染事件预警系统和充气浮体控制系统，实现柔性围隔的智能控制。

充气浮体控气系统由充气装置、储气设备、压力传感器和控气阀组成，根据压力传感器提供的信号，通过微机控制系统操控智能围隔的浮沉。当充气浮体控制系统指示为启动状态，控气阀切换到通气状态，由充气装置给储气设备供气。一旦储气设备中压力传感器监测数据低于设定气压限值，微机控制系统启动充气装置给储气设备供气，反之，充气装置停止工作。警报解除后，微机控制系统远程操控控气阀，充气浮体放气。

所述的储气设备的气压限值为维持充气浮体运行的最低气压值(P₀)，通过下式得到：

其中，L_浮体为连续带状充气浮体的总长度，φ为连续带状充气浮体的直径，P_浮体为连续带状充气浮体的运行气压，V_储气罐为储气设备体积。

本发明中污染事件快速预警系统包括环境传感器和微机控制系统。

所述环境传感器包括气象监测仪器、水文监测探头、水质监测探头以及其它特种监测仪器中的一种或多种。可根据水域保护目标设置环境传感器类型，例如针对漂移蓝藻，设置风速风向仪、波浪仪和叶绿素监测探头等；针对污染水团，设置风速风向仪、波浪仪和相应的水质监测探头等；针对垃圾杂物，设置风速风向仪、波浪仪和浊度仪等。

所述的微机控制系统中，根据水域保护目标设定环境参数限值和预后时间。环境传感器监测数据实时传送至微机控制系统。当环境传感器监测数据高于环境参数限值，微机控制系统即时发出预警，启动充气浮体。预后时间是指预测污染事件发生的持续时间，通过预后时间的设置可避免污染水团脉冲式迁移造成瞬时监测值波动，微机控制系统频繁发出不同指令。当预后时间结束，环境传感器监测数据低于环境参数限值，则警报解除，充气浮体放气。

本发明的智能柔性围隔装置，其运行的原理是：当环境传感器发出预警信号，充气浮体自动操控系统启动供气模式，自近岸端以大流量低压空气(工作水深+1m水柱)充气，通过大管径接口串联的连续带状充气浮体短时上浮至水面；预后阶段，储气设备以气压限值的低压空气维持充气浮体运行；警报解除后，操控系统启动放气模式，通过连续带状充气浮体端盖的控气阀放气。

借由上述技术方案，本发明的智能柔性围隔装置具有以下优点：

具有可以快速充气和放气的连续带状充气浮体，长度不限，能适应水体环境；基于水体环境质量在线监测的污染事件快速预警系统，反应敏捷；充气浮体控制系统，安全可靠；整体协调，经久耐用；所述的智能柔性围隔装置根据水环境质量要求自动控制围隔运行，适于规模化、工程化应用。本发明的智能围隔克服了固定式围隔阻隔水流、影响景观的缺陷，而且有效规避了风浪的破坏和光照引起的老化，提高了保障率并延长了使用寿命。当带状充气浮体出现破损漏气问题，解开缝合绳，打开包裹的墙布，局部修补浮体，维护简便、成本低。

附图说明

图1智能柔性围隔装置的结构示意图。

图2智能柔性围隔放气模式示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但本发明保护的技术方案并不仅限于以下的实施例。本发明包含在上述技术思想下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

申请人在太湖实验完成可隐没智能蓝藻防线，也即本发明的智能柔性围隔装置的技术研发，开展了100m规模的小试，利用一个功率35w的蠕动式气泵就可以在10分钟内完成小试模型的浮现或隐没，在微风条件下(风速<3m/s)对水面漂浮蓝藻实现了100％的拦截。

在此基础上，在巢湖研制中试(技术示范)工程300m，用一台功率2kw的风机操控，10分钟内完成围隔的浮现或隐没，用一个功率35w的蠕动式气泵维持运行，与蓝藻观测预警系统相结合实现自动控制，在微风条件下(风速<3m/s)对水面漂浮蓝藻的拦截率接近100％。

如图1、图2所示，本发明所述的一种智能柔性围隔装置，由可隐没式柔性围隔、污染事件预警系统和充气浮体控制系统组成。

(1)快速充/放气的可隐没式柔性围隔

可隐没式柔性围隔的主体结构由连续带状充气浮体、墙布、锚固装置三部分缝合而成，采用弹性方式布设。

其中，连续带状充气浮体由带状充气浮体单元组成，所述的带状充气浮体单元包括气带，由柔性气密性材料制作，两端嵌装大管径接口，以不锈钢箍与浮体单元固定；相邻带状充气浮体单元通过大管径接口相连接，可组成长度不限的柔性快速充/放气浮体，即所述的连续带状充气浮体。以墙布包裹所述的带状充气浮体单元，在墙布缝合处包裹上纲绳；围隔的上纲绳配重，使水上部分自身比重大于水，在浮体气囊排气下沉过程中起作用。连续带状充气浮体两端嵌装尼龙端盖，端盖上装控气阀和导气管接口，实现充气和放气。

墙布上端与带状充气浮体单元缝合，接缝处附加上纲绳。锚固装置由配重材料、下纲绳、缆绳以及脚桩组成，其中配重材料与墙布下端缝合，接缝处附加下纲绳，下纲绳以锚定缆绳固定在水底脚桩上；所述墙布采用高密度耐水化纤织物。

所述柔性围隔分若干段以“拉链式”拼接缝连接，即在墙布的接口处采用尼龙粘口搭接，在墙布两面搭接缝两侧缝制密封翼膜和加强翼膜，两侧的密封翼膜相互交错覆盖尼龙粘口搭接缝，两侧的加强翼膜通过穿孔穿绳缝合。

所述柔性围隔可以为全封闭式围隔，也可以根据实际需要制作成悬浮式围隔。全封闭围隔的配重材料埋入淤泥中，设计围隔高度＝1.2(H+D+L/2)，其中水体深度为H，松软淤泥深度为D，风浪波长为L，布设时，预留水平松弛度并且底端固定。悬浮式围隔设计的下缆绳长度＝1.2(H+D+L/2-围隔高度)，式中符号与上文相同。

所述柔性围隔还包括纵向加强筋，纵向加强筋纵向缝制固定在墙布上，两端分别与上纲绳和下纲绳牢固铆接，锚定缆绳一端绑扎固定在墙布纵向加强筋与下纲绳连接处。

有关围隔主体结构和布设方式，更详细的内容可参照发明专利“全封闭式柔性深水围隔”(ZL200710024370.9)。

(2)污染事件快速预警系统

包括环境传感器和微机控制系统。

根据水域保护目标设置环境传感器类型，例如针对漂移蓝藻，设置风速风向仪、波浪仪和叶绿素监测探头等；针对污染水团，设置风速风向仪、波浪仪和相应的水质监测探头等；针对垃圾杂物，设置风速风向仪、波浪仪和浊度仪等。

微机控制系统可采用通用的个人计算机或笔记本电脑，环境传感器连接微机控制系统的输入端。在系统内预置根据水域保护目标设定的环境参数限值和预后时间。环境传感器监测数据实时传送至微机控制系统。当环境传感器监测数据高于环境参数限值，微机控制系统即时发出预警，启动充气浮体。预后时间是指预测污染事件发生的持续时间，避免污染水团脉冲式迁移造成瞬时监测值波动，微机系统频繁发出不同指令。当预后时间结束，环境传感器监测数据低于环境参数限值，警报解除，连续带状充气浮体放气。

(3)充气浮体控制系统

由充气装置、储气设备、压力传感器和控气阀组成充气浮体控气系统，通过导气管连接，储气设备上设置压力传感器以监测储气设备中气体的压力；其中压力传感器与微机控制系统的信号输入端连接，充气装置和控气阀与微机控制系统的控制信号输出端连接。根据压力传感器提供的信号，通过微机控制系统操控智能围隔的浮沉。当充气浮体控制系统指示为启动状态，控气阀切换到通气状态，由储气设备给充气浮体供气。一旦储气设备中压力传感器监测数据低于设定气压限值，微机控制系统启动充气装置给储气设备供气，反之，充气装置停止工作。警报解除后，微机控制系统远程操控控气阀充气浮体放气。

储气设备的气压限值为维持充气浮体运行的最低气压值(P₀)，通过下式得到：

其中，L_浮体为连续带状充气浮体的总长度，φ为连续带状充气浮体的直径，P_浮体为连续带状充气浮体的运行气压，V_储气罐为储气设备体积。

所述的智能柔性围隔控制的运行、控制方法是，环境传感器实时监测水域环境特征，环境传感器发出信号，数据传送至微机系统，微机系统根据设定的环境参数给出指令，控制控气阀为通气或排气状态；充气装置与控气阀之间设置一个储气设备，压力传感器实时测定储气设备中的气压，数据传送至微机系统，控制充气装置的运行方式，当储气设备中的气压低于限值时，微机控制系统启动充气装置给储气设备供气，反之，充气装置停止工作；通过通气或放气控制围隔的带状充气浮体上浮或下沉，从而控制围隔的运行状态。水体中的污染物清理完毕之后，微机系统控制充气浮体启动放气模式，通过充气浮体端盖的控气阀放气。

本发明的智能柔性围隔装置，按照以下步骤进行工程性应用：

1、设备安装

(1)污染事件预警系统安装

污染事件预警系统包括环境传感器和微机控制系统。根据水域保护目标，在代表性位点原位安装相应监测仪器，数据可以通过有线或无线传输方式传送到微机控制系统。微机控制系统安装在靠近围隔充气端的近岸控制平台上。

(2)充气浮体控制系统安装

充气浮体控制系统由充气装置、储气装置、控气阀以及浮体单元通过导气管依次连接，布设在控制平台上，压力传感器装置于储气设备中。

(3)可隐没式柔性围隔布设

a)柔性浮体和纲绳：以墙布包裹所需直径的带状充气浮体单元，在墙布缝合处包裹纲绳。连续带状充气浮体两端嵌装尼龙端盖，端盖上装控气阀和导气管接口。

b)柔性围隔制作和布设：除连续带状充气浮体外，主体围隔制作和布设参照已授权专利“全封闭柔性围隔”(ZL200710024370.9)执行。

2、调试检验

(1)连续带状充气浮体气密性检验

首先对已经安装到位的围隔充气浮体进行耐压气密性能检验，分别设计工作压力和检验压力，充气达到检验压力后封闭维持24小时，检查剩余压力，以24小时自然压力降幅<20％为合格。对检压中发现的问题进行维修解决。

(2)污染事件预警系统和充气浮体控制系统运行检验

对污染事件预警控制系统和充气浮体控制系统的性能、安全性、可靠性进行运行检验，并进行控制运行，包括控制智能围隔充气上浮、微量补气维持、放气隐匿和污染物预警等运行检验。

3、运行维护

(1)自动控制运行

检验合格后，根据水域保护目标，设置环境参数限值范围和预后时间，启动控制系统，自动控制围隔充气上浮、低压维持或放气隐没。

(2)日常维护

日常巡检主要包括环境传感器、微机等控制系统和充气装置、储气设备中压力传感器等控气系统的运行状况；以及带状充气浮体的状况，通过水面气泡情况可判断充气浮体是否破损。

Claims (5)

1.一种智能柔性围隔装置，其特征在于，所述智能柔性围隔装置由可隐没式柔性围隔、污染事件预警系统和充气浮体控制系统组成；所述的可隐没式柔性围隔由连续带状充气浮体、墙布、锚固装置三部分缝合而成，其中连续带状充气浮体通过导气管连接充气浮体控制系统；充气浮体控制系统包括充气装置、储气设备、压力传感器和控气阀，通过导气管连接，储气设备上设置压力传感器；污染事件预警系统包括环境传感器和微机控制系统，微机控制系统接收环境传感器和压力传感器的信号输入，并向充气装置和控气阀输出控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种智能柔性围隔装置，其特征在于，所述连续带状充气浮体由带状充气浮体单元组成，所述的带状充气浮体单元包括气带，由柔性气密性材料制作；相邻带状充气浮体单元通过大管径接口相连接，组成连续带状充气浮体。

3.根据权利要求2所述的一种智能柔性围隔装置，其特征在于，所述连续带状充气浮体两端嵌装端盖，端盖上装有控气阀和导气管接口。

4.根据权利要求2所述的一种智能柔性围隔装置，其特征在于，以墙布包裹所述的带状充气浮体单元，在墙布缝合处包裹上纲绳；围隔的上纲绳配重，使水上部分自身比重大于水。

5.根据权利要求1所述的一种智能柔性围隔装置，其特征在于，所述环境传感器为气象监测探头、水文监测探头、水质监测探头中的一种或几种。