CN112176943A - 利用潮汐能的负压排沙装置及排沙方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用潮汐能的负压排沙装置及排沙方法，属于水质治理技术领域，本发明通过在蓄水单元沿海侧建设第一外海堤坝和第二外海堤坝的方式来针对涨潮过程中越浪海水进入第一外海堤坝和第二外海堤坝进行收集并进行对海水进行沉淀以减小进入蓄水单元内的水体泥沙，设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，较好的解决海水透明度的问题，有利于提高蓄水单元的观赏性，并且根据涨潮和落潮来及时排出沉淀池内的泥沙和更换蓄水单元内水体，保持了蓄水单元内的水体清洁，减少了沉淀池和蓄水单元内的泥沙淤积。

Description

利用潮汐能的负压排沙装置及排沙方法

技术领域

本发明属于水质治理领域，具体涉及一种利用潮汐能的负压排沙装置及排沙方法。

背景技术

我国海岸线漫长，但并非所有的海边都是美丽的沙滩，有不少地区是泥质滩涂。这些泥质滩涂海岸的近海水域海水含泥量高，水体浑浊，观感较差。随着沿海经济飞速发展和城市扩张，泥质滩涂沿海城市居民对沿海的水域环境提出了更高的要求。希望建设拥有阳光、沙滩、清水、碧岸的沿海人居环境。在海水泥沙含量大、水质较差的沿海地区建设人工湖，是一种新兴的海岸带整治修复方式，有效改善了滨海的水环境和人居环境，增加了沿海居民的亲水空间，越来越受到泥质滩涂沿海居民的欢迎。

然而，近海海水泥沙含量高是人工湖运行的重大难题，一般采取先沉淀再把含沙量较少的海水引入人工湖的方式。但是，沉淀池很快也会被大量的泥沙所淤积，需要人工定期清淤。此外，人工湖内的海水含有的泥沙，也容易形成人工湖内淤积，大水体的人工湖清淤也是一个费钱费力的事情。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用潮汐能的负压排沙装置及排沙方法，拟采用工程的方法，以比较经济、便捷的方式解决海水沉淀池的泥沙淤积、以及人工湖的泥沙淤积问题。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：利用潮汐能的负压排沙装置，包括：

蓄水单元，蓄水单元内设有人工浮岛，蓄水单元沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝和第二外海堤坝，第一外海堤坝和第二外海堤坝之间修建有蓄水池和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口；

排沙管组，排沙管组包括与排沙进口连通的第二排沙管和/或第一排沙管，第二排沙管出口端连接第一排沙管，第二排沙管与第一排沙管以树状结构形式相连接，

其中，第二排沙管靠近进口端设有排气管，排气管竖直布设且与第二排沙管连通，排气管上端口设有第一单向阀，第一单向阀开启方向为向外向上方向，第一单向阀安装有电信号触发装置，第一单向阀关闭动作触发电信号，

第一排沙管和第二排沙管进口端分别设有第二单向阀，第二单向阀阀门开启方向为向内向下方向，第二单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管的第一单向阀关闭动作相关联，第一单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀延时开启，

其中，第一排沙管的出口端为排沙总管口，排沙总管管口不设阀门，排沙总管口用于将泥沙排入海中。

本发明通过在蓄水单元沿海侧建设第一外海堤坝和第二外海堤坝的方式来针对涨潮过程中越浪海水进入第一外海堤坝和第二外海堤坝进行收集并对海水进行沉淀以减小进入蓄水单元内的水体泥沙含量，故设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，其中将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，拦截了大量的泥沙。对于海水中沉淀的泥沙而言，通过设计排沙管组将其排回海内，具体的：在涨潮过程中，潮水顺排沙总管口进入排沙管组内，将排沙管组内空气向第一排沙管和第二排沙管进口处和排气管挤压，使第一排沙管和第二排沙管上的第二单向阀紧闭且促使压缩空气和潮水沿排气管流动直至推开排气管上的第一单向阀从排气管管口排出；在退潮过程中排沙管组内的潮水退下，第一单向阀在重力作用下关闭，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀的延时控制开关延时打开第二单向阀，此时，在延时开关打开第二单向阀，在重力和负压的双重作用下，在第二排沙管进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向第二排沙管涌入，当水沙混合物通过文丘里管时，根据伯努利原理，通过文丘里管窄管径段的水沙流速加大，此处又形成负压，并且连续作用，因而给与之相连接的等径排沙管的水沙流动增加了重力以外的动力，加速了水沙混合物的流动，从而达到顺利排沙的效果，解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题。

根据本发明一实施方式，蓄水池靠近第一外海堤坝建设，蓄水池与第二外海堤坝之间修建鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，多级沉淀池包括一级沉淀池和二级沉淀池，一级沉淀池靠近第二外海堤坝建设，一级沉淀池、二级沉淀池、蓄水池的池底水平高度依次递减。多级沉淀池的数量可以是2个或2以上，设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，其中将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，当然沉淀池还可修建成迂回曲折的形式，通过加长径流路径来沉淀泥沙。沉淀池级数或迂回路径长度取决于换水量、沉淀时间。

根据本发明一实施方式，沉淀池上部允许越浪过水，便于对涨潮过程中的水体进行收集，一级沉淀池、二级沉淀池的池底面均向来水侧倾斜5°-10°，且在垂直来水方向上布置有多级拦沙坎，这样降低来水方向上水体的流进速度，并且海水中沉淀的泥沙可沿具有倾斜角的池底面向池底低洼处聚集，便于集中排沙，蓄水池通过进水管与蓄水单元连通，用于实现在蓄水单元内水体排出后将经过沉淀处理的海水引入蓄水单元内进行换水，以较高的换水频率来控制蓄水单元内泥沙沉淀和水体富营养化的问题。

根据本发明一实施方式，一级沉淀池和/或二级沉淀池沿第二外海堤坝轴线垂直于潮水来向布置，这样海浪冲击海堤时的越浪量较大，便于海浪越过海堤进入到多级沉淀池内对海水的收集。

根据本发明一实施方式，第二外海堤坝高度和长度根据越浪水量计算，单次潮水越浪水量Q按式1计算，同时，第二外海堤坝高度应略低于当地平均低潮位。

式1：单次潮水越浪水量：

式中：ε—侧收系数，全堤过流，取ε＝1.0；σ—淹没系数，为淹没出流模式，取σ＝0.4；m—流量系数，取m＝0.36；b—过水第二外海堤坝的长度；H—海堤过水时，堤顶到水面的相对水位高度。通过上述公式来计算单次潮水越浪量的方式来确定第二外海堤坝的高度和长度，这样所建造的第二外海堤坝抵抗单次海浪冲击的抗冲击效果可得到有效提高，保证了多级沉淀池内收集的水量充足以及单次送入沉淀池内水体的水量较为均匀，以防单次越浪水量过大对沉淀池内水体扰动量过大而致使海水中悬浮物以及泥沙的沉淀速率下降，更进一步的通过上述式1来确定第二外海堤坝建造尺寸在实际使用中有利于控制海水越浪范围，避免海水越浪后直接落到蓄水单元内且较为精准控制了单次潮水越浪水量的情况下潮水越浪时的声音可得到有效的控制，降低潮水越浪时的噪音，给蓄水单元附近居民、游客较好的体验。

根据本发明一实施方式，多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组和排沙进口，排沙进口设于一级沉淀池和/或二级沉淀池池底面低洼位置，拦沙坎组包括长条状的拦沙坎，拦沙坎从迎水方向上从低到高布置，拦沙坎对称布设于排沙进口两侧呈羽毛状，排水口两侧拦沙坎相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。拦沙坎组用于减缓进入多级沉淀池内的水体流动速度，特别是降低水体中颗粒物如泥沙的流动速度，拦沙坎从迎水方向上从低到高布置的方式有利于逐级降低海水流动速度以避免直接阻断海水流动所造成的过大冲击以及冲击造成的浪花飞溅情况以减小对下一级沉淀池内水体扰动，再通过对拦沙坎布设呈羽状形式，对于进入沉淀池内的水体具有分流及引导作用，使其向拦沙坎两侧流动进一步减小越浪水体进入沉淀池内的水体扰动也利于减小越浪水体与沉淀池及拦沙坎之间的冲击减小水声，所设计的排沙进口位于沉淀池低洼处这样对于沉淀池内沉淀下的泥沙等颗粒物而言起到聚集效果且便于后期排沙集中处理提高排沙效率，且羽状布设的拦沙坎也利于沉淀的颗粒物沿拦沙坎逐渐聚集至沉淀池低洼处。

根据本发明一实施方式，第二排沙管为文丘里管，第二排沙管与第一排沙管连接处管径缩小1/3-1/2；排气管管径小于第二排沙管管径，将第二排沙管设计成文丘里管进一步第二排沙管与第一排沙管连接处管径缩小1/3-1/2以便于提高沉淀的泥沙与水的混合速率，加快水沙混合物的流动速度避免管道堵塞造成排沙困难以及后期维修难度增加，有效解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题。

根据本发明一实施方式，第一单向阀阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，在重力作用下自动关闭，阀门的重量不超过潮水顶托产生的推力；第一单向阀阀门开度设计便于在潮水退去后利用其自身重力关闭，而阀门近合页端轻，远合页端重便于在潮水和内部压力的推力下实现第一单向阀开启。

根据本发明一实施方式，第二单向阀最大开度为90°，保证大二单向阀打开后泥沙在管内的顺畅流动以避免流动面的减小造成泥沙排出不流畅以及困难。

根据本发明一实施方式，第一单向阀与排气管进口端连接处设有塑胶凸起，提高阀门密封性。

根据本发明一实施方式，蓄水单元底部设有排水管，排水管进水端处设有竖直的排气管，排气管上端口安装有第四单向阀，第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，第四单向阀与排气管进口端连接处设有塑胶凸起，第四单向阀安装有电信号触发装置，第四单向阀关闭动作触发电信号，排水管与蓄水单元连接端口设有第三单向阀，第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管的第四单向阀关闭动作相关联，第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启。此时，在延时开关打开第三单向阀，在重力和负压的双重作用下，在第三排沙管进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向排水管涌入，以便于蓄水单元底部沉积的泥沙等颗粒物的快速混合及送入排水管内沿排水管排入海内，解决蓄水单元湖底淤泥排出较为费力或需要大型器械的问题，上述设计实现高频率多次对蓄水单元湖底淤泥排除且是伴随蓄水单元换水操作，避免湖水富营养化。

利用潮汐能的负压排沙装置的排沙方法，包括如下步骤：

-在蓄水单元沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝和第二外海堤坝，第一外海堤坝和第二外海堤坝之间修建有蓄水池和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，蓄水池通过进水管与蓄水单元连通，蓄水单元内设人工浮岛；

-在多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口并在排沙进口底部设置排沙管组，排沙管组包括与排沙进口连通的第二排沙管，第二排沙管出口端连接第一排沙管和/或第一排沙管，第二排沙管与第一排沙管以树状结构形式相连接，第二排沙管靠近进口端设有排气管，排气管竖直布设且与第二排沙管连通，排气管上端口设有第一单向阀，第一单向阀开启方向为向外向上方向，第一单向阀安装有电信号触发装置，第一单向阀关闭动作触发电信号，第一排沙管和第二排沙管进口端分别设有第二单向阀，第二单向阀阀门开启方向为向内向下方向，第二单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管的第一单向阀关闭动作相关联，第一单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀延时开启，第一排沙管的出口端为排沙总管口，排沙总管管口不设阀门，排沙总管口用于将泥沙排入海中。

-蓄水，海水涨潮时海水从海堤越浪进入多级沉淀池，海水经过沉淀池将泥沙沉淀后达到蓄水池蓄水，在涨潮过程中，潮水顺排沙总管口进入排沙管组内排沙管组内空气向第一排沙管和第二排沙管进口处和排气管挤压，使第一排沙管和第二排沙管上的第二单向阀紧闭且促使压缩空气和潮水沿排气管流动直至推开排气管上的第一单向阀从排气管管口排出；

-退潮后，人工打开蓄水单元排水管将蓄水单元内水体排出；

-引水，打开进水管将蓄水池内水体引入蓄水单元；

其中，在退潮过程中排沙管组内的潮水退下，第一单向阀在重力作用下关闭，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀的延时控制开关延时打开第二单向阀，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀的延时控制开关延时打开第二单向阀，此时，在延时开关打开第二单向阀，在重力和负压的双重作用下，在第二排沙管进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向第二排沙管涌入，当水沙混合物通过文丘里管时，根据伯努利原理，通过文丘里管窄管径段的水沙流速加大，此处又形成负压，并且连续作用，因而给与之相连接的等径排沙管的水沙流动增加了重力以外的动力，加速了水沙混合物的流动，从而达到顺利排沙的效果，解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题，根据涨潮和落潮来及时排出沉淀池内的泥沙和更换蓄水单元内水体，保持了蓄水单元内的水体清洁，减少了沉淀池和蓄水单元内的泥沙淤积。

当蓄水单元不需要换水，或不需要乘退潮排水的时候，排水管第三单向阀和排气管第四单向阀的开合可以由人工控制。

根据本发明一实施方式，多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组和排沙进口，排沙进口设于一级沉淀池和/或二级沉淀池池底面低洼位置，拦沙坎组包括长条状的拦沙坎，拦沙坎从迎水方向上从低到高布置，拦沙坎对称布设于排沙进口两侧呈羽毛状，排水口两侧拦沙坎相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。

根据本发明一实施方式，蓄水单元底部设有排水管，排水管进水端处设有竖直的排气管，排气管上端口安装有第四单向阀，第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，第四单向阀与排气管进口端连接处设有塑胶凸起，第四单向阀安装有电信号触发装置，第四单向阀关闭动作触发电信号，排水管与蓄水单元连接端口设有第三单向阀，第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管的第四单向阀关闭动作相关联，第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在蓄水单元沿海侧建设第一外海堤坝和第二外海堤坝的方式来针对涨潮过程中越浪海水进入第一外海堤坝和第二外海堤坝进行收集并进行对海水进行沉淀以减小进入蓄水单元内的水体泥沙，故设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，其中将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，通过上述设计对于越浪海水经过沉淀后透明度应达到0.7m左右，较好的解决海水透明度的问题，这样有利于提高建设的蓄水单元的观赏性，对于沉淀池沉淀的泥沙而言，通过设计排沙管组将其排回海内，解决沉淀泥沙淤积以及易造成排沙管堵塞的问题，对于人工蓄水单元内沉淀的泥沙而言，通过底部的排水管换水，水沙混排，解决人工蓄水单元内底部的泥沙淤积。

附图说明

图1为构建的蓄水单元俯视图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为蓄水单元放水状态示意图；

图4为蓄水单元引水状态示意图；

图5为拦沙坎组俯视图；

图6为排沙管组示意图；

图7为构建的蓄水单元设有人工浮岛状态下俯视图；

图8为人工浮岛结构示意图；

图9为种植浮盘结构示意图；

图10为过滤组件示意图。

附图标号：100-蓄水单元；200-海岸线；10-第一外海堤坝；11-进水管；20-第二外海堤坝；30-一级沉淀池；31-二级沉淀池；40-蓄水池；50-排沙管组；51-第一排沙管；52-第二排沙管；53-排沙总管口54-第一单向阀；55-第二单向阀；60-排气管；70-拦沙坎组；71-拦沙坎；72-排沙进口；80-排水管；90-人工浮岛；91-种植浮盘；92-过滤组件；921-挂钩；922-装填网袋；923-滤料；924-紧固件；93-过滤板；94-配重块；95-支撑横杆；96-连接绳；97-复合浮球。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

参见附图1-6所示，利用潮汐能的负压排沙装置，包括：

蓄水单元100，蓄水单元100内设有人工浮岛90，蓄水单元100沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝10和第二外海堤坝20，第一外海堤坝10和第二外海堤坝20之间修建有蓄水池40和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口72；

排沙管组50，排沙管组50包括与排沙进口72连通的第二排沙管52和/或第一排沙管51，第二排沙管52出口端连接第一排沙管51，第二排沙管52与第一排沙管51以树状结构形式相连接，

其中，第二排沙管52靠近进口端设有排气管60，排气管60竖直布设且与第二排沙管52连通，排气管60上端口设有第一单向阀54，第一单向阀54开启方向为向外向上方向，第一单向阀54安装有电信号触发装置，第一单向阀54关闭动作触发电信号，

第一排沙管51和第二排沙管52进口端分别设有第二单向阀55，第二单向阀55阀门开启方向为向内向下方向，第二单向阀55启闭由延时开关控制，电信号与排气管60的第一单向阀54关闭动作相关联，第一单向阀54关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀55延时开启，

其中，第一排沙管51的出口端为排沙总管口53，排沙总管53管口不设阀门，排沙总管口53用于将泥沙排入海中。

本发明通过在蓄水单元100沿海侧建设第一外海堤坝10和第二外海堤坝20的方式来针对涨潮过程中越浪海水进入第一外海堤坝10和第二外海堤坝20进行收集并进行对海水进行沉淀以减小进入蓄水单元内的水体泥沙，故设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，其中将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，通过上述设计对于越浪海水经过沉淀后透明度应达到0.7m左右，较好的解决海水透明度的问题，这样有利于提高建设的蓄水单元的观赏性，并且可根据涨潮和落潮来及时更换蓄水单元内水体，保持了蓄水单元内的水体清洁，减少了蓄水单元内的泥沙淤积和水体的富营养化，对于海水中沉淀排除的泥沙而言，通过设计排沙管组50将其排回海内，具体的：在涨潮过程中，潮水顺排沙总管口53进入排沙管组50内排沙管组50内空气向第一排沙管51和第二排沙管52进口处和排气管60挤压，使第一排沙管51和第二排沙管52上的第二单向阀55紧闭且促使压缩空气和潮水沿排气管60流动直至推开排气管60上的第一单向阀54从排气管60管口排出；在退潮过程中排沙管组50内的潮水退下，第一单向阀54在重力作用下关闭，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀55的延时控制开关延时打开第二单向阀55，此时，在延时开关打开第二单向阀55，在重力和负压的双重作用下，在第二排沙管52进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向第二排沙管52涌入，当水沙混合物通过文丘里管时，根据伯努利原理，通过文丘里管窄管径段的水沙流速加大，此处又形成负压，并且连续作用，因而给与之相连接的等径排沙管的水沙流动增加了重力以外的动力，加速了水沙混合物的流动，从而达到顺利排沙的效果，解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题。

蓄水池40靠近第一外海堤坝10建设，蓄水池40与第二外海堤坝20之间修建鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，多级沉淀池包括一级沉淀池30和二级沉淀池31，多级沉淀池的数量可以是2个或2以上，一级沉淀池30靠近第二外海堤坝20建设，一级沉淀池30、二级沉淀池31、蓄水池40的池底水平高度依次递减。设置多级沉淀池对越浪海水逐级沉淀，其中将多级沉淀池设置成鱼鳞式或彩虹式的布设方式目的在于便于海水逐级沉淀，当然沉淀池还可修建成迂回曲折的形式，通过加长径流路径来沉淀泥沙。沉淀池级数或迂回路径长度取决于换水量、沉淀时间。

沉淀池上部允许越浪过水，便于对涨潮过程中的水体进行收集，一级沉淀池30、二级沉淀池31的池底面均向来水侧倾斜5°-10°，这样降低来水方向上水体的流进速度，并且海水中沉淀的泥沙可沿具有倾斜角的池底面向池底低洼处聚集，便于集中排沙，蓄水池40通过进水管11与蓄水单元100连通，用于实现在蓄水单元内水体排出后将经过沉淀处理的海水引入蓄水单元内进行换水，以较高的换水频率来控制蓄水单元内泥沙淤积与水体的富营养化。

一级沉淀池30和/或二级沉淀池31沿第二外海堤坝20轴线垂直于潮水来向布置，这样海浪冲击海堤时的越浪量较大，便于海浪越过海堤进入到多级沉淀池内对海水的收集。

第二外海堤坝20高度和长度根据越浪水量计算，单次潮水越浪水量Q按式1计算，同时，第二外海堤坝20高度应略低于当地平均低潮位。

式1：单次潮水越浪水量：

式中：ε—侧收系数，全堤过流，取ε＝1.0；σ—淹没系数，为淹没出流模式，取σ＝0.4；m—流量系数，取m＝0.36；b—过水第二外海堤坝20的长度；H—海堤过水时，堤顶到水面的相对水位高度。通过上述公式来计算单次潮水越浪量的方式来确定第二外海堤坝20的高度和长度，这样所建造的第二外海堤坝20抵抗单次海浪冲击的抗冲击效果可得到有效提高，保证了多级沉淀池内收集的水量充足以及单次送入沉淀池内水体的水量较为均匀，以防单次越浪水量过大对沉淀池内水体扰动量过大而致使海水中悬浮物以及泥沙的沉淀速率下降，更进一步的通过上述式1来确定第二外海堤坝20建造尺寸在实际使用中有利于控制海水越浪范围，避免海水越浪后直接落到蓄水单元内且较为精准控制了单次潮水越浪水量的情况下潮水越浪时的声音可得到有效的控制，降低潮水越浪时的噪音，给蓄水单元附近居民、游客较好的体验。

单次潮水越浪水量Q计算时可根据蓄水单元100当地情况选择式1或式2来计算单次潮水越浪水量Q，式2计算公式考虑到单次潮水越浪水量Q按照15-20天蓄水单元换水一次所需水量计，具体的式2为：

Q＝V_湖/t；

式中：V_湖—为蓄水单元的蓄水量；t—为天数，t＝15～20；利用上述公式2所建造的第二外海堤坝20的尺寸抵抗单次海浪冲击的抗冲击效果可得到有效提高，保证了多级沉淀池内收集的水量充足以及单次送入沉淀池内水体的水量较为均匀，以防单次越浪水量过大对沉淀池内水体扰动量过大而致使海水中悬浮物以及泥沙的沉淀速率下降，更进一步的通过上述式2来确定第二外海堤坝20建造尺寸在实际使用中有利于控制海水越浪范围，避免海水越浪后直接落到蓄水单元内且较为精准控制了单次潮水越浪水量的情况下潮水越浪时的声音可得到有效的控制，降低潮水越浪时的噪音，给蓄水单元附近居民、游客较好的体验。

多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组70和排沙进口72，排沙进口72设于一级沉淀池30和/或二级沉淀池31池底面低洼位置，拦沙坎组70包括长条状的拦沙坎71，拦沙坎71从迎水方向上从低到高布置，拦沙坎71对称布设于排沙进口72两侧呈羽毛状，排水口72两侧拦沙坎71相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。拦沙坎组70用于减缓进入多级沉淀池内的水体流动速度，特别是降低水体中颗粒物，如泥沙的流动速度，拦沙坎71从迎水方向上从低到高布置的方式有利于逐级降低海水流动速度以避免直接阻断海水流动所造成的过大冲击以及冲击造成的浪花飞溅情况以减小对下一级沉淀池内水体扰动，在通过对拦沙坎71布设呈羽状形式，对于进入沉淀池内的水体具有分流及引导作用，使其向拦沙坎71两侧流动进一步减小越浪水体进入沉淀池内的水体扰动也利于减小越浪水体与沉淀池及拦沙坎71之间的冲击减小水声，所设计的排沙进口72位于沉淀池低洼处这样对于沉淀池内沉淀下的泥沙等颗粒物而言起到聚集效果且便于后期排沙集中处理提高排沙效率，且羽状布设的拦沙坎71也利于沉淀的颗粒物沿拦沙坎71逐渐聚集至沉淀池低洼处。

第二排沙管52为文丘里管，第二排沙管52与第一排沙管51连接处管径缩小1/3-1/2；排气管60管径小于第二排沙管52管径，将第二排沙管52设计成文丘里管进一步第二排沙管52与第一排沙管51连接处管径缩小1/3-1/2以便于提高沉淀的泥沙与水的混合速率，加快水沙混合物的流动速度避免管道堵塞造成排沙困难以及后期维修难度增加，有效解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题。

第一单向阀54阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，在重力作用下自动关闭，阀门的重量不超过潮水顶托产生的推力；第一单向阀54阀门开度设计便于在潮水退去后利用其自身重力关闭，而阀门近合页端轻，远合页端重便于在潮水和内部压力的推力下实现第一单向阀54开启。

第二单向阀55最大开度为90°，保证大二单向阀55打开后泥沙在管内的顺畅流动以避免流动面的减小造成泥沙排出不流畅以及困难。

第一单向阀54与排气管60进口端连接处设有塑胶凸起，提高阀门密封性。

蓄水单元100底部设有排水管80，排水管80进水端处设有竖直的排气管60，排气管60上端口安装有第四单向阀，第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，第四单向阀与排气管60进口端连接处设有塑胶凸起，第四单向阀安装有电信号触发装置，第四单向阀关闭动作触发电信号，排水管80与蓄水单元100连接端口设有第三单向阀，第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管60的第四单向阀关闭动作相关联，第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启。此时，在延时开关打开第三单向阀，在重力和负压的双重作用下，在第三排沙管进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向排水管80涌入，以便于蓄水单元底部沉积的泥沙等颗粒物的快速混合及送入排水管80内沿排水管80排入海内，解决蓄水单元湖底淤泥排出较为费力或需要大型器械的问题，上述设计实现高频率多次对蓄水单元湖底淤泥排除且是伴随蓄水单元换水操作，避免湖水富营养化。

本案中的蓄水单元为海水人工湖或人工湖或养殖池塘等蓄水单元。

实施例2：

参见附图1-6所示，利用潮汐能的负压排沙装置的排沙方法，包括如下步骤：

-在蓄水单元100沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝10和第二外海堤坝20，第一外海堤坝10和第二外海堤坝20之间修建有蓄水池40和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，蓄水池40通过进水管11与蓄水单元100连通，蓄水单元100内设人工浮岛90；

-在多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口72并在排沙进口72底部设置排沙管组50，排沙管组50包括与排沙进口72连通的第二排沙管52和/或第一排沙管，第二排沙管52出口端连接第一排沙管51，第二排沙管52与第一排沙管51以树状结构形式相连接，第二排沙管52靠近进口端设有排气管60，排气管60竖直布设且与第二排沙管52连通，排气管60上端口设有第一单向阀54，第一单向阀54开启方向为向外向上方向，第一单向阀54安装有电信号触发装置，第一单向阀54关闭动作触发电信号，第一排沙管51和第二排沙管52进口端分别设有第二单向阀55，第二单向阀55阀门开启方向为向内向下方向，第二单向阀55启闭由延时开关控制，电信号与排气管60的第一单向阀54关闭动作相关联，第一单向阀54关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀55延时开启，第一排沙管51的出口端为排沙总管口53，排沙总管53管口不设阀门，排沙总管口53用于将泥沙排入海中。

-蓄水，海水涨潮时海水从海堤越浪进入多级沉淀池，海水经过沉淀池将泥沙沉淀后达到蓄水池40蓄水，在涨潮过程中，潮水顺排沙总管口53进入排沙管组50内排沙管组50内空气向第一排沙管51和第二排沙管52进口处和排气管60挤压，使第一排沙管51和第二排沙管52上的第二单向阀55紧闭且促使压缩空气和潮水沿排气管60流动直至推开排气管60上的第一单向阀54从排气管60管口排出；

-退潮后，人工打开蓄水单元排水管将蓄水单元内水体排出；

-引水，打开进水管11将蓄水池40内水体引入蓄水单元；

其中，在退潮过程中排沙管组50内的潮水退下，第一单向阀54在重力作用下关闭，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀55的延时控制开关延时打开第二单向阀55，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀55的延时控制开关延时打开第二单向阀55，此时，在延时开关打开第二单向阀55，在重力和负压的双重作用下，在第二排沙管52进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向第二排沙管52涌入，当水沙混合物通过文丘里管时，根据伯努利原理，通过文丘里管窄管径段的水沙流速加大，此处又形成负压，并且连续作用，因而给与之相连接的等径排沙管的水沙流动增加了重力以外的动力，加速了水沙混合物的流动，从而达到顺利排沙的效果，解决沉淀泥沙混合后易造成排沙管堵塞的问题，根据涨潮和落潮来及时排出沉淀池内的泥沙和更换蓄水单元内水体，保持了蓄水单元内的水体清洁，减少了沉淀池和蓄水单元内的泥沙淤积。

当蓄水单元不需要换水，或不需要乘退潮排水的时候，排水管80第三单向阀和排气管60第四单向阀的开合可以由人工控制。

多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组70和排沙进口72，排沙进口72设于一级沉淀池30和/或二级沉淀池31池底面低洼位置，拦沙坎组70包括长条状的拦沙坎71，拦沙坎71从迎水方向上从低到高布置，拦沙坎71对称布设于排沙进口72两侧呈羽毛状，排水口72两侧拦沙坎71相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。拦沙坎组70用于减缓进入多级沉淀池内的水体流动速度，特别是降低水体中颗粒物，如泥沙的流动速度，拦沙坎71从迎水方向上从低到高布置的方式有利于逐级降低海水流动速度以避免直接阻断海水流动所造成的过大冲击以及冲击造成的浪花飞溅情况以减小对下一级沉淀池内水体扰动，在通过对拦沙坎71布设呈羽状形式，对于进入沉淀池内的水体具有分流及引导作用，使其向拦沙坎71两侧流动进一步减小越浪水体进入沉淀池内的水体扰动也利于减小越浪水体与沉淀池及拦沙坎71之间的冲击减小水声，所设计的排沙进口72位于沉淀池低洼处这样对于沉淀池内沉淀下的泥沙等颗粒物而言起到聚集效果且便于后期排沙集中处理提高排沙效率，且羽状布设的拦沙坎71也利于沉淀的颗粒物沿拦沙坎71逐渐聚集至沉淀池低洼处。

蓄水单元100底部设有排水管80，排水管80进水端处设有竖直的排气管60，排气管60上端口安装有第四单向阀，第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，第四单向阀与排气管60进口端连接处设有塑胶凸起，第四单向阀安装有电信号触发装置，第四单向阀关闭动作触发电信号，排水管80与蓄水单元100连接端口设有第三单向阀，第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管60的第四单向阀关闭动作相关联，第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启。此时，在延时开关打开第三单向阀，在重力和负压的双重作用下，在第三排沙管进口处形成较大的启动压力，部分沉淀的泥沙和水更能充分混合，快速向排水管80涌入，以便于蓄水单元底部沉积的泥沙等颗粒物的快速混合及送入排水管80内沿排水管80排入海内，解决蓄水单元湖底淤泥排出较为费力或需要大型器械的问题，上述设计实现高频率多次对蓄水单元湖底淤泥排除且是伴随蓄水单元换水操作，避免湖水富营养化。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：第二排沙管52与第一排沙管51管径为20-30cm；第二排沙管52的进口所处的沉淀池应蓄满水，并在几个沉淀池中处于最高水头的位置。当有多个文丘里管的时候，从水头高的沉淀池向低的沉淀池安装。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：进水管11的管径20-50cm，进水管的数量根据日换水量的需要计算、埋设。虹吸式进水管进口处设有阀门。为了确保进水，在堤坝设有备用翻水站。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：蓄水单元100的平均水位低于蓄水池40的水位10-30cm。换水工作时，蓄水单元水位低于蓄水池40水位30-50cm，以便进水管工作。

实施例6：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：蓄水单元100岸2-3m底部设有排水管80，向外海延伸出海堤外。排水管80出口高程略高于退潮后的高水位，以保证可以顺利排出湖水。排水管的管径按照式4确定，

式4：

Q—单次换水水量；t—单次换水时间。

实施例7：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：参见附图7-10所示，人工浮岛90包括种植浮盘91，种植浮盘91为多边形框体，框体具有浮力，框体上布设种植网，框体中部还连接有支撑横杆95，支撑横杆95下部连接有吊钩，吊钩上吊接有过滤组件92，过滤组件92布设在种植浮盘91下方，种植浮盘91下方还设有至少两个多边形的过滤板93，过滤板93设于过滤组件92下方，过滤板93之间间隔布设，过滤板93通过连接绳96与种植浮盘91连接，且种植浮盘91底面通过连接绳96连接有配重块94，过滤板93上下表面为滤布，过滤板93内填充复合浮球97，复合浮球97为浮球内嵌入有陶粒的复合浮球97，过滤组件92包括带状的装填网922，装填网922端口通过紧固件924封口紧固，紧固件924上设有挂钩921，装填网922内充填有滤料923，本发明通过设计的第一、第二外海堤坝的方式对越浪水体进行收集及沉淀处理拦截海水中大部分的颗粒物，再将该水体送入蓄水单元100进行换水操作及时更换蓄水单元内的水体降低湖内水体富营养化出现几率，更进一步的，通过在蓄水单元100内放置人工浮岛90来构建生态系统，在人工浮岛90的种植浮盘91上种植木榄、海榄雌、海桑等植物，在蓄水单元内养殖动物如鱼类、贝类等，上述水生植物及动物的种植及养殖可在蓄水单元100内构建生态系统，以有效拦截来自外部海水的污染物，且有效降低沉积物悬浮和内源污染物释放，降低湖内水体富营养化出现几率，在外部海水经蓄水池40排入蓄水单元过程中也可起到较好的水体干预以及保证水体流向平整的作用，具体的，在蓄水单元内所布设的人工浮岛90上的种植浮盘91和过滤组件92可对进入蓄水单元100内的海水起到过滤作用，过滤组件92为吊挂在种植浮盘91下方对蓄水单元上层水体具有减小流速的作用，使蓄水单元上层水体的整体流向较为平顺，设有的过滤板93对进入蓄水单元内水体起到一定的分层作用，特别是对于进入蓄水单元内紊流水体，保证蓄水单元内中下部水体整体流向平顺，这样减小了上下层水流之间的干预与交换，降低蓄水单元内营养物质不均匀沉淀的机会，在外部海水送入蓄水单元的过程中可能会造成蓄水单元底部沉淀物的再次悬浮，所设计的过滤板93对底部再悬浮物起到一个较好的干预效果且过滤板93内所放置的复合浮球97对水体起到过滤作用，复合浮球97在水体作用下在过滤板93内的位移可进一步降低上下水层之间的互相干涉。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.利用潮汐能的负压排沙装置，包括：

蓄水单元(100)，所述蓄水单元(100)内设有人工浮岛(90)，所述蓄水单元(100)沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝(10)和第二外海堤坝(20)，所述第一外海堤坝(10)和第二外海堤坝(20)之间修建有蓄水池(40)和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，所述多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口(72)；

排沙管组(50)，所述排沙管组(50)包括与排沙进口(72)连通的第二排沙管(52)和/或第一排沙管(51)，所述第二排沙管(52)出口端连接第一排沙管(51)，所述第二排沙管(52)与第一排沙管(51)以树状结构形式相连接，

其中，所述第二排沙管(52)靠近进口端设有排气管(60)，所述排气管(60)竖直布设且与第二排沙管(52)连通，所述排气管(60)上端口设有第一单向阀(54)，所述第一单向阀(54)开启方向为向外向上方向，所述第一单向阀(54)安装有电信号触发装置，所述第一单向阀(54)关闭动作触发电信号，

所述第一排沙管(51)和第二排沙管(52)进口端分别设有第二单向阀(55)，所述第二单向阀(55)阀门开启方向为向内向下方向，所述第二单向阀(55)启闭由延时开关控制，电信号与排气管(60)的第一单向阀(54)关闭动作相关联，所述第一单向阀(54)关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀(55)延时开启，

其中，所述第一排沙管(51)的出口端为排沙总管口(53)，所述排沙总管(53)管口不设阀门，所述排沙总管口(53)用于将泥沙排入海中。

2.根据权利要求1所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：所述蓄水池(40)靠近第一外海堤坝(10)建设，所述蓄水池(40)与第二外海堤坝(20)之间修建鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，所述多级沉淀池包括一级沉淀池(30)和二级沉淀池(31)，所述一级沉淀池(30)靠近第二外海堤坝(20)建设，所述一级沉淀池(30)、二级沉淀池(31)、蓄水池(40)的池底水平高度依次递减。

3.根据权利要求2所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：

优选的，所述沉淀池上部允许越浪过水，所述一级沉淀池(30)、二级沉淀池(31)的池底面均向来水侧倾斜5°-10°，所述蓄水池(40)通过进水管(11)与蓄水单元(100)连通；

优选的，一级沉淀池(30)和/或二级沉淀池(31)沿第二外海堤坝(20)轴线垂直于潮水来向布置。

4.根据权利要求1所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：

第二外海堤坝(20)高度和长度根据越浪水量计算，单次潮水越浪水量Q按式1计算，式1，单次潮水越浪水量：

式中：ε—侧收系数，全堤过流，取ε＝1.0；σ—淹没系数，为淹没出流模式，取σ＝0.4；m—流量系数，取m＝0.36；b—过水第二外海堤坝(20)的长度；H—海堤过水时，堤顶到水面的相对水位高度。

5.根据权利要求1所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：所述多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组(70)和排沙进口(72)，所述排沙进口(72)设于所述一级沉淀池(30)和/或二级沉淀池(31)池底面低洼位置，所述拦沙坎组(70)包括长条状长条形的拦沙坎(71)，所述拦沙坎(71)从迎水方向上从低到高布置，所述拦沙坎(71)对称布设于排沙进口(72)两侧呈羽毛状，所述排水口(72)两侧拦沙坎(71)相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。

6.根据权利要求1所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：

优选的，所述第二排沙管(52)为文丘里管，所述第二排沙管(52)与第一排沙管(51)连接处管径缩小1/3-1/2；

优选的，所述第一单向阀(54)阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，在重力作用下可自动关闭，阀门的重量不超过潮水顶托产生的推力；

优选的，第二单向阀(55)最大开度为90°；

优选的，所述第一单向阀(54)与排气管(60)进口端连接处设有塑胶凸起。

7.根据权利要求1所述的利用潮汐能的负压排沙装置，其特征是：所述蓄水单元(100)底部设有排水管(80)，所述排水管(80)进水端处设有竖直的排气管(60)，所述排气管(60)上端口安装有第四单向阀，所述第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，所述第四单向阀与排气管(60)进口端连接处设有塑胶凸起，所述第四单向阀安装有电信号触发装置，所述第四单向阀关闭动作触发电信号，所述排水管(80)与蓄水单元(100)连接端口设有第三单向阀，所述第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，所述第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管(60)的第四单向阀关闭动作相关联，所述第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启；

优选的，当蓄水单元不需要换水，或不需要乘退潮排水的时候，所述的排水管(80)第三单向阀和排气管(60)第四单向阀的开合可以由人工控制。

8.利用潮汐能的负压排沙装置的排沙方法，其特征是：包括如下步骤：

-在蓄水单元(100)沿海一侧分别修建相互平行的第一外海堤坝(10)和第二外海堤坝(20)，所述第一外海堤坝(10)和第二外海堤坝(20)之间修建有蓄水池(40)和鱼鳞式或彩虹式多级沉淀池，所述蓄水池(40)通过进水管(11)与蓄水单元(100)连通，所述蓄水单元(100)内设人工浮岛(90)；

-在多级沉淀池的各池底面低洼处开设有排沙进口(72)并在排沙进口(72)底部设置排沙管组(50)，所述排沙管组(50)包括与排沙进口(72)连通的第二排沙管(52)和/或第一排沙管(51)，所述第二排沙管(52)出口端连接第一排沙管(51)，所述第二排沙管(52)与第一排沙管(51)以树状结构形式相连接，所述第二排沙管(52)靠近进口端设有排气管(60)，所述排气管(60)竖直布设且与第二排沙管(52)连通，所述排气管(60)上端口设有第一单向阀(54)，所述第一单向阀(54)开启方向为向外向上方向，所述第一单向阀(54)安装有电信号触发装置，所述第一单向阀(54)关闭动作触发电信号，所述第一排沙管(51)和第二排沙管(52)进口端分别设有第二单向阀(55)，所述第二单向阀(55)阀门开启方向为向内向下方向，所述第二单向阀(55)启闭由延时开关控制，电信号与排气管(60)的第一单向阀(54)关闭动作相关联，所述第一单向阀(54)关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第二单向阀(55)延时开启，所述第一排沙管(51)的出口端为排沙总管口(53)，所述排沙总管(53)管口不设阀门，所述排沙总管口(53)用于将泥沙排入海中；

-蓄水，海水涨潮时海水从海堤越浪进入多级沉淀池，海水经过沉淀池将泥沙沉淀后达到蓄水池(40)蓄水，在涨潮过程中，潮水顺排沙总管口(53)进入排沙管组(50)内，将排沙管组(50)内的空气向第一排沙管(51)和第二排沙管(52)进口处和排气管(60)挤压，使第一排沙管(51)和第二排沙管(52)上的第二单向阀(55)紧闭，且促使压缩空气和潮水沿排气管(60)流动直至推开排气管(60)上的第一单向阀(54)，从排气管(60)管口排出；

-退潮后，人工打开蓄水单元排水管将蓄水单元内水体排出；

-引水，打开进水管(11)将蓄水池(40)内水体引入蓄水单元；

其中，在退潮过程中排沙管组(50)内的潮水退下，第一单向阀(54)在重力作用下关闭，关闭阀门的电信号发出传递到第二单向阀(55)的延时控制开关延时打开第二单向阀(55)。

9.根据权利要求8所述的利用潮汐能的负压排沙装置的排沙方法，其特征是：所述多级沉淀池的各沉淀池底面设有拦沙坎组(70)和排沙进口(72)，所述排沙进口(72)设于所述一级沉淀池(30)和/或二级沉淀池(31)池底面低洼位置，所述拦沙坎组(70)包括长条状的拦沙坎(71)，所述拦沙坎(71)从迎水方向上从低到高布置，所述拦沙坎(71)对称布设于排沙进口(72)两侧呈羽毛状，所述排水口(72)两侧拦沙坎(71)相邻端具有间距，间距范围为30-40cm。

10.根据权利要求8所述的利用潮汐能的负压排沙装置的排沙方法，其特征是：所述蓄水单元(100)底部设有排水管(80)，所述排水管(80)进水端处设有竖直的排气管(60)，所述排气管(60)上端口安装有第四单向阀，所述第四单向阀开启方向为向外向上方向，阀门开度最大70°，阀门近合页端轻，远合页端重，可以在重力作用下自动关闭，所述第四单向阀与排气管(60)进口端连接处设有塑胶凸起，所述第四单向阀安装有电信号触发装置，所述第四单向阀关闭动作触发电信号，所述排水管(80)与蓄水单元(100)连接端口设有第三单向阀，所述第三单向阀开启方向为向内向下方向，第三单向阀最大开度为90°，所述第三单向阀启闭由延时开关控制，电信号与排气管(60)的第四单向阀关闭动作相关联，所述第四单向阀关闭时，发出电信号传递到延时开关控制第三单向阀延时开启。

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