CN113104988B - 一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，包括潜流湿地渠道；所述潜流湿地渠道分割为多个配水单元格，每个配水单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠，进水管设置在配水渠入口处，潜流湿地进水通过所述进水管进入溢流区，利用水位高差进入集水渠，随后流入配水渠，最后流入湿地单元格内。本发明技术能够有效解决潜流湿地长距离配水时导致湿地单元格出现流量不均匀、水力负荷差别较大等问题，实现各湿地单元的流量均匀分配，尤其表现在进水流量出现波动时，也能保证各单元格进水流量均匀、水力负荷相同，达到最佳处理效果。

Description

一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统

技术领域

本发明涉及渠道配水均匀性技术领域，具体涉及一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统。

背景技术

长距离渠道布水在给排水工程设计领域广泛应用，但人工湿地处理技术中，特别是潜流湿地系统对布水均匀性要求较高，布水不均匀会导致潜流湿地水力负荷出现明显的差别，进而影响其污染物处理效果。

在研究和实践过程中，本发明的发明人发现现有的解决方法中多采用安装流量计和阀门控制。现有方法的主要问题有：①阀门和流量计的安装需要相应的空间，因此潜流湿地布水渠道尺寸将会设计的比较大以满足阀门和流量计的安装；对于用地面积较小或长条形用地而言，将大大压缩潜流湿地的面积、增加水力负荷，降低处理效率。②当水量连续且出现波动时，需要不断地调节阀门的开启度来控制流量。水量变化时，需要不停的计算各单元格的进水流量，难以实现流量准确控制且不停的开启阀门将加速阀门的损坏速度。

发明内容

本发明提供一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，能够有效解决潜流湿地长距离配水时导致湿地单元格出现流量不均匀、水力负荷差别较大等问题，实现各湿地单元的流量均匀分配，尤其表现在进水流量出现波动时，也能保证各单元格进水流量均匀、水力负荷相同，达到最佳处理效果。

为实现上述目的，本发明提供一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，包括潜流湿地渠道；

所述潜流湿地渠道分割为多个配水单元格，每个配水单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠，进水管设置在配水单元格入口处，潜流湿地进水通过所述进水管进入溢流区，利用水位高差进入集水渠，随后流入配水渠，最后流入湿地单元格内。

所述集水渠分为第一集水渠和第二集水渠，两个集水渠入口分别采用多个同一管径的喇叭口进水，第一集水渠和第二集水渠入口的喇叭口数量按一定比例分配设置，比例根据长距离潜流湿地渠道内的配水单元格个数n确定，每个配水单元格内第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量分配依次为1：n-1、1：n-2、…、1:1，第一集水渠和第二集水渠入口的所有喇叭口均设置在同一高度。

所述配水渠分为第一配水渠和第二配水渠，所述第一集水渠和第一配水渠相通，水流通过第一配水渠流入本段湿地单元格，第二集水渠和第二配水渠相通，水流通过第二配水渠流入下游湿地单元格。

本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本发明构造简单、操作方便，运行可靠，仅对传统的矩形渠道进行简单改造：纵向分段、横向及空间上分隔，无需人工操作及运行维护。

(2)本发明实施能耗低、原料省、经济合理、造价节省，且无需增加用地面积、节约空间。

(3)本发明控制精准度高、流量按比例分配，均匀性高，且不受进水量变化的影响，尤其表现在进水流量出现波动时，也能保证各单元格进水流量均匀、水力负荷相同，达到最佳处理效果。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的潜流湿地渠道的平面图。

图2为本发明的潜流湿地渠道的剖面图1。

图3为本发明的潜流湿地渠道的剖面图2。

图4为本发明的潜流湿地渠道的剖面图3。

图5为本发明的潜流湿地渠道的剖面图4。

具体实施方式

一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，包括潜流湿地渠道；

所述潜流湿地渠道分割为多个配水单元格，考虑坡道纵坡的设置，渠道长度较长时坡降较大，导致渠道末端标高较低、渠道较深、水头损失较大，所述单个配水单元格的长度不超过200m，每个配水单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠，进水管设置在配水单元格入口处，潜流湿地进水通过所述进水管进入溢流区，利用水位高差进入集水渠，随后流入配水渠，最后流入湿地单元格内。

所述集水渠分为第一集水渠和第二集水渠，两个集水渠入口分别采用多个同一管径的喇叭口进水，第一集水渠和第二集水渠入口的喇叭口数量按一定比例分配设置。

所述配水渠分为第一配水渠和第二配水渠，所述第一集水渠和第一配水渠相通，水流通过第一配水渠流入本段湿地单元格，第二集水渠和第二配水渠相通，水流通过第二配水渠流入下游湿地单元格，不同渠道分担相应比例的流量，各行其道、互不影响。

所述第一集水渠和第二集水渠入口的所有喇叭口均设置在同一高度，保证所有喇叭口的水位差一致，即控制同一喇叭口过水量相同通过不同数量的同口径喇叭口集水，实现流量按比例分配，从而消除总进水流量出现变化引起湿地单元格布水不均匀、水力负荷差异的影响。使湿地运行稳定，达到最佳处理效果。

所述第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量按比例分配，比例根据长距离潜流湿地渠道内的配水单元格个数n确定，每个配水单元格内第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量分配依次为1：n-1、1：n-2、…、1:1。

运用控制水位和流量的堰流原理，根据薄壁堰具有稳定的水头与流量关系，采用同一管径的喇叭口四周进水形成矩形薄壁堰，控制进水流量进入集水渠道，因此，喇叭口的总数N计算公式为：

L＝πd

其中，Q为水流流量，m为流量系数，b为堰宽，H为堰上水头高度，g为重力加速度，d为喇叭口直径，N为所需喇叭口的总数。

一种长距离潜流湿地渠道均匀配水方法，包括以下步骤：

步骤1、将长距离潜流湿地渠道分为n个配水单元格，单个配水单元格长度不超过200m，每个配水单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠；

步骤2、将集水渠分为第一集水渠和第二集水渠，两个集水渠入口分别采用多个同一管径的喇叭口进水，第一集水渠和第二集水渠入口的喇叭口数量按一定比例分配设置，每个配水单元格内第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量分配依次为1：n-1、1：n-2、…、1:1，所述第一集水渠和第二集水渠入口的所有喇叭口均设置在同一高度，保证所有喇叭口的水位差一致，喇叭口总数N计算公式为：

L＝πd

其中，Q为水流流量，m为流量系数，b为堰宽，H为堰上水头高度，g为重力加速度，d为喇叭口直径，N为所需喇叭口的总数。

步骤3、将配水渠分为第一配水渠和第二配水渠，所述第一集水渠和第一配水渠相通，水流通过第一配水渠流入本段湿地单元格，第二集水渠和第二配水渠相通，水流通过第二配水渠流入下游湿地单元格。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，包括潜流湿地渠道；

本实施例中，所述潜流湿地渠道分割为5个配水单元格，

以本实施例中第一个配水单元格为例，运用控制水位和流量的堰流原理，根据薄壁堰具有稳定的水头与流量关系，采用同一管径的喇叭口四周进水形成矩形薄壁堰，控制进水流量进入集水渠道，因此，喇叭口的总数N计算公式为：

L＝πd

其中，Q为水流流量，m为流量系数，b为堰宽，H为堰上水头高度，g为重力加速度，d为喇叭口直径，N为所需喇叭口的总数。

具体地，本实施例中第一个配水单元格内集水喇叭口口径200mm，长度1.0m，根据薄壁堰流流公式

得出/>

第一个配水单元格中，水流总流量Q＝40000m³/d＝0.46m³/s；堰上水头H＝0.06m；流量系数

则堰宽b＝15.80m；

根据第一个配水单元格内流量分配比例Q1:Q2＝1：4，则堰宽比为b1:b2＝3.16m：12.64m。将堰宽折算成喇叭口周长，喇叭口直径d＝200mm＝0.2m，周长为L＝πd＝0.63m，上述流量比例分配下，所需喇叭口数量n1＝4个，n2＝20个。

最终，第一集水渠内的8000m³/d水量直接进入第一配水渠道中，流入本段湿地单元格；第二集水渠内的32000m³/d水量进入第二配水渠道中，用于下游湿地单元格。

本发明能够有效解决潜流湿地长距离配水时导致湿地单元格出现流量不均匀、水力负荷差别较大等问题，实现各湿地单元的流量均匀分配，尤其表现在进水流量出现波动时，也能保证各单元格进水流量均匀、水力负荷相同，达到最佳处理效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，其特征在于，包括潜流湿地渠道；

所述潜流湿地渠道分割为多个配水单元格，每个单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠，进水管设置在溢流区入口处，潜流湿地进水通过所述进水管进入溢流区，利用水位高差进入集水渠，随后流入配水渠，最后流入湿地单元格内；

所述集水渠分为第一集水渠和第二集水渠，两个集水渠入口分别采用多个同一管径的喇叭口进水，第一集水渠和第二集水渠入口的喇叭口数量按一定比例分配设置；

所述配水渠分为第一配水渠和第二配水渠，所述第一集水渠和第一配水渠相通，水流通过第一配水渠流入本段湿地单元格，第二集水渠和第二配水渠相通，水流通过第二配水渠流入下游湿地单元格；

所述第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量按比例分配，比例根据长距离潜流湿地渠道内的配水单元格个数n确定，从前至后，每个配水单元格内第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量分配依次为1：n-1、1：n-2、…、1:1；

所述第一集水渠和第二集水渠入口的所有喇叭口均设置在同一高度。

2.根据权利要求1所述的长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，其特征在于，所述喇叭口的总数N计算公式为：

L＝πd

其中，Q为水流流量，m为流量系数，b为堰宽，H为堰上水头高度，g为重力加速度，d为喇叭口直径，N为所需喇叭口的总数。

3.根据权利要求1所述的长距离潜流湿地渠道均匀配水系统，其特征在于，单个所述配水单元格的长度不超过200m。

4.一种长距离潜流湿地渠道均匀配水方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将长距离潜流湿地渠道分为n个配水单元格，单个配水单元格长度不超过200m，每个配水单元格内包括进水管、溢流区、集水渠和配水渠；

步骤2、将集水渠分为第一集水渠和第二集水渠，两个集水渠入口分别采用多个同一管径的喇叭口进水，具体为：

第一集水渠和第二集水渠入口的喇叭口数量按一定比例分配设置，每个配水单元格内第一集水渠和第二集水渠的喇叭口数量分配依次为1：n-1、1：n-2、…、1:1，所述第一集水渠和第二集水渠入口的所有喇叭口均设置在同一高度，保证所有喇叭口的水位差一致；

步骤3、将配水渠分为第一配水渠和第二配水渠，所述第一集水渠和第一配水渠相通，水流通过第一配水渠流入本段湿地单元格，第二集水渠和第二配水渠相通，水流通过第二配水渠流入下游湿地单元格。

5.根据权利要求4所述的长距离潜流湿地渠道均匀配水方法，其特征在于，所述步骤2中的喇叭口总数N计算公式为：

L＝πd

其中，Q为水流流量，m为流量系数，b为堰宽，H为堰上水头高度，g为重力加速度，d为喇叭口直径，N为所需喇叭口的总数。

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