CN114703920A - 海岸风沙防治系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海岸风沙防治系统及其控制方法，海岸风沙防治系统包括风力抽水装置、储水供水装置和喷水装置。风力抽水装置用于通过风力抽取海水；储水供水装置与风力抽水装置连通，以用于储存和供给海水；喷水装置与储水供水装置连通，以用于喷洒海水来抑制风沙；其控制系统是通过风沙撞击传感器来控制喷水装置工作。本发明提供了一种基于海水浇灌的网格化海岸风沙防治系统，充分利用海岸风力和海水资源，既节约能源，又能构建海岸风车景观，提高了海岸风沙的治理效率。

Description

海岸风沙防治系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风沙治理系统技术领域，尤其涉及一种海岸风沙防治系统及其控制方法。

背景技术

我国沿海地区尤其华南海岸风沙活动强烈，现代海岸风沙活动区面积高达2.378×10⁵hm²，风沙海岸长度约300km，是全球海岸风沙十分活跃的国家。海岸风沙防治是一项涉及海洋工程、风沙工程、空气动力、植物生态等学科于一体的世界性难题。海岸风沙活动不仅具有一般风沙运动的共同规律，同时还因其独特的海洋环境特征，加之潮汐作用、海浪冲刷和台风威胁、以及海水对防护工程的浸蚀作用，使得海岸风沙防治研究和工程实践遇到更加复杂的情况和更多的困难。

19世纪末，里海东岸铁路风沙灾害问题防治是海岸风沙防治的发端。此后各沿海国家纷纷开始开展海岸风沙防治工作。澳大利亚的海岸风沙防治主要采取构筑前丘、沙丘固定和沙丘人工植被建立等三方面；美国固定海岸流沙的方法主要是先采用沙栅降低风速，堆积流沙形成前丘，然后再种植植被固沙；英国采用覆盖草皮和灌木植被、种植海滩沙生植物的方式，治理滩面风沙；日本采用覆网法、埋设立式沙障、防沙栅等方式，固定沙面后种植植被，先障后草，以草代障。

目前，海岸风沙防治中有采用海水加湿防风固沙的方式，但这种方式需要耗费大量的电能来进行抽水、供水等，资源浪费严重。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种海岸风沙防治系统及其控制方法，旨在充分利用海岸风力和海水资源，减少浪费。

为实现上述目的，本发明提出一种海岸风沙防治系统，包括：

风力抽水装置，用于通过风力抽取海水；

储水供水装置，与所述风力抽水装置连通，以用于储存和供给海水；以及

喷水装置，与所述储水供水装置连通，以用于喷灌海水到滩面以及喷淋海水至空中来抑制风沙。

可选地，所述海岸风沙防治系统还包括：

风沙撞击传感器，安装于滩面一定高度，以用于检测风沙撞击信号；以及

控制装置，所述控制装置与所述风沙撞击传感器、所述储水供水装置、所述喷水装置分别电连接；所述控制装置，用于根据所述风沙撞击信号控制所述储水供水装置和所述喷水装置工作。

可选地，所述风力抽水装置包括竖井、活塞泵和风车，所述竖井挖设于海岸沙滩陆域后方并连通海水，所述竖井上端设有连通所述储水供水装置的出水口，所述活塞泵设于所述竖井内，所述风车设于所述竖井上方并与所述活塞泵驱动连接，以用于驱动所述活塞泵做往复式运动，以抽取所述竖井中的海水至所述出水口流入至所述储水供水装置中。

可选地，所述风车包括本体及设于所述本体上的尾舵和多片风叶，所述风叶的齿轮套设有第一轮轴，所述第一轮轴通过传输皮带与第二轮轴连接，所述第二轮轴与所述活塞泵的拉杆通过传动杆连接。

可选地，所述喷水装置包括布设于海滩干滩滩面的喷灌网格管道，所述喷灌网格管道包括多条沿滩面横向间隔布置的横向喷灌管道和多条沿滩面纵向间隔布置的纵向喷灌管道。

可选地，相邻的两所述横向喷灌管道平行岸线设置且间距为5～15m；相邻的两所述纵向喷灌管道垂直岸线设置且间距为40～60m。

可选地，所述喷水装置还包括至少一条悬空喷淋管道，所述悬空喷淋管道架设于干滩外缘上方。

可选地，所述喷灌网格管道开设有多个间隔设置的喷灌口；或者

所述悬空喷淋管道上均安装有喷淋头。

可选地，所述喷灌网格管道上相邻的两喷灌口的间距为20～40cm；

所述悬空喷淋管道上相邻的两喷淋头的间距为10～30cm。

为了实现上述目的，本发明还提出一种海岸风沙防治系统的控制方法，基于如上所述的海岸风沙防治系统，包括以下步骤：

检测海岸风沙撞击，并生成风沙撞击信号；

在接收到所述风沙撞击信号时，打开储水供水装置的出水阀，以供水至喷水装置；

开启所述喷水装置；

在持续预设时间内未接收到所述风沙撞击信号时，关闭所述储水供水装置和喷水装置。

在本发明的技术方案中，该海岸风沙防治系统包括风力抽水装置、储水供水装置和喷水装置，风力抽水装置用于通过风力抽取海水；储水供水装置与风力抽水装置连通，以用于储存和供给海水；喷水装置与储水供水装置连通，以用于喷灌海水到滩面或喷淋海水至空中来抑制风沙。如此，充分利用海岸风力和海水资源，既节约能源，又能构建海岸风车景观，提高了海岸风沙的治理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明海岸风沙防治系统一实施例的应用场景图；

图2为本发明海岸风沙防治系统一实施例的原理图；

图3为本发明海岸风沙防治系统的控制方法一实施例的流程示意图；

图4为本发明海岸风沙防治系统的控制方法一实施例的控制原理图。

附图标号说明：

10、风力抽水装置；20、储水供水装置；30、喷水装置；40、控制装置；50、风沙撞击传感器；11、竖井；12、活塞泵；13、风车；11a、出水口；131、本体；132、尾舵；133、风叶；31、横向喷灌管道；32、纵向喷灌管道；33、空中喷淋管道；311、喷灌口；21、过滤网。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种海岸风沙防治系统。

参照图1及图2，在本发明一实施例中，该海岸风沙防治系统包括风力抽水装置10、储水供水装置20和喷水装置30。风力抽水装置10用于通过风力抽取海水；储水供水装置20与风力抽水装置10连通，以用于储存和供给海水；喷水装置30与储水供水装置20连通，以用于喷灌海水到滩面或者喷淋海水至空中来抑制风沙。

本实施例中，风力抽水装置10可包括风车或风力发电机、竖井、抽水泵等，或其他能够通过风力抽取海水的装置，此处不做限定。

本实施例中，储水供水装置20可包括储水箱，储水箱可设置于高处，以利用重力供水，减少能耗。

本实施例中，喷水装置30可包括多条喷水管道，喷水管道可铺设于海滩滩面，也可架设在空中，此处不限。

在本发明的技术方案中，该海岸风沙防治系统包括风力抽水装置10、储水供水装置20和喷水装置30，风力抽水装置10用于通过风力抽取海水；储水供水装置20与风力抽水装置10连通，以用于储存和供给海水；喷水装置30与储水供水装置20连通，以用于喷灌海水到滩面或者喷淋海水至空中来抑制风沙。如此，充分利用了海岸风力资源，既节约能源，又能构建海岸风车13景观，同时提高了治理海岸风沙的效率。

参考图1及图2，在一实施例中，海岸风沙防治系统还可包括控制装置40和风沙撞击传感器50，风沙撞击传感器50安装于滩面一定高度，以用于检测风沙撞击信号；控制装置40与风沙撞击传感器50、储水供水装置20、喷水装置30分别电连接；控制装置40，用于根据风沙撞击信号控制储水供水装置20和喷水装置30工作。

本实施例中，可设置两个风沙撞击传感器50，一个风沙撞击传感器50可安装于海滩中部后滨开敞区域，距离滩面10cm高处，用以接收干滩起动风沙的撞击动能，另一个可安装于海滩干滩外边缘位置，亦距离滩面10cm高处，以便于第一时间接收到潮间带起动风沙的撞击。

本实施例中，喷水装置30与储水供水装置20之间的连接管可设置有供水阀门，供水阀门可与控制装置40连接，控制装置40可以根据风沙撞击传感器50检测的风沙撞击信号来控制供水阀门的通断，以启动或关闭喷水装置30，以在风沙来临时拦截捕获来自于潮间带的风沙。如此，可以实现自动监测风沙并开启喷水装置30来治理风沙，进一步地减少了资源浪费。

需要说明的是，风沙撞击传感器50可安装在距离滩面10cm左右高度处，以提供风沙撞击检测的准确性。

为了进一步地利用海岸风力资源，参考图1，在一实施例中，风力抽水装置10可包括竖井11、活塞泵12和风车13，竖井11挖设于海岸沙滩陆域后方并可通过导水管连通海水，导水管的进水端可设置过滤装置，以过滤海水中的杂物，竖井11上端设有连通储水供水装置20的出水口11a，活塞泵12设于竖井11内，风车13设于竖井11上方并与活塞泵12驱动连接，以用于驱动活塞泵12做往复式运动，以抽取竖井11中的海水至出水口11a流入至储水供水装置20中。

参考图1，本实施例中，风车13可包括本体131及设于本体131上的尾舵132和多片风叶133，风叶133的齿轮套设有第一轮轴，第一轮轴通过传输皮带与第二轮轴连接，第二轮轴与活塞泵12的拉杆通过传动杆连接。

该风力抽水装置10的主要动力源为风力，尾舵132用于控制风叶133的受风方向，风叶133受风力作用后，经过风车13的齿轮带动第一轮轴转动，经传输皮带传动至第二轮轴，第二轮轴带动传动杆运动，传动杆驱动活塞拉杆做活塞运动，控制往复式活塞泵12运动，活塞泵12抽取竖井11中的海水经上方出水口11a通过管道输入储水箱。

其中，储水箱一定高度处可设置导流管，避免储水箱体内水满溢出，将过多的水量引导到竖井11，同时保持储水箱中的水体有足够的存水量。本实施例中，根据海滩干滩面积来确定储水量，铺设喷灌管网的干滩面积每1000m²对应的储水量应不低于8m³。此外，储水箱下部可垫置过滤网21，以用于过滤抽取海水中的杂质。

参考图1，在一实施例中，喷水装置30可包括布设于海滩干滩滩面的喷灌网格管道，喷灌网格管道包括多条沿滩面横向间隔布置的横向喷灌管道31和多条沿滩面纵向间隔布置的纵向喷灌管道32。如此，可在节约能源的同时，进一步地提升风沙治理效果。

为了进一步地提升风沙治理效果，参考图1，在一实施例中，相邻的两横向喷灌管道31平行岸线设置且间距可为5～15m，优选为10m。其中，若最后一条间隔不足5m，则不再布设，若大于5m，则增加布设。

进一步地，相邻的两纵向喷灌管道32垂直岸线设置且间距可为40～60m，优选为50m。

在一实施例中，喷水装置30还可包括至少一条悬空喷淋管道，悬空喷淋管道架设于干滩外缘上方。如此，可极大地提升风沙治理效果。

本实施例中，喷灌网格管道可开设有多个间隔设置的喷灌口311；或者悬空喷淋管道上可安装有喷淋头。

进一步地，参考图1，喷灌网格管道上相邻的两喷灌口311的间距可为20～40cm，优选为30cm；悬空喷淋管道上相邻的两喷淋头的间距可为10～30cm，优选为20cm。

本实施例中，悬空喷淋管道距离滩面高度可设置为35cm，每隔20cm设置一个喷淋头，喷淋方向朝下，以避免风沙堵塞喷淋头。

本发明还提出一种海岸风沙防治系统的控制方法，基于如上所述的海岸风沙防治系统，参考图3和图4，该控制方法包括以下步骤：

S10、检测海岸风沙撞击，并生成风沙撞击信号；

S20、在接收到所述风沙撞击信号时，打开储水供水装置的出水阀，以供水至喷水装置；

S30、开启所述喷水装置；

S40、在持续预设时间内未接收到所述风沙撞击信号时，关闭所述储水供水装置和喷水装置。

本实施例中，自动控制系统控制储水供水装置和喷水装置工作，控制装置40控制储水供水装置20的主供水管上的电动阀门，通电时打开阀门进行供水，为干滩滩面喷灌网络供水，断电时闭合阀门断水。

本实施例中，海岸风沙通过风沙撞击传感器50来进行实时监测，风沙撞击传感器50的数量可为一个、两个或多个。为了达到较好的风沙监测效果，并节省成本，下面将以采用两个风沙撞击传感器50为例进行阐述，并不限定其数量。

第一风沙撞击传感器50可安装于海滩中部后滨开敞区域，距离滩面10cm高处，用以接收干滩起动风沙的撞击动能，风沙撞击传感器50将风沙撞击信号传输给连接的控制装置40。

第二风沙撞击传感器50可安装于海滩干滩外边缘位置，亦距离滩面10cm高处，以便于第一时间接收到潮间带起动风沙的撞击，为干滩外边缘位置上方的悬空式喷淋管道供水电源系统提供判断信号。

当受到风沙撞击时，控制装置40接收到风沙撞击信号(也即供电信号)，控制储水供水装置20通电，打开储水供水装置20的电动出水阀，将海水供给给喷水装置30，同时开启喷水装置30；当持续预设时间内风沙撞击传感器50未受到撞击，控制装置40接收到断电信号，则自动控制电动出水阀转为断电状态，关闭储水供水装置20和喷水装置30。

本实施例中，预设时间可为5分钟，此处不限。需要说明，当持续5分钟未检测到风沙撞击时，说明此时风沙已停止或被防治住，此时需关闭海岸风沙防治系统，以节省资源。

值得一提的是，强风区海岸滩面风沙活动剧烈，在海岸后方通过植被或者阻沙栅栏的风沙治理方式属于“治标不治本”，风沙灾害的主要关键在于风吹动了表层沉积物，因此抑制风对滩面沉积物的搬运，可以“治其本”。强风海岸最丰富的资源莫过于海水和海风，本发明充分利用这两种天然资源来达到抑制风沙的治本目的。本发明具有以下优点：

1、提出“以风力治风沙”的思路，充分利用海岸风力资源，通过风车抽水装置10来汲取近岸海水，形成取水装置的动力自我维持系统，既节约了能源，又构建了海岸风车13景观。

2、提出“增加含水率，降低输沙率”的思路，采用海水的滩面喷淋作用，形成滩面饱和层来抑制滩面风沙起动和风沙流发育。表层湿度对风沙运动的影响研究最早可追溯至20世纪30年代，试验表明，1.68％以下的低湿度对滩面输沙率几乎没有影响(Wiggs&Baird，2004)；当沙粒含水率从0％增加至4-6％时，临界起沙风速相应增大；当含水率达到8-10％时，沙粒表面趋于饱和，风沙活动近乎停止。

3、化整为零，分块化治理。网格化的滩面条带浇灌设计，切割了物源区面积、减小了有效风区长度，有利于压制风沙流的成长。滩面沉积物在风的吹动下开始搬运，形成风沙流，在充足的物源区和风区条件下，风沙流沿风向充分发育成长至饱和状态，风区长度越短则风沙流越不发育。本发明通过网格化方式在滩面上布设喷淋管道，切割压缩了每一网格内的实际风区长度，可有效减小风沙流。同时，管道喷淋作用形成的全饱和滩面条带和水流，可以捕获途经滩面的风沙，经过滩面喷淋网络的多层拦截，可有效将风沙截留在滩面上。

4、潮间带风沙，起始端拦截。潮间带受潮汐交替淹没作用影响，低潮时由于阳光照射的蒸发和风力的风干作用，是风沙的主要来源区，因此在沿干滩外缘一定高度布设一条横向喷淋管，形成一道无缝水幕，捕获潮间带向陆搬运的风沙。喷淋头高度设置为距离滩面35cm处，要求喷头向下，以捕获大部分来自于潮间带向岸搬运的风沙。

5、利用风沙撞击传感器50作为电力控制系统的切换信号源，控制喷灌供水管的开关阀门。滩面风沙起动的起动、搬运是多因素作用的复杂结果，利用单一因素如风速、滩面含水率、日照强度、滩面坡度、温度等单一传感器来控制的话，每个因素的阈值在不同海岸环境下差别迥异，难以起到控制效果。风沙起动和搬运是多因素综合作用后的直接反应，直接表现为风沙的撞击，因此利用风沙撞击传感器50可以有效地控制是否供水喷淋。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种海岸风沙防治系统，其特征在于，包括：

风力抽水装置，用于通过风力抽取海水；

储水供水装置，与所述风力抽水装置连通，以用于储存和供给海水；以及

喷水装置，与所述储水供水装置连通，以用于喷洒海水来抑制风沙。

2.如权利要求1所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述海岸风沙防治系统还包括：

风沙撞击传感器，安装于滩面一定高度，以用于检测风沙撞击信号；以及

控制装置，所述控制装置与所述风沙撞击传感器、所述储水供水装置、所述喷水装置分别电连接；所述控制装置，用于根据所述风沙撞击信号控制所述储水供水装置和所述喷水装置工作。

3.如权利要求1所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述风力抽水装置包括竖井、活塞泵和风车，所述竖井挖设于海岸沙滩陆域后方并连通海水，所述竖井上端设有连通所述储水供水装置的出水口，所述活塞泵设于所述竖井内，所述风车设于所述竖井上方并与所述活塞泵驱动连接，以用于驱动所述活塞泵做往复式运动，以抽取所述竖井中的海水至所述出水口流入至所述储水供水装置中。

4.如权利要求3所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述风车包括本体及设于所述本体上的尾舵和多片风叶，所述风叶的齿轮套设有第一轮轴，所述第一轮轴通过传输皮带与第二轮轴连接，所述第二轮轴与所述活塞泵的拉杆通过传动杆连接。

5.如权利要求1所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述喷水装置包括布设于海滩干滩滩面的喷灌网格管道，所述喷灌网格管道包括多条沿滩面横向间隔布置的横向喷灌管道和多条沿滩面纵向间隔布置的纵向喷灌管道。

6.如权利要求5所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，相邻的两所述横向喷灌管道平行岸线设置且间距为5～15m；

相邻的两所述纵向喷灌管道垂直岸线设置且间距为40～60m。

7.如权利要求5所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述喷水装置还包括至少一条悬空喷淋管道，所述悬空喷淋管道架设于干滩外缘上方。

8.如权利要求7所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述喷灌网格管道开设有多个间隔设置的喷灌口；或者

所述悬空喷淋管道上安装有喷淋头。

9.如权利要求8所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，所述喷灌网格管道上相邻的两喷灌口的间距为20～40cm；

所述悬空喷淋管道上相邻的两喷淋头的间距为10～30cm。

10.一种海岸风沙防治系统的控制方法，基于如权利要求1～9任一项所述的海岸风沙防治系统，其特征在于，包括以下步骤：

检测海岸风沙撞击，并生成风沙撞击信号；

在接收到所述风沙撞击信号时，打开储水供水装置的出水阀，以供水至喷水装置；

开启所述喷水装置；

在持续预设时间内未接收到所述风沙撞击信号时，关闭所述储水供水装置和喷水装置。

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