CN115198712B - 一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统及运行方式，系统包括耦合平台、水动力循环模块和控制模块，耦合平台包括若干首尾拼接的耦合平台模块；水动力循环模块的储水装置和导流装置独立布置于耦合平台一端，通过连通装置形成闭合导流回路，进而驱动耦合平台模块顶板上下运动；生态景观通行模块位于耦合平台模块顶板区域；控制模块根据顶板与水位相对高度控制导流装置的启闭状态，进而通过水动力循环模块和水压力传动模块自适应调整耦合平台模块顶板的升降。本发明采用水动力循环模块与水压力传动模块形成闭合的能量充放与传递体系，进而调整耦合平台模块顶板高度，使生态景观通行模块与河湖水面保持相对合理的空间位置。

Description

一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统及运行 方法

技术领域

本发明涉及一种栈道，具体涉及一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统及运行方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

随着城市与水景观、水生态关系的不断发展深化，打造一条重新联系城市与水的水上平台是目前应用广泛的工程措施，水上平台多为固定式栈道与移动式平台组成，前者通过桩基与地基固定，结构稳定，通行安全，缺点是水平面下降后，难以保持景观效果，并且栈道本身缺乏一定绿化生态功能，功能较为单一；后者主要采用浮岛直接漂浮于水面，结构简单，可以种植水生植物，缺点是通行稳定性较差，对于环境复杂的河湖水面适用性较低；还有一些可升降式水上平台，但大多采用电机机械或液压驱动，一方面是能耗较高，且多个平台联动运行效果无法保障、另一方面是结构复杂，后续运维以及检修过程存在困难。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，运用水动力、水循环、多级锁定原理构建能够低碳稳定运行与景观生态功能相结合的耦合平台。

本发明的另一个目的是提供一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统的运行方法。

技术方案：本发明的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，包括耦合平台、水动力循环模块和控制模块，其中，耦合平台包括若干首尾拼接的耦合平台模块；

耦合平台模块包括底板、立柱和顶板，立柱沿耦合平台通行方向设置两排，立柱底部和顶部分别固定在底板和顶板上，立柱作为水压力传动模块，包括压力筒、定位杆和活塞杆，压力筒为空腔圆筒结构，活塞杆设有与定位杆匹配的空腔，定位杆依次穿过压力筒空腔和活塞杆空腔后从活塞杆顶端伸出，压力筒、定位杆和活塞杆同轴设置，压力筒和定位杆的底端均固定在底板上表面，活塞杆底端位于压力筒内部空腔，顶端位于压力筒外部，且活塞杆顶端与顶板固定连接，定位杆伸出端穿过顶板后伸出顶板上表面预设高度；底板布置于开挖基坑底部，顶板上设置有生态景观通行模块，实现景观生态耦合；

水动力循环模块包括储水装置、导流装置、连通装置，储水装置独立布置于耦合平台一端，连通装置布置于各耦合平台模块的底板内部，并和储水装置连接，用于将储水装置和各耦合平台模块的压力筒连通，导流装置布置于连通装置上，用于调节连通装置内部管道开度；

控制模块包括控制器和信号采集器，信号采集器用于采集水位相对于耦合平台的高度信息，控制器根据该高度信息控制导流装置的启闭状态，进而通过水动力循环模块和水压力传动模块自适应调整各耦合平台模块顶板的升降。

优选的，底板上设置有筒槽、杆槽和内槽，筒槽和杆槽设置于底板上端面，筒槽为圆环空腔结构，杆槽为布置于筒槽内侧圆心处的圆形空腔结构，压力筒和定位杆下端分别嵌入筒槽和杆槽内；内槽分布于底板内部，用于布置连通装置。

优选的，顶板包括顶梁和面板，顶梁沿耦合平台同行方向设置于面板下端面两端，活塞杆顶端与顶梁下端面固定连接；

生态景观通行模块设置于面板上，包括浮岛、护栏区、定位区、种植区、通行区，面板上表面从垂直于耦合平台通行方向的两端向中间依次划分为种植区、护栏区、定位区和通行区，种植区为栅格结构，浮岛上端与种植区对应的面板下端面固定连接，浮岛上设置有绿化种植网格，护栏区预留有装配护栏的接口。

优选的，压力筒上还设有连孔、密封环、榫头，连孔为设置于压力筒上端面的通孔结构，连孔内壁端面设置有密封环，榫头为设置于压力筒上端与压力筒外壁相匹配的环形凸起结构。

优选的，活塞杆为“工”字形结构，活塞杆从上至下依次为顶座、连杆、底座，活塞杆能够沿定位杆上下运动并保持紧密贴合状态，其中顶座截面与压力筒外壁一致、连杆截面略小于压力筒上端的连孔，底座截面与压力筒内壁一致，连杆穿过密封环，顶座与顶板固定连接，底座设置于压力筒空腔内，底座圆周面与压力筒内壁贴合匹配，且底座能够在压力筒空腔内上下运动。

优选的，活塞杆还包括减震器和防水膜，减震器下端与压力筒上端面连接固定，上端与活塞杆的顶座连接固定，防水膜下端与压力筒的榫头外侧连接固定，上端与活塞杆的顶座外侧连接固定。

优选的，储水装置内部放置液体，包括压力罐和调压罐，导流装置包括水泵、平衡阀、压力阀和调压阀，连通装置包括第一主管道、第二主管道、副管道和管嘴；

压力罐和调压罐的顶部均设置有平衡阀，两者通过连通装置中的管道连通，该管道段上设置有水泵；第一主管道和第二主管道沿耦合平台通行方向平行布置，第一主管道一端与压力罐连通，两者通过压力阀控制管道开度，进而调节液体流量，另一端依次穿过各耦合平台模块的底板内部，并与底板上与其同侧的压力筒通过管嘴连通；第二主管道一端与调压罐连通，两者通过调压阀控制管道开度，并调节液体流量，另一端依次穿过各耦合平台模块的底板内部，并与底板上与其同侧的压力筒通过管嘴连通；副管道沿耦合平台通行方向垂直布置，两端分别与第一主管道和第二主管道连通，且两端节点分别位于两侧压力筒的下方。

优选的，该系统还包括多级联动定位模块，多级联动定位模块包括设置于顶板上端面的定位装置和联动装置，定位装置包括结构相同的第一定位锁和第二定位锁，联动装置包括第一活动杆、第二活动杆和联杆，第一定位锁和第二定位锁沿耦合平台通行方向布置于顶板上端面的定位槽内，定位槽上方设置挡板，避免定位装置脱离定位槽，联杆平行布置于定位槽内侧；第一定位锁和第二定位锁的铰接端通过弹性片固定连接，自由端分别与定位杆上的定位孔活动连接，第一定位锁的铰接端和第一活动杆的一端铰接固定，第二定位锁的铰接端和第二活动杆的一端铰接固定，第二活动杆的另一端和第一活动杆中部铰接固定，第一定位锁的另一端和联杆铰接固定。

本发明的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统的运行方法，包括以下步骤：

S1、耦合平台处于平衡状态时，耦合平台模块中的面板与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛与水生植物根系处于合适的水环境；

该状态下，储水装置中的压力罐与调压罐的内部液体处于特定的水位，导流装置处于关闭状态，连通装置受导流装置的影响处于隔离状态；水压力传动模块处于平衡状态，即压力筒与连通装置内的液体处于隔离状态，活塞杆处于平衡状态；

S2、耦合平台处于上升状态时，面板与水面距离过近，生态景观通行模块中的浮岛与水生植物根系涉水过深；

首先，在S1平衡状态基础上，开启压力罐与调压罐上部的平衡阀，保持压力罐与调压罐内外气压平衡，开启连通压力罐与调压罐管道上的水泵，将调压罐内的液体泵送至压力罐内，增加压力罐内的液体势能；

而后，关闭水泵与调压罐上部的平衡阀；

其次，开启第一主管道上的压力阀，使得压力罐与第一主管道、第二主管道、副管道、管嘴、压力筒处于连通状态，在液体压力传导与连通器原理作用下，压力筒内液体呈上升趋势，活塞杆在液体压力作用下，沿定位杆向上运动，该过程通过控制压力阀的开度调节液体流量与活塞杆运动状态；

最后，水动力驱动活塞杆上升，直至面板与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛与水生植物根系处于合适的水环境，依次关闭压力罐上部的平衡阀、关闭第一主管道上的压力阀，返回S1平衡状态；

S3、耦合平台处于下降状态时，面板与水面距离过远，生态景观通行模块中的浮岛与水生植物根系涉水过浅；

首先，在S1平衡状态基础上，开启调压罐上部的平衡阀，保持调压罐内外气压平衡；

其次，开启第二主管道上的调压阀，使得调压罐与第一主管道、第二主管道、副管道、管嘴、压力筒处于连通状态，在液体压力传导与连通器原理作用下，压力筒内液体呈下降趋势，活塞杆在上部压力作用下，沿定位杆向下运动，该过程通过调节调压阀的开度控制液体流量与活塞杆运动状态；

最后，水动力引导活塞杆下降，直至面板与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛与水生植物根系处于合适的水环境，依次关闭调压罐上部的平衡阀、关闭第二主管道上的调压阀，返回S1平衡状态。

进一步的，当耦合平台处于平衡状态时，多级联动定位模块处于锁定状态；

当耦合平台处于上升状态时，关闭水泵与调压罐上部的平衡阀后，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；关闭压力罐上部的平衡阀和第一主管道上的压力阀后，控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态；

当耦合平台处于下降状态时，开启调压罐上部的平衡阀，保持调压罐内外气压平衡后，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；关闭调压罐上部的平衡阀和第二主管道上的调压阀后，控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态；

多级联动定位模块锁定方式为：对联杆施加向右的拉力，驱动第一活动杆与第二活动杆发生相对转动，促使第一定位锁与第二定位锁的铰接端发生相对远离运动，该情况下，第一定位锁与第二定位锁的自由端分别进入两端定位杆的定位孔中；

多级联动定位模块解锁方式为：对联杆施加向左的拉力，驱动第一活动杆与第二活动杆发生相对转动，促使第一定位锁与第二定位锁的铰接端发生相对靠近运动，该情况下，第一定位锁与第二定位锁的自由端分别离开两端定位杆的定位孔中，解除第一定位锁、第二定位锁与两端定位杆的嵌入锁定状态，活塞杆恢复可运动状态。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：

本发明以预制构件为基础，采用模块化设计，各模块结构简单，标准化程度高，通过工厂预制与现场装配，可以有效保障结构质量与施工效率，且在后续运行过程中，便于对单个问题模块结构的检修与更换工作；

本发明的水动力循环模块、水压力传动模块利用液体良好的压力传导效应，一是构建了液体导流闭合回路空间，实现了液体的循环往复利用；二是借助液体良好的势能储蓄与调节能力，运用液体势能对活塞杆施加压力，通过导流装置有效调节该过程进度，实现了能源高效利用与节能减排功效；三是基于连通器效应，实现液体势能在多个压力筒内液体压力的均匀分布，有助于多个模块单元的自适应稳定升降运行；

本发明的多级联动定位模块引入了联杆的机械联动效应，通过对联杆施加一侧方向的拉力，即可引导多个模块单元的定位装置与定位杆，完成锁定或解锁功能，该过程配合多个模块单元的压力筒内液体压力的均匀分布，进一步保持系统稳定与通行安全；

本发明的生态景观通行模块以面板为对象进行了合理的功能区域划分，实现了浮岛水生植物种植、通行护栏装配、定位装置安装、景观通行区域的功能空间整合，充分发挥了平台景观通行与生态治理功能的耦合效益。

附图说明

图1是本发明的景观生态耦合系统立体结构示意图；

图2是本发明系统在高水位时的正视结构示意图；

图3是本发明系统在低水位时的正视结构示意图；

图4是本发明的水动力循环模块平面结构示意图；

图5是本发明在高水位时的水压力传动模块正视结构示意图；

图6是本发明在低水位时的水压力传动模块正视结构示意图；

图7是本发明的顶板立体结构示意图

图8是本发明的区域A多级联动定位模块锁定状态放大图；

图9是本发明的区域A多级联动定位模块解锁状态放大图；

图10是本发明的定位杆立体结构示意图；

图11是本发明的生态景观通行模块平面结构示意图；

图中：底板11、立柱12、顶板13、筒槽111、杆槽112、内槽113、压力筒121、定位杆122、活塞杆123、顶梁131、面板132、连孔1211、密封环1212、榫头1213、定位孔1221、顶座1231、连杆1232、底座1233、减震器1234、防水膜1235、储水装置21、导流装置22、连通装置23、液体211、压力罐212、调压罐213、水泵221、平衡阀222、压力阀223、调压阀224、第一主管道231、第二主管道232、副管道233、管嘴234、定位装置41、联动装置42、定位槽411、第一定位锁412、第二定位锁413、弹性片414、第一活动杆421、第二活动杆422、联杆423、浮岛51、护栏区52、定位区53、种植区54、通行区55、植物根系511。

实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明整合传统水上平台功能性和结构性特点，引入景观与生态功能效果，克服水上平台空间位置单一或是运行过程缺乏稳定性问题，运用水动力、水循环、多级锁定原理构建能够低碳稳定运行与景观生态功能相结合的耦合系统。其水动力循环模块的储水装置、导流装置独立布置于耦合平台一侧区域，通过连通装置形成闭合导流回路，进而驱动水压力传动模块的活塞杆沿定位杆在压力筒的闭合空腔内上下运动；多级联动定位模块布置于顶板上端面区域，能够与定位杆连接并锁定活塞杆的运动高度，生态景观通行模块位于顶板区域，包括浮岛和多个功能区域。本发明充分利用液体势能易于储蓄和调节的特点，采用水动力循环模块与水压力传动模块形成闭合的能量充放与传递体系，进而调整顶板高度，配合多级联动定位模块随时锁定该过程中的升降运动，使得生态景观通行模块与河湖水面保持相对合理的空间位置，一是便于通行过程中营造人与水的景观氛围，二是促进浮岛种植过程中的生态发展，三是该运行过程利用水动力、连通器和多级锁定原理，低碳环保、高效稳定，进而打造为与河湖水面自适应匹配的景观生态耦合平台。

如图1至图11所示，一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，包括耦合平台、水动力循环模块和控制模块，其中，耦合平台包括若干首尾拼接的耦合平台模块；其中：

如图1-6所示，耦合平台模块从下至上依次包括底板11、立柱12和顶板13，立柱12沿耦合平台通行方向设置两排，立柱12底部和顶部分别固定在底板11和顶板13上。

底板11为钢筋混凝土块状预制结构，布置于开挖基坑底部，底板11下部布置有齿墙，以提高底板11的稳定能力；底板11上端面布置有筒槽111和杆槽112，筒槽111为圆环空腔结构，对称分布于底板11上端面4个位置，杆槽112为圆形空腔结构，布置于筒槽111内侧圆心处；底板11内部布置有内槽113，内槽113为圆形截面空腔，均匀分布于底板11内部，形成空腔管网结构。

顶板13由顶梁131和面板132组成，顶梁131沿耦合平台同行方向设置于面板132下端面两侧，顶梁131和面板132采用一体化钢筋混凝土预制结构，布置于立柱12上端，顶梁131下端面与立柱12上端面采用焊接或铆接固定。

立柱12为圆筒形结构，布置于底板11上端面，立柱12作为水压力传动模块，一是连接底板11与顶板13，二是通过水压力改变立柱12高度调整顶板13相对于水面的空间位置。

水压力传动模块，即立柱12包括压力筒121、定位杆122和活塞杆123，压力筒121为钢筋混凝土空腔圆筒预制结构，空腔截面为圆形，压力筒121上、下端面与外界环境连通，还包括连孔1211、密封环1212和榫头1213，连孔1211是位于压力筒121上端面的空腔结构，连孔1211内壁端面设置有密封环1212，密封环1212为圆环结构并与压力筒121上端连孔1211固定，榫头1213为与压力筒121外壁相匹配的凸起结构，设置于压力筒121上端面；

定位杆122为钢制圆杆状结构，定位杆122中轴线与压力筒121中心线保持一致，定位杆122底部位于压力筒121内部空腔，上部从连孔1211穿过，位于压力筒121外部，压力筒121底端与底板11上端面的筒槽111连接固定，定位杆122底端与底板11上端面的杆槽112连接固定；

活塞杆123为“工”字形钢制结构，活塞杆123内部设置有与定位杆122匹配的圆截面空腔，活塞杆123从上至下依次为顶座1231、连杆1232、底座1233，三者均为圆柱体结构，采用一体化浇筑成型，三者圆心与定位杆122轴心保持一致，可以沿定位杆122上下运动并保持紧密贴合状态，其中顶座1231位于压力筒121外部，顶座1231截面与压力筒121外壁一致、连杆1232截面略小于压力筒121上端的连孔1211，连杆1232与密封环1212内壁紧密贴合，密封环1212外壁与连孔1211内壁紧密贴合，底座1233位于压力筒121内部空腔，底座1233圆周面与压力筒121内壁贴合匹配，且底座能够在压力筒空腔内上下运动，使得活塞杆123可以在压力筒121内部空腔做稳定的上下路径运动，同时避免压力筒121内的液体211泄漏至外界环境；

活塞杆123还包括减震器1234、防水膜1235，减震器1234下端与压力筒121上端面连接固定，减震器1234上端与活塞杆123的顶座1231连接固定，在活塞杆123上下运动过程中，起到缓冲减震作用；防水膜1235下端与压力筒121的榫头1213外侧连接固定，防水膜1235上端与活塞杆123的顶座1231外侧连接固定，在活塞杆123上下运动过程中，起到防水减蚀作用。

如图1至图4所示，水动力循环模块包括储水装置21、导流装置22、连通装置23，储水装置21独立布置于耦合平台一端，连通装置23布置于各耦合平台模块的底板11内部内槽113形成的空腔管网结构中，并和储水装置21连接，用于将储水装置21和各耦合平台模块的压力筒121连通，导流装置22布置于连通装置23上，用于调节连通装置23内部管道开度；

导流装置22包括水泵221、平衡阀222、压力阀223和调压阀224，布置于连通装置23上，与连通装置23相互连接，控制并调节连通装置23内部管道开度与泵送液体211；

储水装置21内部放置液体211，储水装置21由压力罐212和调压罐213组成，压力罐212和调压罐213为密封结构，由于水动力原理是利用液体211势能，所以压力罐212内的液体211高程需要大于压力筒121的上端面高程，基于该特点，压力罐212可以结合工程地形特点设置于合适高处位置，降低压力罐212建造规模，调压罐213主要是泄压功能，所以调压罐213内的液体211高程需要则小于压力筒121的上端面高程，以便压力筒121内液体211回流至调压罐213，压力罐212和调压罐213顶部设置有平衡阀222，平衡阀222作用是平衡内外气压，压力罐212和调压罐213通过连通装置23中的管道连通，该管道段上设置有水泵221，可以将调压罐213内液体211泵送至压力罐212；

连通装置23为钢制管状结构，连通压力罐212、调压罐213和压力筒121，连通装置23还包括第一主管道231、第二主管道232、副管道233、管嘴234，其中第一主管道231与压力罐212连通，两者通过压力阀223控制管道开度，调节液体211流量，第二主管道232与调压罐213连通，两者通过调压阀224控制管道开度，调节液体211流量，第一主管道231和第二主管道232沿平台通行方向平行布置，管道中心线与压力筒121下端面圆心对应，第一主管道231和第二主管道232在压力筒121空腔截面范围内设置有管嘴234，管嘴234连通第一主管道231、第二主管道232与压力筒31空腔环境，副管道233沿平台通行方向垂直布置，两端节点与压力筒31下端面圆心对应并分别与第一主管道231和第二主管道232连通，副管道233的作用是增加液体211流通路径，避免主管道阻塞后液体211流通阻塞；综上所述，第一主管道231、第二主管道232和副管道233通过底板11的内槽113进行布置，与内槽113形成的空腔管网结构相匹配，通过底板11内部空腔保护，可以有效提升管道使用寿命。

本发明系统还包括控制模块，控制模块包括控制器和信号采集器，信号采集器用于采集水位相对于耦合平台的高度信息，控制器根据该高度信息控制导流装置22的启闭状态，进而通过水动力循环模块和水压力传动模块自适应调整各耦合平台模块顶板13的升降。

本发明系统还包括多级联动定位模块，如图7至11所示，多级联动定位模块包括定位装置41、联动装置42，定位装置41包括第一定位锁412和第二定位锁413，定位装置41布置于面板132上端面的定位槽411内，定位槽411上方设置挡板，避免定位装置41脱离定位槽411，定位装置41两端分别对应定位杆122位置，联动装置42包括第一活动杆421、第二活动杆422和联杆423，联动装置42与定位装置41通过铰接固定；第一定位锁412和第二定位锁413结构相同，镜像分布于定位槽411内，两者自由端为锲形，铰接端通过弹性片414连接固定，第一定位锁412铰接端和第一活动杆421一端通过铰接固定，第二定位锁413铰接端和第二活动杆422一端通过铰接固定，第二活动杆422另一端和第一活动杆421中部通过铰接固定，第一活动杆421另一端和联杆423通过铰接固定，联杆423平行布置于定位槽411内侧，位于面板132上端面，各耦合平台模块共用一个联杆423。

多级联动定位模块的锁定方式为：对联杆423施加向右的拉力，驱动第一活动杆421与第二活动杆422发生相对转动，促使第一定位锁412与第二定位锁413的铰接端发生相对远离运动，该情况下，第一定位锁412与第二定位锁413的自由端进入定位杆122的定位孔1221中，进一步加强活塞杆123的平衡状态，使得平台保持稳定；

多级联动定位模块的解锁方式为：对联杆423施加向左的拉力，驱动第一活动杆421与第二活动杆422发生相对转动，促使第一定位锁412与第二定位锁413的铰接端发生相对靠近运动，该情况下，第一定位锁412与第二定位锁413的自由端离开定位杆122的定位孔1221中，解除第一定位锁412、第二定位锁413与定位杆122的嵌入锁定状态，活塞杆123恢复可运动状态。

本发明系统还包括生态景观通行模块，如图11所示，生态景观通行模块主要位于面板132区域，面板132上部端面从垂直于耦合平台通行方向的两侧，由外侧向内侧依次划分为种植区54、护栏区52、定位区53、通行区55。

生态景观通行模块还包括浮岛51，浮岛51具有网格状水生植物种植环境，布置于面板132下方，沿耦合平台通行方向在面板132外侧下方依次设置，与面板132种植区54对应，其中面板132的种植区54为栅格结构，便于下方浮岛51内培育的植物从栅格空腔生长至面板132上方，提高平台通行过程中的景观功能，植物根系511位于浮岛51下方，与水面接触；种植区54内侧为护栏区52，护栏区52预留有装配护栏的接口，护栏区52内侧为定位区53，多级联动定位模块位于定位区53，定位区53内侧，即面板132中心为通行区55。

本发明的运行方法为：

S1、耦合平台处于平衡状态时，面板132与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛51与水生植物根系511处于合适的水环境；

该情况下，储水装置21中的压力罐212与调压罐213内部液体211处于特定的水位，导流装置22处于关闭状态，连通装置23受导流装置22的影响处于隔离状态；

该情况下，水压力传动模块处于平衡状态，即压力筒121与连通装置23内的液体211处于隔离状态，鉴于液体211的难压缩特性，活塞杆123在承担上部压力的情况下，压力筒121内的液体211可以保持活塞杆123处于平衡状态；

该情况下，多级联动定位模块处于锁定状态；

S2、耦合平台处于上升状态时，面板132与水面距离过近，生态景观通行模块中的浮岛51与水生植物根系511涉水过深；

首先，在S1平衡状态基础上，开启压力罐212与调压罐213上部的平衡阀222，保持压力罐212与调压罐213内外气压平衡，开启连通压力罐212与调压罐213管道上的水泵221，将调压罐213内的液体211泵送至压力罐212内，增加压力罐212内的液体211势能；

而后，关闭水泵221与调压罐213上部的平衡阀222，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；

其次，开启第一主管道231上的压力阀223，此时压力罐212与第一主管道231、第二主管道232、副管道233、管嘴234、压力筒121处于连通状态，由于压力罐212内液体211压力大于压力筒121内液体211压力，在液体211压力传导与连通器原理作用下，压力筒121内液体211呈上升趋势，活塞杆123在液体211压力作用下，沿定位杆122向上运动，该过程通过控制压力阀223的开度调节液体211流量与活塞杆123运动状态；

最后，水动力驱动活塞杆123上升，直至面板132与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛51与水生植物根系511处合适的水环境，依次关闭压力罐212上部的平衡阀222、关闭第一主管道231上的压力阀223、控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态，返回S1平衡状态；

S3、耦合平台处于下降状态时，面板132与水面距离过远，生态景观通行模块中的浮岛51与水生植物根系511涉水过浅；

首先，在S1平衡状态基础上，开启调压罐213上部的平衡阀222，保持调压罐213内外气压平衡；

而后，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；

其次，开启第二主管道232上的调压阀224，此时调压罐213与第一主管道231、第二主管道232、副管道233、管嘴234、压力筒121处于连通状态，由于调压罐213内液体211压力小于压力筒121内液体211压力，在液体211压力传导与连通器原理作用下，压力筒121内液体211呈下降趋势，活塞杆123在上部压力作用下，沿定位杆122向下运动，该过程通过调节调压阀224的开度控制液体211流量与活塞杆123运动状态；

最后，水动力引导活塞杆123下降，直至面板132与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛51与水生植物根系511处合适的水环境，依次关闭调压罐213上部的平衡阀222、关闭第二主管道232上的调压阀224、控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态，返回S1平衡状态。

综上，本发明一是通过水动力循环模块和水压力传动模块构建了液体211导流闭合回路空间，有效避免了液体211溢出外界环境或受外界环境干扰，实现了液体211的循环往复利用，提高了资源利用效率；

二是借助液体211良好的势能储蓄与调节能力，通过导流装置22有效调节液体211势能的充、放过程，有效降低了平台运行过程中的能耗问题，提升了能源利用效率；

三是是基于多个压力筒121之间的连通器效应，保持液体211压力在多个压力筒121空腔内的均匀分布，有助于多个模块单元的自适应稳定运行；

四是引入了联杆423的机械联动效应，通过对联杆423施加一侧方向的拉力，即可引导多个模块单元的定位装置41与定位杆122，完成锁定或解锁功能，该过程配合多个模块单元的压力筒121内液体211压力的均匀分布，能够进一步保证系统稳定与通行安全功能；

五是以面板132为对象进行了合理的功能区域划分，实现了浮岛51水生植物种植、通行护栏装配、定位装置41安装、景观通行区域的功能空间整合，充分发挥了平台景观通行与生态治理功能的耦合效益，具有广阔的发展前景与应用价值。

Claims (10)

1.一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，包括耦合平台、水动力循环模块和控制模块，其中，耦合平台包括若干首尾拼接的耦合平台模块；

耦合平台模块包括底板（11）、立柱（12）和顶板（13），立柱（12）沿耦合平台通行方向设置两排，立柱（12）底部和顶部分别固定在底板（11）和顶板（13）上，立柱（12）作为水压力传动模块，包括压力筒（121）、定位杆（122）和活塞杆（123），压力筒（121）为空腔圆筒结构，活塞杆（123）设有与定位杆（122）匹配的空腔，定位杆（122）依次穿过压力筒（121）空腔和活塞杆（123）空腔后从活塞杆（123）顶端伸出，压力筒（121）、定位杆（122）和活塞杆（123）同轴设置，压力筒（121）和定位杆（122）的底端均固定在底板（11）上表面，活塞杆（123）底端位于压力筒（121）内部空腔，顶端位于压力筒（121）外部，且活塞杆（123）顶端与顶板（13）固定连接，定位杆（122）伸出端穿过顶板（13）后伸出顶板（13）上表面预设高度；底板（11）布置于开挖基坑底部，顶板（13）上设置有生态景观通行模块，实现景观生态耦合；

水动力循环模块包括储水装置（21）、导流装置（22）、连通装置（23），储水装置（21）独立布置于耦合平台一端，连通装置（23）布置于各耦合平台模块的底板（11）内部，并和储水装置（21）连接，用于将储水装置（21）和各耦合平台模块的压力筒（121）连通，导流装置（22）布置于连通装置（23）上，用于调节连通装置（23）内部管道开度；

控制模块包括控制器和信号采集器，信号采集器用于采集水位相对于耦合平台的高度信息，控制器根据该高度信息控制导流装置（22）的启闭状态，进而通过水动力循环模块和水压力传动模块自适应调整各耦合平台模块顶板（13）的升降。

2.根据权利要求1所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，底板（11）上设置有筒槽（111）、杆槽（112）和内槽（113），筒槽（111）和杆槽（112）设置于底板（11）上端面，筒槽（111）为圆环空腔结构，杆槽（112）为布置于筒槽（111）内侧圆心处的圆形空腔结构，压力筒（121）和定位杆（122）下端分别嵌入筒槽（111）和杆槽（112）内；内槽（113）分布于底板（11）内部，用于布置连通装置（23）。

3.根据权利要求1所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，顶板（13）包括顶梁（131）和面板（132），顶梁（131）沿耦合平台同行方向设置于面板（132）下端面两端，活塞杆（123）顶端与顶梁（131）下端面固定连接；

生态景观通行模块设置于面板（132）上，包括浮岛（51）、护栏区（52）、定位区（53）、种植区（54）、通行区（55），面板（132）上表面从垂直于耦合平台通行方向的两端向中间依次划分为种植区（54）、护栏区（52）、定位区（53）和通行区（55），种植区（54）为栅格结构，浮岛（51）上端与种植区（54）对应的面板（132）下端面固定连接，浮岛（51）上设置有绿化种植网格，护栏区（52）预留有装配护栏的接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，压力筒（121）上还设有连孔（1211）、密封环（1212）、榫头（1213），连孔（1211）为设置于压力筒（121）上端面的通孔结构，连孔（1211）内壁端面设置有密封环（1212），榫头（1213）为设置于压力筒（121）上端与压力筒（121）外壁相匹配的环形凸起结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，活塞杆（123）为“工”字形结构，活塞杆（123）从上至下依次为顶座（1231）、连杆（1232）、底座（1233），活塞杆（123）能够沿定位杆（122）上下运动并保持紧密贴合状态，其中顶座（1231）截面与压力筒（121）外壁一致、连杆（1232）截面略小于压力筒（121）上端的连孔（1211），底座（1233）截面与压力筒（121）内壁一致，连杆（1232）穿过密封环（1212），顶座（1231）与顶板（13）固定连接，底座（1233）设置于压力筒（121）空腔内，底座（1233）圆周面与压力筒（121）内壁贴合匹配，且底座能够在压力筒空腔内上下运动。

6.根据权利要求5所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，活塞杆（123）还包括减震器（1234）和防水膜（1235），减震器（1234）下端与压力筒（121）上端面连接固定，上端与活塞杆（123）的顶座（1231）连接固定，防水膜（1235）下端与压力筒（121）的榫头（1213）外侧连接固定，上端与活塞杆（123）的顶座（1231）外侧连接固定。

7.根据权利要求1所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，储水装置（21）内部放置液体（211），包括压力罐（212）和调压罐（213），导流装置（22）包括水泵（221）、平衡阀（222）、压力阀（223）和调压阀（224），连通装置（23）包括第一主管道（231）、第二主管道（232）、副管道（233）和管嘴（234）；

压力罐（212）和调压罐（213）的顶部均设置有平衡阀（222），两者通过连通装置（23）中的管道连通，该管道段上设置有水泵（221）；第一主管道（231）和第二主管道（232）沿耦合平台通行方向平行布置，第一主管道（231）一端与压力罐（212）连通，两者通过压力阀（223）控制管道开度，进而调节液体（211）流量，另一端依次穿过各耦合平台模块的底板（11）内部，并与底板（11）上与其同侧的压力筒（121）通过管嘴（234）连通；第二主管道（232）一端与调压罐（213）连通，两者通过调压阀（224）控制管道开度，并调节液体（211）流量，另一端依次穿过各耦合平台模块的底板（11）内部，并与底板（11）上与其同侧的压力筒（121）通过管嘴（234）连通；副管道（233）沿耦合平台通行方向垂直布置，两端分别与第一主管道（231）和第二主管道（232）连通，且两端节点分别位于两侧压力筒（121）的下方。

8.根据权利要求1所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统，其特征在于，该系统还包括多级联动定位模块，多级联动定位模块包括设置于顶板（13）上端面的定位装置（41）和联动装置（42），定位装置（41）包括结构相同的第一定位锁（412）和第二定位锁（413），联动装置（42）包括第一活动杆（421）、第二活动杆（422）和联杆（423），第一定位锁（412）和第二定位锁（413）沿耦合平台通行方向布置于顶板（13）上端面的定位槽（411）内，联杆（423）平行布置于定位槽（411）内侧；第一定位锁（412）和第二定位锁（413）的铰接端通过弹性片（414）固定连接，自由端分别与定位杆（122）上的定位孔（1221）活动连接，第一定位锁（412）的铰接端和第一活动杆（421）的一端铰接固定，第二定位锁（413）的铰接端和第二活动杆（422）的一端铰接固定，第二活动杆（422）的另一端和第一活动杆（421）中部铰接固定，第一定位锁（412）的另一端和联杆（423）铰接固定。

9.一种权利要求1-8任一项所述基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、耦合平台处于平衡状态时，耦合平台模块中的面板（132）与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛（51）与水生植物根系（511）处于合适的水环境；

该状态下，储水装置（21）中的压力罐（212）与调压罐（213）的内部液体（211）处于特定的水位，导流装置（22）处于关闭状态，连通装置（23）受导流装置（22）的影响处于隔离状态；水压力传动模块处于平衡状态，即压力筒（121）与连通装置（23）内的液体（211）处于隔离状态，活塞杆（123）处于平衡状态；

S2、耦合平台处于上升状态时，面板（132）与水面距离过近，生态景观通行模块中的浮岛（51）与水生植物根系（511）涉水过深；

首先，在S1平衡状态基础上，开启压力罐（212）与调压罐（213）上部的平衡阀（222），保持压力罐（212）与调压罐（213）内外气压平衡，开启连通压力罐（212）与调压罐（213）管道上的水泵（221），将调压罐（213）内的液体（211）泵送至压力罐（212）内，增加压力罐（212）内的液体（211）势能；

而后，关闭水泵（221）与调压罐（213）上部的平衡阀（222）；

其次，开启第一主管道（231）上的压力阀（223），使得压力罐（212）与第一主管道（231）、第二主管道（232）、副管道（233）、管嘴（234）、压力筒（121）处于连通状态，在液体（211）压力传导与连通器原理作用下，压力筒（121）内液体（211）呈上升趋势，活塞杆（123）在液体（211）压力作用下，沿定位杆（122）向上运动，该过程通过控制压力阀（223）的开度调节液体（211）流量与活塞杆（123）运动状态；

最后，水动力驱动活塞杆（123）上升，直至面板（132）与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛（51）与水生植物根系（511）处于合适的水环境，依次关闭压力罐（212）上部的平衡阀（222）、关闭第一主管道（231）上的压力阀（223），返回S1平衡状态；

S3、耦合平台处于下降状态时，面板（132）与水面距离过远，生态景观通行模块中的浮岛（51）与水生植物根系（511）涉水过浅；

首先，在S1平衡状态基础上，开启调压罐（213）上部的平衡阀（222），保持调压罐（213）内外气压平衡；

其次，开启第二主管道（232）上的调压阀（224），使得调压罐（213）与第一主管道（231）、第二主管道（232）、副管道（233）、管嘴（234）、压力筒（121）处于连通状态，在液体（211）压力传导与连通器原理作用下，压力筒（121）内液体（211）呈下降趋势，活塞杆（123）在上部压力作用下，沿定位杆（122）向下运动，该过程通过调节调压阀（224）的开度控制液体（211）流量与活塞杆（123）运动状态；

最后，水动力引导活塞杆（123）下降，直至面板（132）与水面保持合适距离，使得生态景观通行模块中的浮岛（51）与水生植物根系（511）处于合适的水环境，依次关闭调压罐（213）上部的平衡阀（222）、关闭第二主管道（232）上的调压阀（224），返回S1平衡状态。

10.根据权利要求9所述的一种基于河湖水面自适应调整的景观生态耦合系统的运行方法，其特征在于，当耦合平台处于平衡状态时，多级联动定位模块处于锁定状态；

当耦合平台处于上升状态时，关闭水泵（221）与调压罐（213）上部的平衡阀（222）后，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；关闭压力罐（212）上部的平衡阀（222）和第一主管道（231）上的压力阀（223）后，控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态；

当耦合平台处于下降状态时，开启调压罐（213）上部的平衡阀（222），保持调压罐（213）内外气压平衡后，控制多级联动定位模块由锁定状态变为解锁状态；关闭调压罐（213）上部的平衡阀（222）和第二主管道（232）上的调压阀（224）后，控制多级联动定位模块由解锁状态变为锁定状态；

多级联动定位模块锁定方式为：对联杆（423）施加向右的拉力，驱动第一活动杆（421）与第二活动杆（422）发生相对转动，促使第一定位锁（412）与第二定位锁（413）的铰接端发生相对远离运动，该情况下，第一定位锁（412）与第二定位锁（413）的自由端分别进入两端定位杆（122）的定位孔（1221）中；

多级联动定位模块解锁方式为：对联杆（423）施加向左的拉力，驱动第一活动杆（421）与第二活动杆（422）发生相对转动，促使第一定位锁（412）与第二定位锁（413）的铰接端发生相对靠近运动，该情况下，第一定位锁（412）与第二定位锁（413）的自由端分别离开两端定位杆（122）的定位孔（1221）中，解除第一定位锁（412）、第二定位锁（413）与两端定位杆（122）的嵌入锁定状态，活塞杆（123）恢复可运动状态。

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