CN117888501A - 一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法及系统，属于市政原位筑岛的技术领域。确定清淤面,规划清淤平台的操作区，以所述操作区为中心规划原位筑岛区；创建水流模型，于原位筑岛区内确定岛屿区域边界；布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域；抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。本发明将大尺度脱水干化平台改造为蚁巢岛上的基础设施，作为蚁巢岛上的房屋、道路等，最大化利用原有设施与淤泥价值。

Description

一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法及系统

技术领域

本发明属于市政原位筑岛的技术领域，特别是涉及一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法及系统。

背景技术

清淤是改善湖泊防洪调蓄与生态环境的重要措施，大量的清淤工程不仅耗费大量人力财力，也会对周边环境造成二次污染。淤泥的合理处置一直是亟待解决的难题，现有处置方式中填埋、焚烧等处置方法存在占用大量土地、处置成本高等弊端。如专利CN116479958A为了解决清淤工程带来的问题，提出了原位干化处理的方式，虽然解决降低了运输成本、临时堆泥的问题但是同时也会产生新的问题，如占据湖泊面积。

湖泊原位筑岛可以解决上述问题，但现有的利用淤泥进行湖泊原位筑岛的技术，筑岛区域占据湖泊面积，这势必造成湖泊槽蓄量削减、水面率下降，并会造成二次污染，对城市生态建设发展带来不利影响。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法及系统。

本发明采用以下技术方案：一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，包括以下步骤：

对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。

在进一步的实施例中，所述湖泊淤泥状态信息至少包括：淤泥区的数量m以及淤泥区m的坐标信息集，其中，/>，为淤泥区m内的/>个点的坐标；

所述污染分布状态信息至少包括：污染区的数量f以及污染区f的坐标信息集；，/>为污染区f内的/>个点的坐标。

在进一步的实施例中，所述污染分布情况的获取流程如下：

确定河湖当前的污染源为i，每个污染源存在对应的污染因子；对河湖按区域进行定点采样得到样本集/>，对样本集中的每个元素执行以下步骤：

获取样本c的坐标，记为；将所述样本c按照污染源i进行检测分别得到检测数值/>，采用以下公式计算得到样本c的污染权重值/>：/>；

采用以下公式得到关于区域的污染权重值，k为预先划分的区域编号；

创建污染阈值，根据计算得到关于区域的污染权重值/>分析得到区域k是否为污染空间：若/>，则为污染空间，获取对应区域的坐标信息，并对确定为污染空间的区域赋予新的编号f，f为污染区的数量每新增一次污染空间则累计加一。

在进一步的实施例中，所述清淤面的确定流程如下：

根据淤泥区m的坐标信息集和污染区f的坐标信息集/>确定有效坐标集/>，根据所述有效坐标集/>确定区域面的边界从而得到清淤面；

其中，有效坐标集的确定逻辑如下：

；

，/>为/>个有效点的坐标。

在进一步的实施例中，创建水流模型，于原位筑岛区内确定岛屿区域边界的确定步骤如下：

所述水流模型的公式表达如下：

；

式中，为淤泥的有效孔隙度，/>、/>、/>为淤泥被抽动时湖泊水流动矢量在坐标轴方向上的分量，/>为含淤泥单位时间内的流出量，/>为泥饼单位时间内的流入量；/>为水体的密度，/>、/>为水体在坐标轴方向上的动力粘度分量，/>为水体压力，/>为切应力矢量，为单位质量水体的质量力；

根据上述水流模型模拟出特征断面，根据所述特征断面确定岛屿区域边界。

在进一步的实施例中，所述清淤作业平台的作业流程如下：采用湿式清淤，通过清淤船绞吸去除湖泊淤泥，通过管道或驳船运送至清淤作业平台的调蓄池中；

通过调蓄池过滤杂质得到淤泥泥浆，向所述淤泥泥浆中添加脱水剂、固化剂改善其脱水固化性能；持续深度脱水直至干化形成泥饼/新泥饼。

在进一步的实施例中，圩堤首次堆筑时，圩堤的高度高于湖泊常水位并高出预定深度；所述预定深度为至少50公分。

在进一步的实施例中，所述预定堆叠形式表现为：选定当前堆叠区域，在所述当前堆叠区域将新泥饼以向上伸展、向四周展开的形式层层堆叠，直至堆叠到预定高度后确定下一个堆叠区域；在下一个堆叠区域内重复上述堆叠，如此反复。

在进一步的实施例中，所述污染阈值V的创建公式如下：

；式中，/>为污染源i的预先得到的检测标准值。

一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛系统，用于实现如上所述的湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，包括：

第一模块，被设置为对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

第二模块，被设置为结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

第三模块，被设置为在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

第四模块，被设置为将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

第五模块，被设置为抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。

本发明的有益效果：本发明在清淤处理时不仅仅考虑到了当前存在的淤泥状态，同时还考虑到了湖泊内存在的水质污染情况，提前清淤处理有效防止污染物给后期带来的影响。

并将淤泥处理得到的泥饼利用预设堤坝和堆叠的技术进行原位堆巢，逐步堆岛形成“蚁巢”，堆岛完成后，可将大尺度脱水干化平台改造为蚁巢岛上的基础设施，作为蚁巢岛上的房屋、道路等，最大化利用原有设施与淤泥价值。

附图说明

图1为实施例1的方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示，一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，包括以下步骤：

步骤一、对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

步骤二、结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

步骤三、在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

步骤四、将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

步骤五、抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。蚁巢岛上可建筑的房屋、道路等。

在步骤一中，湖泊淤泥状态信息至少包括：淤泥区的数量m以及淤泥区m的坐标信息集，/>，/>为淤泥区m内的/>个点的坐标。

进一步的，以面积较大的湖泊为例，经勘测发现湖底存在淤泥，且受污染源和周边环境的影响，淤泥为多发且不连续，因此此时m的取值为大于1。若存在3个不同区域的分隔式淤泥，则m=3，对应的坐标信息集为三组，分别为集合，通过坐标集合/>分别描述了不同区域的地理位置。考虑到每个区域的大小不同、地貌形式不同，因此每个集合中的元素各不相同，即/>的取值不同。

需要说明的是，本实施例的勘测技术可以采用不同频率回声测探仪进行测量，主要是考虑到水体中的密度和声速变化很小，因此几乎不产生回波。而淤泥的结

构不像水体那样均匀，因此其回波信号比水体的回波略强，但比容重较大的淤泥界面回波弱；而当信号进入淤泥，特别是硬泥后，信号迅速衰减，无法进一步穿透，也就不能形成回波。因此通过多频回声或者不同频率回声同时测量以提高测量精度，从而得到湖泊水底中的淤泥分布情况。

值得一提的，部分情况下水体被污染但是淤泥尚未发生，或者淤泥将会在未来时间段内产生，即仅通过淤泥勘测并未能做到淤泥的预处理。因此，本实施例在确定清淤面时不仅仅考虑了已经存在的淤泥，同时基于淤泥和污染源分析确定污染分布状态信息，将已经被污染却尚未存在淤泥的地表考虑在内。

故，污染分布状态信息至少包括：污染区的数量f以及污染区f的坐标信息集；，/>为污染区f内的/>个点的坐标。

在进一步的实施例中，污染分布情况的获取流程如下：

确定河湖当前的污染源为i，每个污染源存在对应的污染因子；本实施例中的污染源可以是火电厂、医院、农田、造纸厂、生活污水和农田排水等等。对应的，每个污染源将会存在至少一个污染物，本实施例用污染因子描述污染物与污染源之间的关系。以生活污水和农田排水为例，其污染物则包括氮、磷。再以造纸厂为例，其污染物则包括色素、燃料。因此针对污染源本实施例引入了污染因子/>，以增加污染空间确定的准确性。

对河湖按区域进行定点采样得到样本集，对样本集中的每个元素执行以下步骤：

获取样本c的坐标，记为；将所述样本c按照污染源i进行检测分别得到检测数值/>，采用以下公式计算得到样本c的污染权重值/>：/>；结合上述生活污水和农田排水的举例，检测项目则同时包含了氮含量检测和磷含量检测，因此检测项目与污染因子的数量是相一致的。

采用以下公式得到关于区域的污染权重值，k为预先划分的区域编号；

创建污染阈值，根据计算得到关于区域的污染权重值/>分析得到区域k是否为污染空间：若/>，则为污染空间，获取对应区域的坐标信息，并对确定为污染空间的区域赋予新的编号f，f为污染区的数量每新增一次污染空间则累计加一。

污染阈值V的创建公式如下：；式中，/>为污染源i的预先得到的检测标准值。

根据上述描述，污染空间得到确认但是从空间上分析，不排除污染空间与淤泥区是否存重叠部分，因此需要通过以下步骤进一步分析得到清淤面。

清淤面的确定流程如下：

根据淤泥区m的坐标信息集和污染区f的坐标信息集/>确定有效坐标集/>，根据所述有效坐标集/>确定区域面的边界从而得到清淤面；

其中，有效坐标集的确定逻辑如下：

；

，/>为/>个有效点的坐标。

换言之，若污染空间和淤泥区为包含关系，则按照最大原则进行确定。反之，如果污染空间和淤泥区为部分重叠或者无重叠，则将两个都划分为清淤面。

步骤二中的清淤作业平台的操作区可根据湖泊现场情况进行选址，无需特定选址，操作方便节省空间。清淤作业平台为一种湖泊大尺度清淤原位干化处理工艺中作业平台，为环形或方形钢制平台，平台上布置装配箱式脱水干化池。

而在确定岛屿区域边界时，则需要考虑到水流特性，因为边界的确定是为了给后期堤坝建筑提供所需的位置需求。创建水流模型，于原位筑岛区内确定岛屿区域边界；流模型的公式表达如下：

；

式中，为淤泥的有效孔隙度，/>、/>、/>为淤泥被抽动时湖泊水流动矢量在坐标轴方向上的分量，/>为含淤泥单位时间内的流出量，/>为泥饼单位时间内的流入量；/>为水体的密度，/>、/>为水体在坐标轴方向上的动力粘度分量，/>为水体压力，/>为切应力矢量，为单位质量水体的质量力；

根据上述水流模型模拟出特征断面，根据所述特征断面确定岛屿区域边界。

将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>。需要说明的是，本实施例中的圩堤填筑工艺应满足施工要求，具体如土体分层、土料压实、填筑顺序、填方分段、填土高度等等，具体可参考《堤防工程设计规范GB 50286-2013》。尤其是在圩堤首次堆筑时，圩堤的高度高于湖泊常水位并高出预定深度；所述预定深度为至少50公分。

所述清淤作业平台的作业流程如下：采用湿式清淤，通过清淤船绞吸去除湖泊淤泥，通过管道或驳船运送至清淤作业平台的调蓄池中；

通过调蓄池过滤杂质，如大颗粒石块、草根、树皮等等得到淤泥泥浆，并向所述淤泥泥浆中添加脱水剂、固化剂改善其脱水固化性能；持续深度脱水直至干化形成泥饼/新泥饼。脱水剂可以根据需求进行选择，如污泥脱水剂包括：聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、生物絮凝剂、明矾、石灰、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、氯化铝等。固化剂则可以是石灰、硅酸盐、氯化钙等等。

最后，步骤五中的预定堆叠形式表现为：选定当前堆叠区域，在所述当前堆叠区域将新泥饼以向上伸展、向四周展开的形式层层堆叠，直至堆叠到预定高度后确定下一个堆叠区域；在下一个堆叠区域内重复上述堆叠，如此反复。

通过上述方案，将淤泥处理得到的泥饼原位进行堆筑，不仅仅解决了污染问题和空间占用的问题，同时开增加了空间利用的效果。

实施例2

本实施例公开一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛系统，用于实现实施例1所述的湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，包括：

第一模块，被设置为对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

第二模块，被设置为结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

第三模块，被设置为在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

第四模块，被设置为将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

第五模块，被设置为抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。

Claims (10)

1.一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，包括以下步骤：

对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。

2.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述湖泊淤泥状态信息至少包括：淤泥区的数量m以及淤泥区m的坐标信息集，其中，，/>为淤泥区m内的个点的坐标；

所述污染分布状态信息至少包括：污染区的数量f以及污染区f的坐标信息集；，/>为污染区f内的/>个点的坐标。

3.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述污染分布情况的获取流程如下：

确定河湖当前的污染源为i，每个污染源存在对应的污染因子；对河湖按区域进行定点采样得到样本集/>，对样本集中的每个元素执行以下步骤：

获取样本c的坐标，记为；将所述样本c按照污染源i进行检测分别得到检测数值/>，采用以下公式计算得到样本c的污染权重值/>：/>；

采用以下公式得到关于区域的污染权重值，k为预先划分的区域编号；

创建污染阈值，根据计算得到关于区域的污染权重值/>分析得到区域k是否为污染空间：若/>，则为污染空间，获取对应区域的坐标信息，并对确定为污染空间的区域赋予新的编号f，f为污染区的数量每新增一次污染空间则累计加一。

4.根据权利要求2所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述清淤面的确定流程如下：

根据淤泥区m的坐标信息集和污染区f的坐标信息集/>确定有效坐标集/>，根据所述有效坐标集/>确定区域面的边界从而得到清淤面；

其中，有效坐标集的确定逻辑如下：

；

，/>为/>个有效点的坐标。

5.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，创建水流模型，于原位筑岛区内确定岛屿区域边界的确定步骤如下：

所述水流模型的公式表达如下：

；

式中，为淤泥的有效孔隙度，/>、/>、/>为淤泥被抽动时湖泊水流动矢量在坐标轴方向上的分量，/>为含淤泥单位时间内的流出量，/>为泥饼单位时间内的流入量；/>为水体的密度，/>、/>为水体在坐标轴方向上的动力粘度分量，/>为水体压力，/>为切应力矢量，/>为单位质量水体的质量力；

根据上述水流模型模拟出特征断面，根据所述特征断面确定岛屿区域边界。

6.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述清淤作业平台的作业流程如下：采用湿式清淤，通过清淤船绞吸去除湖泊淤泥，通过管道或驳船运送至清淤作业平台的调蓄池中；

通过调蓄池过滤杂质得到淤泥泥浆，向所述淤泥泥浆中添加脱水剂、固化剂改善其脱水固化性能；持续深度脱水直至干化形成泥饼/新泥饼。

7.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，圩堤首次堆筑时，圩堤的高度高于湖泊常水位并高出预定深度；所述预定深度为至少50公分。

8.根据权利要求1所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述预定堆叠形式表现为：选定当前堆叠区域，在所述当前堆叠区域将新泥饼以向上伸展、向四周展开的形式层层堆叠，直至堆叠到预定高度后确定下一个堆叠区域；在下一个堆叠区域内重复上述堆叠，如此反复。

9.根据权利要求3所述的一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，其特征在于，所述污染阈值V的创建公式如下：

；式中，/>为污染源i的预先得到的检测标准值。

10.一种湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛系统，用于实现如权利要求1至9中任意一项所述的湖泊淤泥干化后原位堆筑蚁巢岛方法，包括：

第一模块，被设置为对清淤湖泊进行勘测获取湖泊淤泥状态信息，结合淤泥和污染源分析得到污染分布状态信息；根据所述湖泊淤泥状态信息和污染分布状态信息确定清淤面；

第二模块，被设置为结合清淤湖泊的形态特征规划清淤平台的操作区，以所述操作区/>为中心规划原位筑岛区/>；创建水流模型，于原位筑岛区/>内确定岛屿区域边界；

第三模块，被设置为在所述操作区内布设清淤作业平台，利用所述清淤作业平台将湖泊淤泥处理成泥饼；

第四模块，被设置为将泥饼按照岛屿区域边界进行堆筑，形成圩堤；所述圩堤为首尾相连，围成的区域为筑岛主区域，其中，/>；

第五模块，被设置为抽出筑岛主区域内的湖水，并经清淤作业平台产生新泥饼；将新泥饼按照预定堆叠形式堆叠至筑岛主区域/>内，逐层搭建形成蚁巢状岛屿。