CN1185388C - 大面积水体的防污、减污方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单、独特，效果明显，费用低廉的大面积水体的防污(淤)、减污(淤)的隔离方法。本发明技术方案对不同性质的水体进行隔离，形成单一水体流动带，不允许污水与大面积水体相互掺混，人工控导污水，使之集中通过单一水体流动带排泄出被保护水体，从而净化大面积水体，这种方法不需要生物化学添加剂。本发明可用于对大面积水体中不同性质水体进行隔离，使得进入大面积水体的污(浑)水自源头经单一水体流动带，直接排出大面积水体。

Description

大面积水体的防污、减污方法

                         技术领域

本发明涉及一种环境保护的方法，更具体地说，是涉及一种对江河、湖泊、水库等大面积水域中的污(浑)水带进行隔离的方法。

                         背景技术

随着人口的不断增加，工农业生产的飞速发展，人类赖以生存的水环境不断恶化，表现为：污水源源不断汇入江河湖库等大面积水域，使得水质变差，时刻威胁着广大人民群众的身体健康；泥沙俱下，不断淤积，湖泊萎缩，影响行洪和航运效益的发挥。目前，对水环境的修复技术主要集中在：(1)兴建污水处理厂，从源头上控制和减少污水量。这一技术对点源污染无疑是有效的，但对于农药，化肥等面源污染及泥沙淤废等问题的解决是无能为力的。(2)采用湿地生态技术，利用植物对污染物的吸附作用，减少污染水体的有机物含量，从而净化水体。(3)人工引入大量清水稀释污水或加入其他化学生物试剂以改善水质。这几种方法都有一定的局限，使得大面积水体的防污、减污工作，要么非常昂贵，要么收效甚微，要么具有一定的副作用。总而言之，目前国内外对大面积水体污染治理方法是：先允许污水污染大面积水体，然后寻找各种措施治理之。

例如，太湖、滇池和武汉东湖是我国水污染最严重的湖泊，二十世纪九十年代以来，国家集中财力投资数百亿元，采用上述种种方法治污，然而水质仍然没有从根本上改善的迹象。由于泥沙淤积，洞庭湖对长江洪水的调控能力不断减弱。又如向北京供水的官厅水库，由于泥沙淤积和间歇性的污染水源，形成一粒老鼠屎，打坏一锅汤的局面，导致官厅水库已丧失饮引水功能，国家不得不投巨资以改善水质，从源头治污。再如黄骅港，风浪掀起的泥沙，年年淤积航道，为保障航运通畅，不得不花巨资清淤疏浚。黄河下游亦然，由于沙多水少，河宽流缓，造成沙停河涨，形成地上“悬河”，成为中华民族的心腹大患。

                         发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，对上述问题提供一种简单、独特，效果明显，费用低廉的大面积水体的防污(淤)、减污(淤)的隔离方法，即：不允许污水与大面积水体相互掺混，人工控导污水，使之集中通过单一水体流动带排泄出被保护水体，从而净化大面积水体。自然地，这种方法不需要生物化学添加剂。

本发明大面积水体的防污、减污的方法，通过下述技术方案对不同性质的水体进行隔离，形成单一水体流动带，在水体较深或具有较小横向作用力的水体处设置柔性隔水幕，所述柔性隔水幕由多个单位柔性隔水幕互相错开搭接组成，所述柔性隔水幕下端加筋处理并在其下端设置重坠体和锚固系统；在水体较浅或具有中等横向作用力的水体处设置柔性隔水墙，所述柔性隔水墙为两端密闭并设置充注水孔和锚固系统的柔性水管；在具有大横向作用力或需承受一定水力压差的水体处设置硬性隔水体；通过上述三种隔水体的组合，构造单一水体流动带，在大面积水体中对不同性质水体进行隔离。

所述柔性隔水幕主体为密度小于水的薄膜。所述柔性隔水幕主体为密度略大于水的薄膜，薄膜设置有助浮设施，由重坠体和锚固系统将隔水幕置于指定线路。所述柔性水管设置有多个孔。所述柔性水管设置孔以充泄水管内的水并有锚固系统，应力集中处需加筋，以增加柔性水管的承载能力。所述单一水体流动带为在大面积水体中建造的污(浑)水流动带，其污(浑)清水或动静水体的交界面由上述三种隔水体隔离，从而实现清污分流。

本发明大面积水体的防污(淤)、减污(淤)的方法与现有技术相比较的有益效果是：

1.环湖污水流动带通过选择性引清净水入湖泊，高浓度排污(浑)水出湖泊，可大大降低治污成本，提高湖泊治污效果，有效保护湖泊水质；

2.利用水库内的排污(浑)流动带，解决了“清污合流，统蓄统泄，影响水质”的难题；

3.利用隔水体对水流实施软约束，逐步逼使水流集中拉槽，增加流速，增大水流冲沙能力，可达到河道清淤的效果；

4.通过对航道两侧设置柔性隔水体，航道可以取得事半功倍的减淤功效。

                             附图说明

图1为柔性隔水幕的剖面示意图；

图2为柔性隔水幕咬合示意图A；

图3为柔性隔水幕咬合示意图B；

图4为柔性隔水管剖面图。

                           具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1中将单个柔性隔水幕主体1的下端加筋处理，以加强抗剪能力，在柔性隔水幕主体1下端设置重坠体2，重坠体2由锚固系统3与泥面相连，将柔性隔水幕固定在指定位置。使用时将上述多个单位柔性隔水幕主体1互相错开搭接形成柔性隔水幕。柔性隔水幕主体1通常为密度小于水的薄膜，也可以使用密度略大于水的薄膜，薄膜上端设置有助浮设施，例如气囊或浮标等。柔性隔水幕的高度略高于所处水体的深度。它由重坠体2及锚固系统3固定在指定的线路上。隔水幕下面固定，上面可随流飘动，尤如树木青草可随风摇曳一般。重坠体2的重量，锚固系统3锚固体的疏密和单个隔水幕的长度等参数应根据不同实际情况下的受力，以隔水幕能牢固地固定在指定线路为原则，根据国家标准规范加以确定。水流的冲击力可按1726年牛顿提出的冲击力公式估算：

$F=C_{d}A\frac{{\mathrm{\ρV}}^2}{2}---\left(1\right)$

式中C_d为绕流系数，A为隔水幕在流向方向上的投影面积，ρ为流体密度，V为来流速度。而柔性幕的抗冲能力计算公式为：

F_d＝fLW+nF_M    (2)式中F_d为抗冲阻力；f为重坠体与泥面的摩擦阻力系数；L为单个柔性幕的长度；W为单位长度上柔性幕的水下重量；n为单个柔性幕上锚固体的个数；F_M为每个锚固体的承载力。

为保证柔性幕不被水体冲走，柔性隔水幕的水下重量(包括重坠体2的水下重量)与每个柔性隔水幕所具有的锚固体个数应满足

F_d≥mF    (3)

m为安全系数，按国家规范确定。

重坠体为任何密度大于水的单个重坠物或者连续的重坠物，如鱼网所用的重坠物及钢索等。

锚固系统锚固体为任何能使漂浮物固定的锚体，如船只所使用的铁锚或类似膨胀镙丝般的短桩等。

柔性幕、重坠体及锚固系体的联接形式为任何可使三者相互咬合而不致柔性幕受损的联接。推荐两种咬合形式，如图2所示：重坠物2为混凝土长方体，可将柔性隔水幕主体1的下端预先浇注其中，也可由两个长方体将柔性隔水幕主体1的下端夹起固定。锚固系统3将长方体混凝土固定于泥面，锚固系统3可以由铁链和锚组成，如采用铁链和锚作为锚固系统，一般应在柔性幕两侧同时设置铁链和锚；另一种形式如图3所示：重坠物2为钢索式重坠物，由加固筋4将柔性幕主体1与重坠物2即钢索式重坠物相连接，将钢索式重坠物与锚固系统相连，锚固系统3可以由铁链和锚组成，如采用铁链和锚作为锚固系统，一般应在柔性幕两侧同时设置铁链和锚。

一道长长的柔性隔水幕由许多单个的隔水幕互相错开搭接而成。隔水幕下端连接重坠体的等受力集中地方应作加强处理，以增强抗剪、耐磨强度、达到延长寿命的目的。柔性隔水幕一般适用于水深大于2米的水体的直线段或微弯段，根据需要可设置多道隔水幕也加强对不同性质水体的隔离。轻质薄膜浮于水体之中，形成一道竖向柔性幕，竖立着的柔性幕将阻止污水或含沙水体向清洁水体的扩散，锚固系统的作用在于固定柔性幕墙走向，引导流动带内部的水体流向指定的下游地区。

图4中柔性水管7两端密闭，柔性水管7设置充排水孔5和锚固系统6，锚固系统6由铁链和锚组成。沿流路将多个柔性水管串接，从充排水孔5向柔性水管7内注水，形成柔性隔水墙。柔性水管4也可在垂直水流的方向上作一定幅度的摆动，摆幅决定于横向流速的大小及锚固体的疏密。柔性水管为具有一定抗剪强度的柔性水管，其密度可大于周围水体密度。柔性水管7充满水以后将成为鼓胀的水管，在水体中形成一道隔水墙。因为水管不能承受较大的内外压差，随着管外水深的变浅，水管将发生变形，多余水体将从充排水孔5处外泄，从而变扁平甚至完全排空地势较高处的水体。柔性水管与锚固系体的联接形式为任何可使柔性水管固定的联接。推荐联结形式为箍筋，并通过箍筋上的孔洞与锚固系统相连接。

柔性水管与锚固系统的联结应根据具体水流、泥面、地势起伏等条件，按国家标准规范进行具体确定，以符合上述条件。靠近泥面、充注孔口及箍筋等受力集中地方，柔性水管均应增强其强度，以增强抗剪、耐磨强度、达到延长寿命的目的。

如果沿管线方向地形高差变化较大，甚至有的在水面以下，有的在水面以上，则管内的水将从岸上段流向水下段，在水中自动充胀成为隔水墙，而岸上部份则会由于没有水体而变扁平。所以这种柔性水管具有根据地形自动调节，在水中自动形成隔水墙的重要功能。柔性水管隔水墙一般上只适应于浅水区，通常浅水区指水深小于2米的水体，所承受的横向流速可大于隔水幕，也能承受一定的因水面落差所引起的压力。根据需要，可设置多道柔性水管隔水墙以加强对不同性质水体的隔离。

在具有较大横向作用力的位置可设置硬性隔水体如水力插板或沉箱等。在某些特殊地段，如流动带拐弯处，水流冲击力过大，导致大量污水或含沙水流越过轻质幕墙，侵入被保护水体，则也应使用刚性隔离体。

为了防止污染水体或者含沙水体对大面积清洁水体的扩散，要对清污(浑)水体进行隔离，对性质不同的水体进行人工隔离，防止相互扩散、对流和交换。但是，单纯的隔离或“堵”的方法并不能完全解决问题，还须加上“疏导”污水的方法才能解决大面积水体的污染问题。因而，本发明的核心是依靠上述三种隔离体，在大面积水体中建造单一水体流动带，进而增大流动带内污(浑)水的流动速度，从流水不腐、流水不淤的角度，利用污染物在流动过程中可自我净化的功能，冲刷功能，达到“清污分流、蓄清排污”的目的。

单一水体流动带可由岸线和平行于岸线的隔离体构成，或可由两条相互平行或近似平行的隔离体构成。一般上，污(浑)水由单一水体流动带自污(浑)水源头至出口流出大面积水体，因此，对于湖泊治污(淤)而言，应建造环湖导污流动带，把进入湖泊的一切污泥浊水统统导入流动带，并排向湖泊出水口。环湖导污流动带由岸线和上述三种隔离体组成，为达到“蓄清”的目的，应在环湖流动带的其些部位修建控制性建筑物如闸门或橡胶坝等，在这些闸、坝附近应采用硬性隔水体，两侧可建柔性隔水墙或者隔水幕。当环湖流动带内的水质优良时打开通湖通筑物，即可向湖区补充优良淡水。当环湖流动带的水质较差时，关闭这些通湖建筑物，此时劣质水体经环湖流动带泄出湖泊。

类似地，利用上述三种隔离体在水库中建造单一水体流动带，将大大改善水库水质，解决水库中存在的“清污合流、统蓄统泄”的问题。在污水进入水库的起始段，水深较浅，可使用柔性水管隔水墙，在坝前深水段可使用柔性隔水幕，在拐弯段可使用硬性隔水体。因为汛期河水水质较好，枯水期的污水浓度最高，所以硬性隔水体的高度只须与枯季水位相当。如此，水库内的水体被导污流动带分割成为三块：中间为导污流动带，它连接进入水库的污水源与大坝的泄水建筑物；两边为被保护的清水子库。汛期优质洪水将漫过硬性隔水体，向两边的清水子库注水，进而抬高整个水库水位至正常蓄水位；枯季来临，随着用水量的增加、水库水位的逐渐下降，硬性隔水体和柔性水管隔水墙逐渐露出水面，污(浑)水集中通过水库中央的导污流动带流出水库，从而防止了污水向两边清水子库的扩散和掺混，保护了两边清水子库的用水安全，达到“清污分流、蓄清排污”的目的。

在一些又宽又浅的河道中，主槽不稳、水流散乱，泥沙极易淤塞河道。在这种宽阔的河道内，通过上述三种隔水体建设单一水体流动带可有效缩窄主流的宽度、集中能量冲沙拉槽、解决泥沙淤积问题。如采用柔性水管构筑水体流动带，且在开始阶段，沿直线布置管线，则管线有的在水下，有的在滩地。如前所述，当从充排孔注入河水时，水下部份则开始肿胀，形成一道水墙，而河滩部份的水管保持干瘪状。为了操作方便，充排水孔上套有轻质软细管，浮至水面。为使管线安全运作，开始实际布放管线时，可沿原主槽走向微弯地布放，在冲力较大部位采用硬性隔水体，在水深较大部位使用柔性隔水幕，逐步将主河槽逼成直线，直到主流走直线，符合设计要求为止。如此，河道中央为河水流动带，流动带内发生冲刷，从而形成主槽；河水流动带两边为静止水体；流动带和静止水体的交界面由上述隔离体隔离。根据河道特征，也可在河中设置多道柔性水管，形成多道水体流动带。也可采用柔性隔水幕，或者柔性隔水幕结合柔性水管隔水墙来逼主流归入水体流动带。

由上述三种隔离体构造的单一水体流动带也可用于港口航道防淤工程中。一般上，在风浪作用下，海底的淤泥、淤沙将被掀起，并在海流带动下进入航道，并在那里形成淤积，进而阻塞航道。为减轻航道淤积，可在航道两侧设置隔水体。另外，为减少泥沙以异重流形式潜入港池，也可在港池口门，沿垂直航道方向布置柔性隔水幕。泥沙进入航道的机理有两个：第一为泥沙的扩散作用；第二为对流作用将泥沙带入航道。由于设置柔性隔水幕或者柔性隔水墙能有效地减少不同水体之间的交界面面积，从而可有效减轻泥沙扩散作用对航道的危害；设置柔性隔水体之后，海流的对流作用只能将水面那一部份泥沙带入航道，相对于底部泥沙浓度而言，顶部泥沙浓度最小，所以，对流引起的泥沙淤积也大为减少。因而，设置隔水幕或者隔水墙对航道减淤而言，可以取得事半功倍的功效。

Claims (6)

1.一种大面积水体的防污、减污方法，其特征是，在水体较深或具有较小横向作用力的水体处设置柔性隔水幕，所述柔性隔水幕由多个单个柔性隔水幕互相错开搭接组成，所述柔性隔水幕下端加筋处理并在其下端设置重坠体和锚固系统；在水体较浅或具有中等横向作用力的水体处设置柔性隔水墙，所述柔性隔水墙为两端密闭并设置充注水孔和锚固系统的柔性水管；在具有大横向作用力或存在水面落差的水体处设置硬性隔水体；通过上述三种隔水体的组合，构造单一水体流动带，在大面积水体中对不同性质水体进行隔离。

2.根据权利要求1所述的大面积水体的防污、减污方法，其特征是，所述柔性隔水幕主体为密度小于水的薄膜。

3.根据权利要求1所述的大面积水体的防污、减污方法，其特征是，所述柔性隔水幕主体为密度略大于水的薄膜，薄膜设置有助浮设施。

4.根据权利要求1所述的大面积水体的防污、减污方法，其特征是，所述柔性水管设置有多个充泄水孔及锚固系统。

5.据权利要求1所述的大面积水体的防污、减污方法，其特征是，所述柔性水管设置孔和锚固系统等处加筋，以增加柔性水管的承载能力。

6.根据权利要求1所述的大面积水体的防污、减污方法，其特征是，所述单一水体流动带为在大面积水体中建造的污水流动带，其污清水或动静水体的交界面由上述三种隔水体进行隔离。

Images