專利名稱：一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水工泄水建筑物，特別涉及一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物。
背景技術：
目前全國水污染現象日趨嚴重、水體水質日益惡化。據2010年中國環境狀況公報顯示，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河和遼河七大水系總體為輕度污染。204條河流409個地表水國控監測斷面中，I III類、IV V類和劣V類水質的斷面比例分別為 59. 9%,23. 7%和16. 4%。其中，長江、珠江水質良好，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。26個國控重點湖泊(水庫)中，滿足II類水質的1個，占3. 8%; III類的5個，占19. 2% ；IV類的4個，占15. 4% ； V類的6個，占23. 1% ；劣V類的10個，占 38.5%。河流綜合治理過程中，通常使用的物理措施有截污治污、底泥疏浚、護坡護岸整治等；生物化學措施有人工投放凈水劑、微生物菌種，恢復河流濕地等。其中恢復水質是一個很重要的目標，但單純依賴以上措施既不經濟，也不合理。應當在大力削減污染負荷的同時，將河流的自凈能力視為一筆寶貴的環境財富，使其盡可能得到恢復并加以充分利用。利用河流自身特征，改善水流形態，提高水體自凈能力是本設計的主要目的。河流在流動過程中本身蘊涵了巨大的能量，如果能充分利用此自然能量來增加水中溶解氧(DO)含量，將是一種理想的增氧措施。水流經過河流中興建的間、堰等水工泄水建筑物的出流，由于水流的強烈紊動和摻氣，會使水體的DO含量有較為明顯的提高。水體紊動程度越強，DO濃度增加愈快，這是因為紊動強度愈大，水體表面及內部的紊動動能愈大，根據表面復氧的氧通量理論，由此引起的表面復氧速度及表面復氧向水下擴散的速度也越大，所以溶解氧濃度增長很快。紊動對有機物的降解速率有較大影響，紊動強度越大，有機物在水體中的降解速率越大。所以，改變城市河道的水流形態，增加水流的紊動程度，將會有效地提高水體D0，使水體中有機污染得到有效地降低，營養鹽得到一定程度的轉化，水體自凈能力得到提高。我國河流中修建了各類壩、堰、間等水工泄水建筑物非常多，但堰體、壩體表面都是平面型結構，混凝土基質，沒有經過特殊設計，使水體在流動過程中的勢能白白浪費，沒有加之合理利用。因此，可充分利用水體經過水工泄水建筑物時的紊動過程，通過設計一些特殊形狀的水工泄水建筑物，使水流經過時水體紊動程度更加劇烈，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為D0，并在水體中合理地擴散、輸移，并有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。
發明內容
技術問題本發明通過改變水工泄水建筑物的泄水側壩面形態，改善經過水工泄水建筑物的水流性質，提高水體的紊動程度，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為 DO,提高水體自凈能力，使水體中污染物得到部分降解，有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。技術方案一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，其中在水工泄水建筑物的泄水方向以橡膠壩為材料，橡膠壩壩面為曲線形狀或階梯形狀，泄水一側橡膠壩體傾角為30-60度。所述泄水一側橡膠壩體傾角為40-50度。所述的橡膠壩壩面曲線形狀為正弦曲線狀或余弦曲線狀。有益效果
(1)階梯式或者曲線式壩面設計可在很短時間改變河道水流特征，可以激起很多水珠， 增加水氣接觸面積，使更多地氧氣進入水體成為D0，降低水體有機污染，達到提高水體自凈能力的目的。(2)階梯式或者曲線式壩面對水體曝氣復氧方面、污染物去除、延長生物膜作用時間、提高水體自凈能力等方面的優勢均顯著高于平面式。經試驗表明水體經一坡度約52°，垂直高度為120cm左右的小型溢流堰后，平面式溢流堰DO增加了 182. 69%，而正弦曲線狀或余弦曲線狀的增加了 355. 76%，經平面式溢流堰總氮、總磷分別降低了 0. 05%、 0. 78% ；而經正弦曲線狀或余弦曲線狀的水體TN、TP分別降低了 4. 89%,5. 97%。(3)水流在流過相同距離條件下，泄水側壩體傾斜角度在40° -50°時對水體復氧、污染物去除等方面均效果最佳，優于其他傾斜角度的壩體。經試驗表明水體經一垂直高度為120cm左右的正弦曲線狀(余弦曲線狀)溢流堰后，水體經三個坡度為30°、45°、 60°溢流堰，且流經相同的距離(150cm)后，DO增加率分別為420. 98%,473. 04%,438. 22%， 總氮降低率分別為7. 68%,5. 63%,4. 43% ；總磷降低率分別為5. 41%、11. 11%,6. 41% ；高錳酸鹽指標降低率分別為1. 48%,6. 34%、1. 55%，故坡度為45°左右時綜合效果最佳。(4)壩體材料選取橡膠壩為改造基質材料，成本低，可操作性強，且橡膠壩可影響生物膜的著生與脫落，在實際運行中，若壩面粗糙度過大，則著生的生物膜過厚，影響生物膜的通透性，凈化水體的功能不能很好發揮，且衰老的生物膜不易脫落，易分解釋放污染物，重新污染水體；壩面過于光滑，生物膜難以著生，無生物膜作用，僅依靠水體機械復氧過凈化水體，效率較低。試驗表明水體分別經一垂直高度為120cm左右平面型溢流堰，其基質材料分別為混凝土和塑料薄膜，運行一段時間后兩種壩面均附著生物膜，其中混凝土和塑料壩面DO增加率分別為87. 63%、90. 87% ；混凝土和塑料壩面總氮去除率分別為3. 11%、 3. 30% ；總磷去除率分別為4. 82%,9. 13%，故塑料壩面效果優于混凝土，且橡膠壩與原混凝土壩體相比造價低廉，我國有專業工廠制造橡膠壩，操作可行性強。
圖1本發明第一個實例示意圖； 圖2本發明第二個實例示意其中1一橡膠壩，2-泄水方向一側壩體傾角。
具體實施例方式實施例1
一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物如圖1所示，可選取河流落差較大處，根據河床形態、河流深度和寬度等情況定制一橡膠材料溢流堰，或在原溢流堰基礎上將泄水一側用橡膠壩進行改造，泄水側橡膠壩壩面為正弦曲線形狀，泄水方向側傾角做成30度。采用本發明設計的水工泄水建筑物壩面為橡膠材質，泄水側形態為正弦曲線形狀，與混凝土基質的相比，水流經過時水體紊動程度更加劇烈，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為D0，并在水體中合理地擴散、輸移，并有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。實施例2
一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，如圖2所示，在水工泄水建筑物的泄水方向以橡膠壩為材料，橡膠壩壩面為階梯形，泄水方向側傾角做成60度。采用本發明設計的水工泄水建筑物壩面為橡膠材質，泄水側形態為階梯式，與混凝土基質的相比，水流經過時水體紊動程度更加劇烈，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為D0，并在水體中合理地擴散、輸移，并有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。實施例3
一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，可選取河流落差較大處，根據河床形態、河流深度和寬度等情況定制一橡膠材料溢流堰，或在原溢流堰基礎上將泄水一側用橡膠壩進行改造，泄水側橡膠壩壩面為余弦曲線形狀，泄水方向側傾角做成45度。采用本發明設計的水工泄水建筑物壩面為橡膠材質，泄水側形態為余弦曲線形狀，與混凝土基質的相比，水流經過時水體紊動程度更加劇烈，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為D0，并在水體中合理地擴散、輸移，并有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。
權利要求
1.一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，其特征在于在水工泄水建筑物的泄水方向以橡膠壩為材料，橡膠壩壩面為曲線形狀或階梯形狀，泄水一側橡膠壩體傾角為30-60度。
2.根據權利要求1所述的一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，其特征在于泄水一側橡膠壩體傾角為40-50度。
3.根據權利要求1所述的一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，其特征在于所述的橡膠壩壩面曲線形狀為正弦曲線狀或余弦曲線狀。
全文摘要
本發明涉及一種水工泄水建筑物，特別涉及一種利用河流落差提高水體自凈能力的水工泄水建筑物，其中在水工泄水建筑物的泄水方向以橡膠壩為材料，橡膠壩壩面為階梯狀或正弦曲線狀或余弦曲線狀等曲線形狀，泄水一側橡膠壩體傾角為30-60度。本發明通過在河流落差較大處新建水工泄水建筑物或改變河流原有水工泄水建筑物的泄水一側壩面形態，改善經水工泄水建筑物的水流性質，提高水體的紊動程度，使更多大氣中的氧氣更多地進入水體中成為溶解氧，提高水體自凈能力，使水體中污染物得到部分降解，有效地降低有機污染程度，使營養鹽得到一定程度的轉化。
文檔編號E02B7/02GK102505666SQ20111043347
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者吳芳芳, 吳榮軍, 王國祥, 王錦旗, 鄭有飛 申請人:南京信息工程大學