壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法。該裝置包括架構裝置、高度調節裝置、充排裝置、擺動裝置和中控裝置，本發明還提供了一種使用該裝置的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控方法。本發明可獨立運行或與上游水庫聯合調度運行，在不影響正常行洪、航運、上游庫區供水等基本需求的前提下，在枯水期內不增加甚至減少大壩下泄流量，即可實現對裝置附近近岸帶生態需水的有效調控，不但能顯著壅高壩下河道近岸帶的水位，也可靈活控制不同區域的水位脈沖振幅，確保達到壩下河道近岸帶枯水期生態需水保證率，解決水量季節分布不均問題及水利工程建設與下游生態需水之間的矛盾。
【專利說明】壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水利工程優化調控【技術領域】，具體涉及一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法。
【背景技術】
[0002]我國降水量季節分布不均，大多數河流年內徑流變化較大，豐水期與枯水期涇渭分明。在水文周期性漲落變化的環境條件下，自然河流近岸帶經過長時間的自然發育，會形成一種近乎介于陸地生態系統和水生生態系統之間的狹長過渡生態區域，呈現陸地與濕地、挺水植物與沉水植物、特有魚類與底棲動物交錯分布的獨特景觀。河流近岸帶具有固岸和降低侵蝕、生物多樣性保護、截留和凈化污染物、人為影響緩沖等重要的生態服務功能。由于河道近岸帶具有邊緣性、過渡性和敏感性的特點，其景觀生態服務功能是否健全，已成為河流乃至整個流域水資源保護、水生態環境治理、水利工程優化調控成效的關鍵表征。
[0003]在枯水期，河道水位一般處于較低水平，一旦人為因素(如水利工程)或自然因素(如極枯年)超過岸邊帶自承力，最小需水量和岸邊水位不能滿足最低要求，則易造成近岸帶正常結構、生物多樣性和生產力的顯著退化。我國的河流常常通過修建水庫進行水資源人工調控，但水庫調度運行模式往往與壩下河道岸邊帶生態保護產生矛盾。一方面，常規水庫調度模式往往面向發電、防洪或航運，對下游岸邊帶生態需水關注不夠，使得枯水期岸邊帶面臨缺水的巨大風險。另一方面，盡管水利水電工程生態調度被認為是一種有潛力的工程調控措施，但僅靠優化調節下泄水量增減來滿足下游岸邊帶生態需水，卻常面臨著無水可放、損害庫區利益的兩難困境；例如，當遭遇連續枯水年時，枯水期河道近岸帶所需的生態需水流量常常明顯大于水庫調度下泄能力，將造成水庫水位在枯水期結束前便降至死水位，危及水庫所服務地域的生產生活供水安全。
[0004]目前，尚無一種已知的河道近岸帶枯水期生態需水調控成熟裝置或方法。首先，現有的河道近岸帶保護方法均限于植物種類選擇與配置方面，如《用蘆葦恢復受損河岸生態系統的工程化方法》一文，探討了將河岸工程設計為蘆葦等生物能生存的多孔隙結構，恢復重建河岸生態系統的工程化方法；其次，雖有近期公開的專利申請《一種利于閘控河流濱岸帶和沉水植物群落結構恢復和維護的水閘生態調度技術》，申請號為201110422435.1號，針對春夏季濱岸帶植物結構維護以及提高沉水植物群落成活率提出了一種水閘生態調度方案，但該技術方案僅概述了針對河道近岸帶生態恢復的水閘生態調度一般操作方案，未提及現實中枯水期上下游水資源供需不足的矛盾。
[0005]上述分析表明，僅依靠上游水利水電工程優化調度的單一措施，并不能完全解決壩下河道近岸帶生態需水不足的實際困難，需要通過設計一套壩下河道內部安置的調控裝置及方法，通過單獨運行或與上游水庫生態調度配合，在滿足上游庫區基本需水量的前提下，使得在不增加甚至減少枯水期水庫下泄流量的條件下，就能滿足壩下河道近岸帶生態需水。
【發明內容】

[0006]發明目的:為了彌補現有技術中存在的不足，本發明提出一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置與方法，針對水利水電工程影響下的中小型河流實際特點，實現在枯水期不增加甚至減少上游水庫下泄水量的條件下，能夠有效調控裝置壩下鄰近近岸帶的水位，既不威脅上游庫區供水安全，又能保障壩下河道近岸帶枯水期的生態需水保證率，實現上下游庫河兩利。
[0007]技術方案:為了達到上述目的，本發明提供了一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，所述調控裝置安裝在水壩下游河道岸邊帶主槽位置，包括架構裝置、高度調節裝置、充排裝置、擺動裝置和中控裝置，其中:
[0008]所述的架構裝置為整個調控裝置提供整體架構和支撐平臺，包括樁體、浮床和擺動板；所述樁體對稱布置在河床主槽中軸線的兩邊，包括埋入河床的地樁管和在地樁管內可上下活動的地樁；所述浮床可拆卸地嵌套在所述地樁上，起水平支撐、儀器安置作用；所述擺動板嵌套在地樁上，水平安置于浮床下方及高度調節裝置的上方，并通過擺動裝置控制變換不同傾斜角度用于制造水位脈沖；
[0009]所述的高度調節裝置包括多組可調節高度的水袋，布置于擺動板下方，底部錨固于河床上，分別沿河道橫向和縱向布置兩排和多排，每個水袋面向河岸一側設有水袋導水口和水袋側翼，所述水袋側翼為臥立圓柱體，可充水膨脹，用于增強調控裝置兩側近岸帶壅水高度變化；通過調節水袋導水口的進出水量控制水袋高度變化，進而調控裝置上、左、右側近岸帶的壅水高度；不同水袋高度變化配合擺動裝置運行，還可控制擺動板的傾角變化，用于對附近近岸帶制造出所需的水位脈沖。
[0010]所述的充排裝置用于對高度調節裝置進行充水與排水，包括離心泵、控制管網、球形鋼絲濾網、干流管道和支流管道；所述離心泵安置在浮床上表面，通過若干電動閥與控制管網連通，將充水和排水功能整合至單一管網，或沿充水流向流動充入高度調節裝置，或沿排水流向流動排入河道，從而控制充排水流向；所述控制管網與干流管道連接，所述球形鋼絲濾網與控制管網連通，用于過濾充水的雜質；所述支流管道位于干流管道的兩側，支流管道深入水下與各水袋導水口連通，支流管道上依次設有電動閥b和分體式智能電磁流量計，以用于定量控制不同水袋的充排水量。
[0011]所述的擺動裝置包括一組可逆電機、一組繞線柱和一組尼龍繩；所述可逆電機沿浮床橫向中軸線固定于浮床上表面的兩側；所述繞線柱與可逆電機軸端固定連接；所述尼龍繩一端纏繞在繞線柱上，另一端與擺動板相固定；繞線柱在順、逆時針轉動時尼龍繩纏繞圈數分別增、減；通過控制繞線柱的順、逆時針旋轉進而纏繞尼龍繩，帶動擺動板的左右周期擺動，進而可在裝置附近近岸帶區域制造出人工水位脈沖。
[0012]所述的中控裝置為整個調控裝置的操控平臺，布置于浮床中心附近，包括控制柜，用于控制上述的架構裝置、高度調節裝置、充排裝置和擺動裝置。
[0013]其中，所述浮床在縱向邊中點安裝有定滑輪，便于尼龍繩收放，在沿縱向中軸線間隔開設多個方形檢修槽便于檢修維護。
[0014]所述擺動板的上表面兩縱邊的中點處安裝有固定尼龍繩的拉環，擺動板的上表面的四個頂點分別設有投入式液位計。
[0015]優選地，所述的球形鋼絲濾網通過法蘭與控制管網連通。[0016]所述干流管道通過三通與控制管網連通，并通過四通向兩側延伸出支流管道。
[0017]所述支流管道通過卡口接頭與各水袋導水口密封連通。
[0018]所述的中控裝置的控制柜為防水處理結構，內部安裝有電動閥控制器、可逆電機控制器、離心泵開關、分體式智能電磁流量計的表頭和投入式液位計的表頭，其中，所述可逆電機控制器包括單片機、光電稱合器和可控娃。
[0019]其中，所述單片機存儲了 “順時針轉動”和“停轉”程序、周期性循環的“順時針轉動5s—逆時針轉動5s—停轉10s”和“停轉IOs—順時針轉動5s—逆時針轉動5s”四種程序。
[0020]上述架構裝置可拆卸并且可高度調節，滿足壩下河道主槽不同季節的需求。即在非枯水期，拆除浮床，排空高度調節裝置內水體使得水袋沉入河底，同時調節地樁使之主體部分進入地樁管內，則可使得河道主槽恢復航運等正常功能；在枯水期，升高地樁使之主體部分伸出水面，對水袋充水調節高度，再重新安裝浮床，則可重新發揮本裝置的工作效能。
[0021]上述水袋可調節體積及高度，以實現不同的服務功能:在非枯水期，可排空水袋內的水，使其完全沉入河底，不影響通航等正常需求；在枯水期，向其充水膨脹體積，水袋通過高度不斷提升頂托擺動板沿地樁上移；同時，河道中央主要范圍被充水膨脹的水袋占據，一方面河道過流能力減弱使得鄰近上游河道發生壅水，另一方面由于流量守恒的原理，來流將被迫繞行水袋兩側，流經充水膨脹的水袋側翼時又受其阻礙，流速迅速下降，調控裝置兩側水位顯著提升，使得不增加甚至減少上游水庫下泄水量的情形下就可滿足裝置附近近岸帶的生態需水。
[0022]本發明的調控裝置可單獨運行或與上游水庫聯合調度運行，用于在枯水期內對該裝置鄰近區域(尤指鄰近上游、左側、右側近岸帶)進行生態需水調控。
[0023]本發明還提出了利用上述調控裝置對壩下河道近岸帶枯水期生態需水進行調控的方法，按以下步驟進行:
[0024](一)枯水期開始前:根據水壩上游水庫的興利庫容實際限定，以及水文機構發布的枯水期徑流預報值，按照枯水期內等流量大壩泄水方式初步確定水庫在枯水期內的平均下泄流量；同時對壩下河道近岸帶的植被生態價值和經濟價值進行賦權綜合比較，明確調控裝置右側、左側以及鄰近上游近岸帶生態需水供給的優先順序；
[0025](二)枯水期開始時:上游水庫按既定的枯水期平均下泄流量下泄，充排裝置控制河道內水體在控制管網中沿充水流向流動并充入高度調節裝置水袋內，高度調節裝置充水膨脹頂托擺動板沿地樁上移，水袋側翼也充水膨脹；此時，裝置鄰近上游河道開始發生壅水，兩側水位也開始升高，當擺動板上移至下述目標位置時充排裝置充水停止:
[0026]a.若調控裝置鄰近上游近岸帶最優先供水，擺動板水平且貼近水面；
[0027]b.若調控裝置右側近岸帶最優先供水，擺動板傾向上游且傾向右岸；
[0028]c.若調控裝置左側近岸帶最優先供水，擺動板傾向上游且傾向左岸；
[0029]d.若調控裝置所有鄰近岸邊帶同等重要，擺動板傾向上游；
[0030](三)枯水期內:水庫保持下泄流量不變，高度調節裝置保持充水膨脹狀態不變，若水庫下泄流量發生改變，通過調節高度調節裝置實施對鄰近近岸帶的生態需水微調；若近岸帶需要脈沖水位變化以促進動植物發育，則可控制擺動裝置，使擺動板進行左側升高一左側降低一右側升高一右側降低的周期性左右擺動，制造人工水位脈沖；在此過程中，調控裝置周圍河道水位一直保持較高水平；
[0031](四)枯水期結束時:終止擺動板擺動，充排裝置控制高度調節裝置內水體在控制管網中沿排水流向流動并排入河道，高度調節裝置排水收縮導致擺動板沿地樁下移，調控裝置周圍河道水位逐漸降低，當高度調節裝置內水體排空時充排裝置排水停止，繼而將支流管道與水袋導水口斷開連通，從拉環上解除尼龍繩，并拆下設在擺動板上的投入式液位計，地樁向地樁管內收縮，浮床可被移走。
[0032]本發明的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法的工作原理為:
[0033]枯水期內，上游水庫蓄水量往往偏低，下游河道水位明顯下降；此時繼續實施水庫常規調度，壩下河道岸邊帶常明顯低于最低生態需水位；若實施針對壩下近岸帶的水庫生態調度，增加特定時段的泄水量，卻往往面臨水庫蓄水量不足，下泄水量不能滿足壩下近岸帶生態需水的需求。使用本發明，當下泄水流流至調控裝置附近時，由于壩下河道所需保護的近岸帶中央位置被充水膨脹的水袋占據，河道過流能力減弱，調控裝置上游河道出現壅水；主流被迫繞行水袋兩側分流，流經充水膨脹的水袋側翼時又受其阻礙，流速迅速下降，達到低下泄水量即可滿足調控裝置兩側河道壅水現象的目標；同時，本裝置的擺動板設計，當擺動板目標位置水平且貼近水面時，河道過水能力減弱比擺動板傾向上游的情況更為劇烈，鄰近上游河道壅水也更為顯著；若擺動板目標位置傾向上游且傾向一側河岸時，可向沖擊到擺動板上表面的水流施加一定的反向作用力，在上游不斷來水的情況下造成該側河道水位壅高幅度大于另一側；擺動板擺動時對河道水流產生橫向的“擠”、“推”作用，進而可在敏感區域制造出人工水位脈沖。在枯水期內水庫下泄流量保持穩定時，使用本調控裝置可以保證周圍河道水位保持較高水平，當上游水庫下泄水量出現短期變化時，通過大壩調度與本裝置微調的聯合運行，則可實施動態短期生態需水調控。非枯水期，高度調節裝置內水體排空，擺動板與河床貼合限制高度調節裝置活動，地樁向地樁管內收縮，浮床移走，從而不影響河道豐水期行洪、航運。
[0034]有益效果:與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0035](I)本發明采用了組塊式設計和制造工藝，尤其是架構裝置與高度調節裝置可以靈活變化體積和高度，并且可拆卸，因此既能夠滿足枯水期壩下河道岸邊帶的生態需水保證率，也不會影響非枯水期河道的正常服務功能，如行洪、航運、取水等。
[0036](2)可充水膨脹的臥立圓柱體式的水袋側翼能夠有效地增強調控裝置兩側近岸帶壅水高度變化，其與架構裝置、充排裝置相互配合，實現枯水期內水庫下泄流量保持穩定，調控裝置周圍河道水位保持較高水平，而在高度調節裝置內水體排空時，擺動板與河床貼合限制高度調節裝置活動，地樁向地樁管內收縮，浮床移走，確保不影響河道豐水期行洪、航運。
[0037](3)本發明實現了在不增加甚至減少上游水庫枯水期下泄水量的情況下，即可顯著提高對調控裝置鄰近上游、裝置左右兩側近岸帶的生態需水保證率，有利于近岸植被在枯水期內的保持和發育；同時，也可靈活控制敏感區域的水位脈沖振幅，滿足了不同類型的近岸帶動植物的保持與發育需求；
[0038](4)相較于普通的面向下游河道生態需水的水庫生態調度模式，本發明高效利用了枯水期內有限的下泄水量，使寶貴的水資源能夠完全用于近岸帶生態需水保護，同時不會使上游控制性水庫過早降至死水位，解決了枯水期上游水利工程建設與下游生態需水之間的突出矛盾。
[0039](5)本發明的調控裝置，既可以單獨運行，也可以與上游水庫調度聯合運行，針對不同大壩泄水來流變化靈活調控，應用前景廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發明的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置平面布置圖。
[0041 ]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0042]圖3為本發明的充排裝置中管網布置示意圖。
[0043]圖4為采用本發明的實施例中各水袋充水量圖。
[0044]圖5為采用本發明的實施例中水庫調度效果對比圖。
[0045]附圖標號說明:
[0046]I 水庫 2 水壩3 河床
[0047]4 河道近岸帶 5 河道水位6 浮床
[0048]7 擺動板 8 地樁管9 地樁
[0049]10定滑輪 11方形檢修槽12拉環
[0050]13投入式液位計 14水袋15水袋導水口
[0051]16水袋側翼 17離心泵18控制管網
[0052]19球形鋼絲濾網 20干流管道21支流管道
[0053]22 電動閥al 23 電動閥a224 電動閥a3
[0054]25電動閥a4 26電動閥b27分體式智能電磁流量計
[0055]28可逆電機 29繞線柱30尼龍繩
[0056]31控制柜 32充水流向33排水流向。
【具體實施方式】
[0057]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置及方法進行進一步的詳細說明。
[0058]實施例1
[0059]我國長江流域中游有一寬度約為30m的支流,鄰近主城區的河道疏浚后主槽寬度20m左右，城區河段上游14.5km處有一控制性水庫I。該河流枯水期為每年11月到次年5月。壩下河道近岸植被主要有銀合歡、紅背山麻桿、桃金娘、水茄和馬纓丹等常綠灌木，短葉胡枝子、黃荊等落葉灌木，以及多種喬木和草本植物。水庫I施行常規調度時，城區河段豐水期平均水位高出枯水期3m左右。每年枯水期來臨，河道水位5下降顯著，兩側河岸較高地帶的常綠灌木等植被生態需水供給不足，植被枯死現象嚴重，河道近岸帶4退化特征明顯，對城市景觀造成不利影響。若 實施傳統生態調度方法，為了盡可能滿足下游岸邊帶生態需水，需要明顯增加大壩的枯水期下泄水量，則會使上游水庫提前將至死水位。現利用本發明的一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置進行治理:
[0060]該調控裝置安裝在水壩2下游河道岸邊帶主槽位置，包括架構裝置、高度調節裝置、充排裝置、擺動裝置和中控裝置。架構裝置為整個調控裝置提供整體架構和支撐平臺，包括樁體、浮床6和擺動板7 ;樁體對稱布置在河床3主槽中軸線的兩邊，包括埋入河床的地樁管8和在地樁管8內可上下活動的地樁9 ;浮床6可拆卸地嵌套在地樁9上；擺動板7嵌套在地樁9上，水平安置于浮床6下方及高度調節裝置的上方，并通過擺動裝置控制變換不同傾斜角度用于制造水位脈沖。
[0061]高度調節裝置包括多組可調節高度的水袋14，布置于擺動板7下方，底部錨固于河床3上，分別沿河道橫向和縱向布置兩排和多排，每個水袋14面向河岸一側設有水袋導水口 15和水袋側翼16，該水袋側翼16為臥立圓柱體，可充水膨脹，用于增強調控裝置兩側近岸帶壅水高度變化。
[0062]充排裝置用于對高度調節裝置進行充水與排水，包括離心泵17、控制管網18、球形鋼絲濾網19、干流管道20和支流管道21 ;離心泵17安置在浮床6上表面，通過若干電動閥與控制管網18連通以控制充排水流向；控制管網18與干流管道20連接，球形鋼絲濾網19與控制管網18連通，用于過濾充水的雜質；支流管道21位于干流管道20的兩側，支流管道21深入水下與各水袋導水口 15連通，支流管道21上依次設有電動閥b26和分體式智能電磁流量計27，用于定量控制不同水袋14的進充排量；
[0063]擺動裝置包括一組可逆電機28、一組繞線柱29和一組尼龍繩30 ;可逆電機28沿浮床6橫向中軸線固定于浮床6上表面的兩側；所述繞線柱29與可逆電機28軸端固定連接；尼龍繩30 —端纏繞在繞線柱29上，另一端與擺動板相固定；
[0064]中控裝置為整個調控裝置的操控平臺，布置于浮床6中心附近，包括控制柜31，控制柜31為防水處理結構，用于控制上述的架構裝置、高度調節裝置、充排裝置和擺動裝置。
[0065]在實際操作中，該調控裝置的布置情況如圖1-圖3所示。在壩下河道臨近主城區的河道主槽中心，沿400m (縱向)X10m (橫向)的矩形四周向河床3 土體打入直徑為0.53m的地樁管8，其橫向間隔5m，縱向間隔20m，地樁管8內安裝直徑為0.5m的地樁9。地樁9與地樁管8通過D型銷限位時，地樁9頂部高出河床7.5m。地樁9升起后，安裝浮床6嵌套在地樁9上浮于水面，嵌孔直徑為0.55m，浮床6在縱向邊中點安裝定滑輪10，沿其縱向中軸線每隔40m即開設邊長為Im的方形檢修槽11。擺動板7嵌套在地樁9上沉入水中，嵌孔直徑為0.6m，擺動板7上表面兩縱向邊中點安裝拉環12，四個頂點設有西森BST6600-TB型投入式液位計13。
[0066]在擺動板7下方分別沿河道橫向和縱向布置兩排和十排水袋14，其中左側十只水袋14自上游至下游依次編號I?10，右側十只水袋14自上游至下游依次編號11?20，每只水袋14縱向長度為40m，橫向寬度為5m，水袋14面向河岸一側設有水袋導水口 15和水袋側翼16，水袋側翼16充水后為直徑lm、高5m的臥立圓柱體，各水袋14在水袋側翼16上游的部分縱向長度為35m，水袋14和水袋側翼16布置完成后將底部錨固于河床3上。
[0067]將型號為200ZX400-32的自吸離心泵17安置在浮床6上表面。用控制管網18將卓特ZTQ941F/H-200型電動閥al22和電動閥a223、電動閥a324和電動閥a425分別并聯到離心泵17出口和進口，將電動閥a223和電動閥a324的另一端通過法蘭并聯到布置在水面以下的直徑為0.5m的球形鋼絲濾網19，將電動閥al22和電動閥a425的另一端通過三通并聯到干流管道20。干流管道20通過四通向兩側延伸出支流管道21，深入水面以下分別與各水袋導水口 15通過卡口接頭密封連通。支流管道21上依次設有ZTQ941F/H-200型電動閥b26和JCJ002型分體式智能電磁流量計27。
[0068]將兩個5RK90⑶-CWEG型可逆電機28沿浮床6橫向中軸線固定于浮床6上表面，可逆電機28自帶減速機型號為5GU180KB。直徑為92mm的繞線柱29與可逆電機28軸端固定連接，可逆電機28每轉動一分鐘,繞線柱29可纏繞尼龍繩302.4m。尼龍繩30 —端纏繞在繞線柱29上另一端繞過同側定滑輪10與同側拉環12固定，繞線柱29與尼龍繩30纏繞方式為:繞線柱29順、逆時針轉動時尼龍繩30纏繞圈數分別增、減。將KZQ07-1A型電動閥控制器、可逆電機控制器、離心泵開關、分體式智能電磁流量計27的表頭和投入式液位計13的表頭集中安裝在浮床6中心附近的控制柜31中。其中，可逆電機控制器包含一塊ATMELAT89C51單片機、一個光電耦合器和一個可控硅，單片機存儲了 “順時針轉動”和“停轉”程序，以及周期性循環的“順時針轉動5s—逆時針轉動5s—停轉10s”和“停轉IOs—順時針轉動5s—逆時針轉動5s”共四種程序。
[0069]本發明的調控方法及其步驟:
[0070](I)枯水期開始前的10月末，根據水壩2上游水庫I的興利庫容和枯水期徑流預報，按照枯水期等流量操作方式計算確定水庫I枯水期平均下泄流量為17m3/S，同時通過對近岸植被生態價值和經濟價值的賦權綜合比較，確定調控裝置右側的近岸植被作為城市濱水公園景觀之一，其生態需水最優先供給；
[0071](2)枯水期開始時的11月初，水庫I以17m3/s的流量下泄，操作電動閥控制器打開電動閥al22、電動閥a324和各支流管道21上的電動閥b26，打開離心泵開關，充排裝置控制河道內水體在控制管網18中沿充水流向32流動并充入高度調節裝置，高度調節裝置充水膨脹頂托擺動板7沿地樁9上移，調控裝置周圍河道水位5升高，觀察投入式液位計13的表頭并控制各電動閥b26的關閉順序，當擺動板7上表面上游左側、上游右側、下游左側和下游右側的頂點水深分別為1.lm、2.0m、0.2m和1.1m時關閉最后一個電動閥b26，同時關閉離心泵開關，并關閉電動閥al22、電動閥a324，此時高度調節裝置充水完成，各水袋14充水量見圖4。依次對左、右兩側可逆電機28執行單片機中存儲的“順時針轉動”程序直到兩側尼龍繩30繃緊，之后對左側可逆電機28執行“順時針轉動5s—逆時針轉動5s—停轉10s”循環程序，同時對右側可逆電機28執行“停轉IOs—順時針轉動5s—逆時針轉動5s”循環程序，擺動板7隨即開始左側升高一左側降低一右側升高一右側降低的周期性左右擺動，擺動一側最大升高20cm ；
[0072](3)枯水期內，水庫I保持下泄流量不變，高度調節裝置保持充水膨脹狀態，擺動板7保持周期性左右擺動狀態，調控裝置周圍河道水位5保持較高水平；
[0073](4)枯水期結束時的次年5月末，依次對左、右兩側可逆電機28執行單片機中存儲的“停轉”程序，操作電動閥控制器打開電動閥a223、電動閥a425和各支流管道21上的電動閥b26，打開離心泵開關，充排裝置控制高度調節裝置內水體在控制管網18中沿排水流向33流動并排入河道，高度調節裝置排水收縮導致擺動板7沿地樁9下移，調控裝置周圍河道水位5降低，當分體式智能電磁流量計27表頭的反向累計水量增長到與正向累計水量相同時關閉相應電動閥b26,關閉最后一個電動閥b26的同時關閉離心泵開關,并關閉電動閥a223、電動閥a425，此時高度調節裝置內水體排空。繼而將支流管道21與水袋導水口15在卡口接頭處斷開連通，用接頭悶蓋密封水袋導水口 15，從拉環12上解除尼龍繩30，拆下設在擺動板7上的投入式液位計13，拆除D型銷后地樁9向地樁管8內收縮，浮床6可被移走。
[0074]實施效果:[0075]經統計，在不增加枯水期上游泄水量的情形下，實施后調控裝置右側、左側以及上游河道水位5壅高明顯，調控裝置上游50m處至下游尾端共450m河段中有380m河道水位5壅高，河道水位5最大壅高2.3m，平均壅高2m，水面寬度平均增加6.4m，其中右側河道水位5平均壅高2.lm，大于左側河道。本發明的調控裝置及方法顯著提高了河道近岸帶4枯水期生態需水保證率，有利于近岸植被在枯水期內的保持和發育，增添了城市冬季河岸景觀。
[0076]相較于沒有本裝置配合的傳統生態調度方法，本發明的調控裝置及方法不會使上游控制性水庫I過早降至死水位，可保證水庫I枯水期內的供水安全，兩者對應的水庫I調度情況見圖5。
[0077]本發明所述的實施例是對本發明的說明而不能限制本發明，在與本發明相當的含義和范圍內的任何改變和調整，都應認為是在本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述調控裝置安裝在水壩(2)下游河道岸邊帶主槽位置，包括架構裝置、高度調節裝置、充排裝置、擺動裝置和中控裝置，其中， 所述的架構裝置為整個調控裝置提供整體架構和支撐平臺，包括樁體、浮床(6)和擺動板(7);所述樁體對稱布置在河床(3)主槽中軸線的兩邊，包括埋入河床的地樁管(8)和在地樁管(8)內可上下活動的地樁(9);所述浮床(6)可拆卸地嵌套在所述地樁(9)上；所述擺動板(7)嵌套在所述地樁(9)上，水平安置于浮床(6)下方及高度調節裝置的上方，并通過擺動裝置控制變換不同傾斜角度用于制造水位脈沖； 所述的高度調節裝置包括多組可調節高度的水袋(14)，布置于擺動板(7)下方，底部錨固于河床(3)上，分別沿河道橫向和縱向布置兩排和多排，每個水袋(14)面向河岸一側設有水袋導水口( 15 )和水袋側翼(16 )，所述水袋側翼(16 )為臥立圓柱體，可充水膨脹，用于增強調控裝置兩側近岸帶壅水高度變化； 所述的充排裝置用于對高度調節裝置進行充水與排水，包括離心泵(17)、控制管網(18)、球形鋼絲濾網(19)、干流管道(20)和支流管道(21);所述離心泵(17)安置在浮床(6)上表面，通過若干電動閥與控制管網(18)連通以控制充排水流向；所述控制管網(18)與干流管道(20)連接，所述球形鋼絲濾網(19)與控制管網(18)連通，用于過濾充水的雜質；所述支流管道(21)位于干流管道(20 )的兩側，支流管道(21)深入水下與各水袋導水口( 15 )連通，支流管道(21)上依次設有電動閥b (26)和分體式智能電磁流量計(27)，以用于定量控制不同水袋(14)的充排水量； 所述的擺動裝置包括一組可逆電機(28)、一組繞線柱(29)和一組尼龍繩(30);所述可逆電機(28)沿浮床(6)橫向中軸線固定于浮床(6)上表面的兩側；所述繞線柱(29)與可逆電機(28)軸端固定連接；所述尼龍繩(30)—端纏繞在繞線柱(29)上，另一端與擺動板(7)相固定； 所述的中控裝置為整個調控裝置的操控平臺，布置于浮床(6)中心附近，包括控制柜(31)，用于控制上述的架構裝置、高度調節裝置、充排裝置和擺動裝置。
2.根據權利要求1所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述浮床(6)在縱向邊中點安裝有定滑輪(10)，在沿縱向中軸線間隔開設多個方形檢修槽(11)。
3.根據權利要求1或2所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述擺動板(7)的上表面兩縱邊的中點處安裝有拉環(12)，擺動板(7)的上表面的四個頂點分別設有投入式液位計(13);擺動板(7)通過定滑輪(10)及拉環(12)與擺動裝置連接。
4.根據權利要求1所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述的球形鋼絲濾網(19)通過法蘭與控制管網(18)連通。
5.根據權利要求1所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述干流管道(20)通過三通與控制管網(18)連通，并通過四通向兩側延伸出支流管道(21)。
6.根據權利要求1所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述支流管道(21)通過卡口接頭與各水袋導水口( 15)密封連通。
7.根據權利要求1所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述的中控裝置的控制柜(31)為防 水處理結構，內部安裝有電動閥控制器、可逆電機控制器、離心泵開關、分體式智能電磁流量計(27)的表頭和投入式液位計(13)的表頭，其中，所述可逆電機控制器包括單片機、光電耦合器和可控硅。
8.根據權利要求7所述的壩下河道近岸帶枯水期生態需水調控裝置，其特征在于，所述單片機存儲了“順時針轉動”和“停轉”程序、周期性循環的“順時針轉動5s-逆時針轉動5s-停轉10s”和“停轉IOs-順時針轉動5s-逆時針轉動5s”四種程序。
9.利用權利要求1-8所述的調控裝置調控壩下河道近岸帶枯水期生態需水的方法，其特征在于，按以下步驟進行: (一)枯水期開始前:根據水壩(2)上游水庫(I)的興利庫容實際限定，以及水文機構發布的枯水期徑流預報值，按照枯水期內等流量大壩泄水方式初步確定水庫(I)在枯水期內的平均下泄流量；同時對壩下河道近岸帶的植被生態價值和經濟價值進行賦權綜合比較，明確調控裝置鄰近區域生態需水供給的優先順序； (二)枯水期開始時:上游水庫(I)按既定的枯水期平均下泄流量下泄，充排裝置控制河道內水體在控制管網(18 )中沿充水流向(32 )流動并充入高度調節裝置水袋(14 )內，高度調節裝置充水膨脹頂托擺動板(7)沿地樁(9)上移，水袋側翼(16)也充水膨脹；此時，裝置鄰近上游河道開始發生壅水，兩側水位也開始升高，當擺動板(7)上移至下述目標位置時充排裝置充水停止: a.若調控裝置鄰近上游近岸帶最優先供水，擺動板(7)水平且貼近水面； b.若調控裝置右側近岸帶最優先供水，擺動板(7)傾向上游且傾向右岸； c.若調控裝置左側近岸帶最優先供水，擺動板(7)傾向上游且傾向左岸； d.若調控裝置所有鄰近岸邊帶同等重要，擺動板(7)傾向上游； (三)枯水期內:水庫(I)保持下泄`流量不變，高度調節裝置保持充水膨脹狀態不變，若水庫(I)下泄流量發生改變，通過微調高度調節裝置對鄰近近岸帶實施生態需水微調；若近岸帶需要脈沖水位變化以促進動植物發育，則控制擺動裝置，使擺動板(7)進行左側升高一左側降低一右側升高一右側降低的周期性左右擺動，制造人工水位脈沖；在此過程中，調控裝置周圍河道水位(5) —直保持較高水平； (四)枯水期結束時:終止擺動板(7)擺動，充排裝置控制高度調節裝置內水體在控制管網(18)中沿排水流向(33)流出排入河道，高度調節裝置排水收縮導致擺動板(7)沿地樁(9)下移，調控裝置周圍河道水位(5)逐漸降低；當高度調節裝置內水體排空時充排裝置排水停止，繼而將支流管道(21)與水袋導水口(15)斷開連通，從擺動板(7)上解除尼龍繩(30)，并拆下設在擺動板(7)上的投入式液位計(13)，地樁(9)向地樁管(8)內收縮，浮床(6)可被移走。
【文檔編號】E02B1/00GK103741642SQ201310713545
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】毛勁喬, 戴會超, 胡騰飛, 張鴻清, 趙倩 申請人:河海大學, 中國長江三峽集團公司