一种应用于小中型河道生态补水调度系统及方法与流程

本发明涉及环境保护与资源综合利用技术领域，具体是一种针对城市小型河流的生态补水调度系统及方法。

背景技术：

目前城市河流的生态环境问题越来越突出，河流断流、水质污染、滨岸带萎缩、水生生物锐减等日益严重。尤其是对于许多季节性河流，枯水期断流已成常态。对河流进行生态补水，是一种解决城市小型河流水环境问题切实有效的技术措施。然而，现有的城市小型河流生态补水系统，普遍存在补水量的确定、补水调度系统的运行具有很大随意性的问题。河流生态需水量在计算时如将各种满足水体功能的生态需水量简单叠加，亦或河流生态需水考虑方面不足，比如不考虑基本栖息地生态需水、沿河植被生态需水等，使计算出的河道生态环境补水量与实际生态需水量有较大出入。补水量大造成极大的水资源和能源浪费，运行费用过高；补水量少，达不到生态治理效果，使补水调度系统不能达到最佳效果。且补水源在承接雨水时没有弃流、补水入河道时没有净化，导致补水水源水质较差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种应用于小中型河道生态补水调度系统及方法。其能够自动调度河流生态补水调度系统的补水流量，解决现有调度方法浪费资源和繁琐的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用于小中型河道生态补水调度系统，包括补水源、控制器和中控机，所述补水源通过雨水管道与雨水总排口连通，雨水管道上设有雨污切换阀，雨污切换阀与补水源之间的雨水管道通过弃流管道与市政污水管网连接；所述补水源还通过补水管道与河流连接，所述河流中设有流量计用于测得河流流量，补水管道上设有补水泵作为输水动力装置，并设置有水泵调节柜以控制补水泵的运行；补水管道上还设置有二次净化填料装置，水泵调节柜通过控制线路与控制器连接，流量计通过信号线路与远程i/o模块连接用于来将流量信息传输至控制器，所述中控机与控制器之间、控制器与远程i/0模块之间均采用4g网络连接。

进一步的，水泵调节柜内设有变频器，用于调节补水泵转速以调节补水流量。

本发明提供另一个技术方案如下：

一种应用于小中型河道生态用水补水方法，包括以下步骤：

(1)判断河道流量q:当q≤0.9qm，补水泵启动，河流开始补水，当q>0.9qm转入步骤(2)；

(2)当0.9qm<q＜1.2qm，补水泵运行，持续对河流补水；当q≥1.2qm，补水泵停止，河流补水中止，转入步骤(1)；即当河流流量q低于0.9qm时，触发河流补水程序，直至河流流量q达到1.2qm，一个补水周期完成，其中qm为目标流量。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明系统的流量计作为信号获取装置，为控制核心中控机提供调控依据，中控机进而通过控制水泵调节柜来进行补水，该系统结构简单合理，所需的硬件装置成熟易实施，能够及时有效补水调度，自动化程度高，且该系统设定河流流量q低于0.9qm时，开始补水，及时遏制水质、水生态变差。

2.本发明河道生态环境需水量w计算更加合理，河流基本形态需水量、河流自净功能需水量、其他功能需水量计算多有重复，对于重叠明显的wxt值、wzj值、wqt值，采用取三者最大值*1.1的方法来解决重复计算的问题，避免了水资源及能源的浪费。本发明还考虑了基本栖息地生态需水和沿河植被生态需水等部分，避免生态补水不足问题。

3.本发明设置了雨污切换阀，将水质较差的初期雨水弃流至市政污水管道，且在补水管道入河道前设置二次净化填料装置，实现了两级水质净化，确保补至河道的生态用水稳定达标。

附图说明

图1为本发明调度方法的一种现场结构图；

图2为图1所示现场结构图对应的控制框架图；

图3为图1所示现场结构图对应的调控流程图；

图4为雨天初期雨污切换阀状态图。

附图标记:1-补水泵；2-水泵调节柜；3-控制器；4-补水管道；5-水质二次净化填料装置；6-流量计；7-远程i/0模块；8-雨污切换阀；9-雨水总排口；10-雨水管道；11-弃流管道；12-中控机；13-排入污水管网处阀门；14-排入补水源处阀门。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，补水点设在河流上游，补水管道4对河流的输出端即为补水点。补水源前端设置带有雨污切换阀8的雨水管道10，雨水管道前端设有雨水总排口9，雨水管道10支路设置弃流管道11，雨污切换阀8采用液位自动控制系统通过利用汽液两相自平衡原理，实现液位自动控制，实现雨水与初期雨水的切换；降雨初期，水量较小井体内的水位低，排入污水管网处阀门13处于开启状态，此时初期雨水全部经由装置开口流向污水管网；降雨后期，进水口的流量逐渐增加，井体内的水位也随之逐步上升，此时液位内置浮球感应信号，排入污水管网处阀门13开始关闭，排入补水源处阀门14全部打开，雨水流入补水源，见图4。通过补水管道将补水源的水在补水点对河流进行补水；补水管道4上有补水泵1作为输水动力装置，并设置水泵调节柜2控制补水泵1的运行；设置一控制器3作为信息中转站，水泵调节柜2通过控制线路连接控制器3，流量计6通过信号线路连接一远程i/o模块7来将流量信息先传输至控制器3，中控机12与控制器3间、以及控制器3与远程i/0模块7间同样采用4g网络连接，如图2所示。

在补水管道进入河道前设置水质二次净化填料装置5，该填料装置对出水水质进行巩固，确保水质稳定达标。水质二次净化填料装置5内的滤料为炭基吸附催化净水滤料；在补水点的下游方向的河流中设置有流量计；流量计与水泵调节柜通信连接至一中控机，中控机通过水泵调节柜来调控补水泵的输送量，以调控补水输入点对河流的补水流量，使河道流量q置于区间[0.9qm，1.2qm]内。

具体的，在中控机12内事先设置目标流量qm参数，中控机12按图3所示的流程图进入控制程序，即是：

(1)判断河道流量q:当q≤0.9qm，补水泵启动，河流开始补水，当q>0.9qm转入步骤(2)；

(2)当0.9qm<q＜1.2qm，补水泵运行，持续对河流补水；当q≥1.2qm，补水泵停止，河流补水中止，转入步骤(1)；即当河流流量q低于0.9qm时，触发河流补水程序，直至河流流量q达到1.2qm，一个补水周期完成，其中qm为目标流量。为调度方便，水泵调节柜2内设变频器，调节补水泵1转速以达到调节补水流量的目的。

由于本发明针对的是河流需要补水的情况，对于河流水量充沛期不在本方案的调控范围内。本发明中的补水源可取邻近水资源相对丰富且有雨水总排口排入的江河湖泊。

本发明的目标在于使河道流量q置于区间[0.9qm，1.2qm]内，以保障河流生态环境所需的最低流量要求。其中，qm为目标流量，由公式“qm＝w/t”计算得到，式中:w为河道生态环境需水量，t为计算时段；进一步地，w值由公式w＝1.1*max{wxt+wzj+wqt}+wqx+wss+wsw+wzb+wyd计算得到，式中wxt为河流基本形态需水量；wzj-河流自净功能需水量；wqt-其他功能需水量；wqx河流生物基本栖息地需水量；wss-河道输沙需水量，wsw-水生生物需水量；wzb-沿河植被生态需水量；wyd-盐度平衡需水量。河流的主要功能是满足水生生物生境、景观、稀释自净、输沙及河道基本形态生态环境需水等要求，河道流量q应能同时满足上述功能的需要。对于河道生态环境需水量w，由于上述各分项之间往往存在交叉、重叠，因而将各分项进行叠加求和会使得计算结果偏大、不合理。因此，对于重叠明显的wxt值、wzj值、wqt值，采用取三者最大值*1.1的方法来解决重复计算的问题。

上述各值根据现有技术获得，具体如下:

河流基本形态需水量wxt由枯水河分析法计算得到；河流自净功能需水wzj由水域纳污能力计算得到，当河流沿程有较好的点面源污染控制措施时，可忽略该值；其他功能需水量wqt由景观需水量法计算法得到；河流生物基本栖息地需水量wqx采用生物空间法计算得到；河道输沙需水量wss由多年平均含沙量法计算得到，河流月含沙最数据可由当地水文局获得；水生生物需水量wsw由生物需求法计算得到；沿河植被生态需水量wzb由潜水蒸发法计算得到；盐度平衡需水量wyd由河口盐度平衡法计算得到。

此外，本发明还提供了一种城市小型河流生态补水调度系统，该实施案例基于该系统，其包括补水源、雨水管道10、雨水管道10上的雨污切换阀8、雨水管道10上的支管弃流管11、雨水总排口9、补水管道4、补水管道4上的补水泵1和补水泵1对应的水泵调节柜2，在补水管道4输出口的下游方向的河流中设置有流量计6，所述流量计6与水泵调节柜2通信连接至一中控机12。本调度系统的流量计6作为系统的信号获取装置，为控制核心中控机12提供调控依据，中控机12进而通过控制水泵调节柜2来控制补水。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

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