本发明公开了一种单一河道内溢式水环境治理系统及方法。进水河段中的水体在动力泵所提供的动力作用下，提升到高处经过出水管射出，先与空气进行充分接触曝气，再通过湿地或生态浮床或者二者组合进行生态净化，然后以堰流的形式流回至治理河段另一端中，从而形成平面环流，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；河流的流速由流量控制阀控制，动力泵和可移动清淤泵的电力由太阳能电池板、风力发电机和自备电源在配电单元的控制下互补提供，净化池底部的淤泥等污染物通过可移动清淤泵定期清理，从而提升河流的水质。本发明经济和社会效益显著，在城市化快速发展和能源、水环境危机的背景下极具研究推广价值。
1.一种单一河道内溢式水环境治理系统，其特征在于，包括单一河道与生态浮床和湿
地的组合模式、单一河道与生态浮床的组合模式和单一河道与湿地的组合模式中任一形
式；单一河道与生态浮床和湿地的组合模式包括：上游挡水墙（3）、溢流墙（4）、下游挡水墙（6）、动力泵（9）、进水管（10）、流量控制阀（11）、出水管（12）、湿地（19）、净化池入水口（22）、生态浮床（23）、可移动清淤泵（24）和清淤管道（25）；在上游河段（1）和下游河段（2）之间分别设置上游挡水墙（3）、溢流墙（4）和下游挡水墙（6），上游挡水墙（3）和溢流墙（4）之间形成治理河段（5），溢流墙（4）和下游挡水墙（6）之间形成净化池（7）；在治理河段（5）里设有进水管（10），进水管（10）连接动力泵（9），并经过流量控制阀（11）与出水管（12）相连，出水管（12）的射流经过一个或多个湿地（19）后由净化池入水口（22）流入净化池（7），在净化池（7）中设置若干个生态浮床（23）；溢流墙（4）的顶部高超低于下游挡水墙（6），使净化池（7）的水位超出溢流墙（4）的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段（5）中；单一河道与生态浮床的组合模式包括：上游挡水墙（3）、溢流墙（4）、下游挡水墙（6）、动力泵（9）、进水管（10）、流量控制阀（11）、出水管（12）、生态浮床（23）、可移动清淤泵（24）和清淤管道（25）；在上游河段（1）和下游河段（2）之间分别设置上游挡水墙（3）、溢流墙（4）和下游挡水墙（6），上游挡水墙（3）和溢流墙（4）之间形成治理河段（5），溢流墙（4）和下游挡水墙（6）之间形成净化池（7）；在治理河段（5）里设有进水管（10），进水管（10）连接动力泵（9），并经过流量控制阀（11）与出水管（12）相连，出水管（12）的射流经过明渠（26）由净化池入水口（22）流入净化池（7），在净化池（7）中设置若干个生态浮床（23）；溢流墙（4）的顶部高超低于下游挡水墙（6），使净化池（7）的水位超出溢流墙（4）的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段（5）中；单一河道与湿地的组合模式包括：上游挡水墙（3）、溢流墙（4）、下游挡水墙（6）、动力泵（9）、进水管（10）、流量控制阀（11）、出水管（12）、湿地（19）、净化池入水口（22）、可移动清淤泵（24）和清淤管道（25）；在上游河段（1）和下游河段（2）之间分别设置上游挡水墙（3）、溢流墙（4）和下游挡水墙（6），上游挡水墙（3）和溢流墙（4）之间形成治理河段（5），溢流墙（4）和下游挡水墙（6）之间形成净化池（7）；在治理河段（5）上设有进水管（10），进水管（10）连接动力泵（9），并经过流量控制阀（11）与出水管（12）相连，出水管（12）的射流经过一个或多个湿地（19）后再由净化池入水口（22）流入净化池（7）；溢流墙（4）的顶部高超低于下游挡水墙（6），使净化池（7）的水位超出溢流墙（4）的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段（5）中。
2.如权利要求1所述的单一河道内溢式水环境治理系统，其特征在于还包括太阳能电
池板（14）、风力发电机（15）、输电线（16）、配电单元（17）和自备电源（18），太阳能电池板（14）和风力发电机（15）布置在泵站房屋面（13）上，太阳能电池板（14）、风力发电机（15）和自备电源（18）通过输电线（16）经过配电单元（17）同时与动力泵（9）和可移动清淤泵（24）相连。
3.如权利要求1所述的单一河道内溢式水环境治理系统，其特征在于部分所述的进水
管（10）、部分所述的出水管（12）、流量控制阀（11）、动力泵（9）和配电单元（17）布置在泵站房（8）内。
4.如权利要求1所述的单一河道内溢式水环境治理系统，其特征在于所述的上游挡水
墙（3）、溢流墙（4）和下游挡水墙（6）采用橡胶坝、卧倒门、叠梁门或已有节制闸；所述的治理河段（5）随着上游挡水墙（3）和溢流墙（4）的完全支起而形成，随着上游挡水墙（3）和溢流墙（4）的完全放下而恢复；所述的净化池（7）随着溢流墙（4）和下游挡水墙（6）的完全支起而形成，随着溢流墙（4）和下游挡水墙（6）的完全放下而消失。
5.如权利要求1所述的单一河道内溢式水环境治理系统，其特征在于可移动清淤泵
（24）与清淤管道（25）安装在净化池（7）中，并利用配电单元（17）供电，达到定期清淤的目的。
6.一种利用权利要求1所述系统的单一河道内溢式水环境治理方法，其特征在于：当需
要进行单一河道水环境治理时，上游挡水墙（3）和溢流墙（4）完全支起，形成治理河段（5），溢流墙（4）和下游挡水墙（6）完全支起，形成净化池（7），治理河段（5）靠近上游挡水墙（3）一端的水在动力泵（9）所提供的动力作用下，经过进水管（10）和出水管（12）后进行生态净化，当净化池（7）的水位超出溢流墙（4）的顶高程后，净化后的水体会以堰流形式流回至治理河段（5）另一端中，从而形成平面环流，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，在净化池（7）中沉淀下来的部分污染物质通过可移动清淤泵（24）定期清淤，并利用清淤管道（25）排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下上游挡水墙（3）、溢流墙（4）和下游挡水墙（6），恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
7.如权利要求6所述的单一河道内溢式水环境治理方法，其特征在于水流的流量由流
量控制阀（11）控制，动力泵（9）和可移动清淤泵（24）的电力由太阳能电池板（14）、风力发电机（15）和自备电源（18）在配电单元（17）的控制下互补提供。
8.如权利要求6所述的单一河道内溢式水环境治理方法，其特征在于出水管（12）末端
采用射流方式出水，射出的水体与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。
9.如权利要求6所述的单一河道内溢式水环境治理方法，其特征在于出水管（12）射出
的水体经过湿地（19）、生态浮床（23）或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池（7）直接溢入治理河段（5）中。
单一河道内溢式水环境治理系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于水环境治理领域，特别涉及一种单一河道内溢式水环境治理系统及方法。
背景技术
[0002] 水环境是自然生态环境的重要组成部分，但伴随着工农业发展与城市化进程的加快，水环境恶化已成为不争的事实。各级政府及其相关职能部门也已经把水环境改善与修复列入了议事日程，并在实践中不断探索改善水环境尤其是修复城市河流水环境的良方。平原地区地势低平，河道水体流动性差，自净能力弱，容易形成死水，长期以往，会对当地的水生态环境、居民宜居适应性、工农业发展等造成非常严重的负面影响。如何改善平原地区河湖水质的状况，目前采用得较多的是引清调水方法，它是水体修复的一种物理方法，是在有条件的地方通过引入相对清洁的水体，达到改善水环境的目的。目前这种方法在国内外有较多成功的实例，如荷兰Veluwemeetr湖的引换水工程，国内的浦东河网调水工程、引江济太工程、玄武湖引水工程、西湖引水工程等都取得了一定的成效。但如果调水措施不合理，引清调水很可能会产生一定的负面影响，并且建设和运行成本高。因此，迫切需要寻找更多的、经济实用的河道水环境治理技术，其中针对不易封闭的单一河道和断头河道的水环境治理需要有效的治理技术。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种单一河道内溢式水环境治理系统及方法。本发明所采用的具体技术方案如下：
[0004] 单一河道内溢式水环境治理系统，具有三种实现模式，包括单一河道与生态浮床和湿地的组合模式、单一河道与生态浮床的组合模式和单一河道与湿地的组合模式。单一河道与生态浮床和湿地的组合模式包括：上游挡水墙、溢流墙、下游挡水墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、湿地、净化池入水口、生态浮床、可移动清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之间分别设置上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙，上游挡水墙和溢流墙之间形成治理河段，溢流墙和下游挡水墙之间形成净化池；在治理河段里设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管的射流经过一个或多个湿地后由净化池入水口流入净化池，在净化池中设置若干个生态浮床；溢流墙的顶部高超低于下游挡水墙，使净化池的水位超出溢流墙的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段中；单一河道与生态浮床的组合模式包括：上游挡水墙、溢流墙、下游挡水墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、生态浮床、可移动清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之间分别设置上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙，上游挡水墙和溢流墙之间形成治理河段，溢流墙和下游挡水墙之间形成净化池；在治理河段里设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管的射流经过明渠由净化池入水口流入净化池，在净化池中设置若干个生态浮床；溢流墙的顶部高超低于下游挡水墙，使净化池的水位超出溢流墙的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段中；单一河道与湿地的组合模式包括：上游挡水墙、溢流墙、下游挡水墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、湿地、净化池入水口、可移动清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之间分别设置上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙，上游挡水墙和溢流墙之间形成治理河段，溢流墙和下游挡水墙之间形成净化池；在治理河段上设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管的射流经过一个或多个湿地后再由净化池入水口流入净化池；溢流墙的顶部高超低于下游挡水墙，使净化池的水位超出溢流墙的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段中。
[0005] 作为优选，还包括太阳能电池板、风力发电机、输电线、配电单元和自备电源，太阳能电池板和风力发电机布置在泵站房屋面上，太阳能电池板、风力发电机和自备电源通过输电线经过配电单元与动力泵和可移动清淤泵相连。
[0006] 作为优选，部分所述的进水管、部分所述的出水管、流量控制阀、动力泵和配电单元布置在泵站房内。
[0007] 作为优选，所述的上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙采用橡胶坝、卧倒门、叠梁门或已有节制闸；所述的治理河段随着上游挡水墙和溢流墙的完全支起而形成，随着上游挡水墙和溢流墙的完全放下而恢复；所述的净化池随着溢流墙和下游挡水墙的完全支起而形成，随着溢流墙和下游挡水墙的完全放下而消失。
[0008] 作为优选，可移动清淤泵与清淤管道安装在净化池中，并利用配电单元供电，达到定期清淤的目的。
[0009] 一种利用所述系统的单一河道内溢式水环境治理方法，具体为：当需要进行单一河道水环境治理时，上游挡水墙和溢流墙完全支起，形成治理河段，溢流墙和下游挡水墙完全支起，形成净化池，治理河段靠近上游挡水墙一端的水在动力泵所提供的动力作用下，经过进水管和出水管后进行生态净化，当净化池的水位超出溢流墙的顶高程后，净化后的水体会以堰流形式流回至治理河段另一端中，从而形成平面环流，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，在净化池中沉淀下来的部分污染物质通过可移动清淤泵定期清淤，并利用清淤管道排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
[0010] 作为优选，所述的水流的流量由流量控制阀控制，动力泵和可移动清淤泵的电力由太阳能电池板、风力发电机和自备电源在配电单元的控制下互补提供。
[0011] 作为优选，出水管末端采用射流方式出水，射出的水体与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。
[0012] 作为优选，出水管射出的水体经过湿地、生态浮床或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池直接溢入治理河段中。
[0013] 本发明通过在河道上设置上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙，分别形成了治理河段和净化池，对受污染河道进行治理。本发明具有运行费用低、结构简单、投资节省、操作方便、经济和社会效益显著等优点，在城市化快速发展和能源、水环境危机的背景下极具研究推广价值，它能有效地改善河网复杂地区的河流水质，提高水体流速，增加河流水环境容量，并且对河流生态和航运影响小。
附图说明
[0014] 图1是单一河道与生态浮床和湿地的组合模式正视示意图；
[0015] 图2是单一河道与生态浮床和湿地的组合模式平面示意图；
[0016] 图3是单一河道与生态浮床的组合模式正视示意图；
[0017] 图4是单一河道与生态浮床的组合模式平面示意图；
[0018] 图5是单一河道与湿地的组合模式正视示意图；
[0019] 图6是单一河道与湿地的组合模式平面示意图。
[0020] 图1～6中附图标记分别为：上游河段1、下游河段2、上游挡水墙3、溢流墙4、治理河段5、下游挡水墙6、净化池7、泵站房8、动力泵9、进水管10、流量控制阀11、出水管12、泵站房屋面13、太阳能电池板14、风力发电机15、输电线16、配电单元17、自备电源18、湿地19、净化池入水口22、生态浮床23、可移动清淤泵24、清淤管道25和明渠26。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0022] 本发明中单一河道内溢式水环境治理系统的基本实现方式包括：挡水墙、溢流墙、动力泵、进水管、流量控制阀、出水管、可移动清淤泵和清淤管道；在上游河段和下游河段之间分别设置挡水墙和溢流墙，两者之间形成一个用于蓄水池或蓄水段；在上游河段中设有进水管，进水管连接动力泵，并经过流量控制阀与出水管相连，出水管将从上游河段抽取的水体注入该水池中，然后水溢流进入下游河段，溢流过程中水体含氧量得到提升。
[0023] 下面提供几种将上述系统与其他水体净化系统进行组合的方式，使其更好地应用于实际的河道治理中。该系统有三种实现模式，单一河道与生态浮床和湿地的组合模式、单一河道与生态浮床的组合模式和单一河道与湿地的组合模式，实际应用时可以根据河道的水质情况和当地地形、水文等条件选择合适的模式。
[0024] 如图1、2所示，单一河道内溢式水环境治理系统中的单一河道与生态浮床和湿地的组合模式，包括上游挡水墙3、溢流墙4、下游挡水墙6、动力泵9、进水管10、流量控制阀11、出水管12、湿地19、净化池入水口22、生态浮床23、可移动清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之间分别设置上游挡水墙3、溢流墙4和下游挡水墙6，上游挡水墙3和溢流墙4之间形成治理河段5，溢流墙4和下游挡水墙6之间形成净化池7；在治理河段5里设有进水管10，进水管10连接动力泵9，并经过流量控制阀11与出水管12相连，出水管12的射流经过湿地19净化再由净化池入水口22流入净化池7，在净化池7里通过生态浮床23再次净化；当净化池7的水位超出溢流墙4的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段5中。
[0025] 如图3、4所示，单一河道与生态浮床的组合模式包括上游挡水墙3、溢流墙4、下游挡水墙6、动力泵9、进水管10、流量控制阀11、出水管12、生态浮床23、可移动清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之间分别设置上游挡水墙3、溢流墙4和下游挡水墙6，上游挡水墙3和溢流墙4之间形成治理河段5，溢流墙4和下游挡水墙6之间形成净化池7；在治理河段5里设有进水管10，进水管10连接动力泵9，并经过流量控制阀11与出水管12相连，出水管12的射流经过明渠26由净化池入水口22流入净化池7，在净化池7里通过生态浮床23净化；当净化池7的水位超出溢流墙4的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段5中。
[0026] 如图5、6所示，单一河道与湿地的组合模式包括上游挡水墙3、溢流墙4、下游挡水墙6、动力泵9、进水管10、流量控制阀11、出水管12、湿地19、净化池入水口22、可移动清淤泵24和清淤管道25；在上游河段1和下游河段2之间分别设置上游挡水墙3、溢流墙4和下游挡水墙6，上游挡水墙3和溢流墙4之间形成治理河段5，溢流墙4和下游挡水墙6之间形成净化池7；在治理河段5上设有进水管10，进水管10连接动力泵9，并经过流量控制阀11与出水管
12相连，出水管12的射流经过湿地19净化再由净化池入水口22流入净化池7；当净化池7的水位超出溢流墙4的顶高程后，净化后的水体以堰流的形式流回至治理河段5中。
[0027] 单一河道内溢式水环境治理系统还可以包括：太阳能电池板14、风力发电机15、输电线16、配电单元17和自备电源18，太阳能电池板14和风力发电机15布置在泵站房屋面13上，太阳能电池板14、风力发电机15和自备电源18通过输电线16经过配电单元17与动力泵9和可移动清淤泵24相连。部分所述的进水管10、部分所述的出水管12、流量控制阀11、动力泵9和配电单元17布置在泵站房8内。上游挡水墙3、溢流墙4和下游挡水墙6由橡胶坝、卧倒门或叠梁门构成，也可以用已有节制闸因地制宜代替；治理河段5随着上游挡水墙3和溢流墙4的完全支起而形成，随着上游挡水墙3和溢流墙4的完全放下而恢复；净化池7随着溢流墙4和下游挡水墙6的完全支起而形成，随着溢流墙4和下游挡水墙6的完全放下而消失。可移动清淤泵24与清淤管道25安装在净化池7中，并利用配电单元17供电，达到定期清淤的目的。
[0028] 基于上述系统的单一河道内溢式水环境治理方法是：当需要进行单一河道水环境治理时，上游挡水墙3和溢流墙4完全支起，形成治理河段5，溢流墙4和下游挡水墙6完全支起，形成净化池7，治理河段5靠近上游挡水墙3一端的水在动力泵9所提供的动力作用下，经过进水管10和出水管12后进行生态净化，当净化池7的水位超出溢流墙4的顶高程后，净化后的水体会以堰流形式流回至治理河段5另一端中，从而形成平面环流，使得河流的流动性得到增强，河流的溶解氧量和水环境容量得到提高；同时，在净化池7中沉淀下来的部分污染物质通过可移动清淤泵24定期清淤，并利用清淤管道25排出，达到去除污染物质的目的，从而提升河流的水质；当河流水质改善到一定程度后，完全放下上游挡水墙3、溢流墙4和下游挡水墙6，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。所述的水流的流量由流量控制阀11控制，动力泵9和可移动清淤泵24的电力由太阳能电池板14、风力发电机15和自备电源18在配电单元17的控制下互补提供。出水管12出口采用射流形式，可通过调节角度使射出的水体可以与空气进行充分接触、曝气，从而挥发水中的一些污染物质，并大幅度增加水中溶解氧含量。出水管12射出的水体经过湿地19、生态浮床23或者其他类型的水净化处理设施及其组合净化后，经过净化池7直接溢入治理河段5中。
[0029] 本发明针对需要提升水质的单一河道，根据水流走向在上下游适当位置分别建设构成上游挡水墙、溢流墙和下游挡水墙的橡胶坝或卧倒门或叠梁门，如果河道一端封闭形成断头河，则下游处不需要再另行设置挡水墙，这些挡水墙或溢流墙都可以利用已有节制闸因地制宜代替，在河流侧岸上或跨河流建设泵站，安装进水管、流量控制阀、出水管等，在泵站房的屋面上铺设太阳能电池板和安装风力发电机，在泵站房内安装配电单元，连接输电线，河流水质生态净化处理包括将出水管连接到湿地中再在净化池里安装生态浮床，或者只设置湿地或者生态浮床，湿地不仅可以是天然湿地或人工湿地也可以根据规模大小布置2个及以上，之间用过渡明渠连接形成串联或者并联结构，形成单一河道内溢式水环境治理系统。当需要进行单一河道水质提升时，上游挡水墙和溢流墙完全支起，形成治理河段，溢流墙和下游挡水墙完全支起，形成净化池，开启动力泵和流量控制阀，调节流量控制阀使得水流流量大小合适，从而使得治理河流获得相对稳定的水动力环境，根据河流水环境治理目标设定单一河道水质提升系统的运行参数，可以利用生态浮床技术或者湿地净化功能达到水质处理的目的，并利用可移动清淤泵对净化池底部的污染物进行定期清淤，用清淤管道排走，当河流水质改善到一定程度后，可以根据需要关闭单一河道内溢式水环境治理系统，完全放下挡水墙，恢复原河流，避免对河流生态系统和航运造成大的影响。
[0030] 本发明既适用于单一河流，也适用于断头河。本发明的湿地既可以是天然湿地，也可以是人工湿地，湿地和生态浮床也可以用其他类型的水净化处理设施代替。本发明可以在低成本的前提下显著改善单一河道水环境，提高河流流速，增加河流水环境容量，产生巨大的经济社会效益。
[0031] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，在不方便开设明渠的地方，用输水管道替代明渠的方式也应理解为本发明的保护范围之内。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
