[發明專利]水力浮動選擇性取水裝置

無效

• 申請號: 201110179303.0
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102261108A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 盧金鎖;張博;丁艷萍;黃廷林
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: E03B3/04
• 分類號: E03B3/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于水庫取水技術領域，具體是一種可在建成水庫安裝的具有自調節水箱和浮動套筒的水力浮動選擇性取水裝置。

背景技術

深水型湖庫受太陽輻射傳熱，湖庫縱深向的溫度差引起湖庫在縱深向的密度分層。在春末、夏及秋初，湖庫表層水受到強烈太陽輻射和大氣傳熱，溫度升高密度降低，中下層水受熱傳導速率和太陽輻射衰減限制，溫度低、穩定密度較大，形成上輕下重的正向水體穩定分層；湖庫逆向分層則與正向分層相反，一般在冬季出現，湖庫表層水在低氣溫下散熱，導致其溫度低于中下層溫度，形成上重下輕的不穩定分層。

湖庫密度及溫度分層阻礙了縱深向水層之間的傳質過程，湖庫在縱深向水質分層。春夏季太陽輻射增強，近年國內多數湖庫表層范圍內大量繁殖藻類，表層一定范圍內藻類等水生生物含量大增；深水性湖庫或表層藻類生長限制了氧傳質，湖庫底層溶氧常年較低，沉積底質在低溶氧影響下釋放營養鹽、鐵及錳，使底層污染物濃度較高；現場監測和理論證實，湖庫洪水入流潛入同密度層，受入流攜帶的濁質、天然腐殖質及合成有機物等外來污染物影響，該層污染物濃度較重。因此在不同深度湖庫的水，包括溫度、密度、鐵、錳及不同污染物濃度的水質參數不相同，即湖庫在縱深向水質分層。

以凈化飲用水為目的的湖庫水源，采用傳統的表層取水存在明顯不足。以安全和經濟為目標飲用水凈化，要求進廠原水易于凈化，并借助常規工藝可凈化徹底，水廠出水中細菌及藻類相關藻毒素、濁質、有機及金屬類等無機污染物濃度低。一般，湖庫水在長停留時間下自然沉降，表層水中濁質顆粒濃度較低，開啟取水塔上層固定取水口，取一定范圍的表層水是傳統的主要取水方式。表層取水在冬春季常出現原水低溫低濁，水廠凈化困難和成本高；夏秋季湖庫表層藻類繁殖，導致原水藻含量增加，水廠凈水費用增加，供水水質安全性降低。

湖庫縱深向水質分層特性決定了湖庫水源縱深向選擇性取水。現有調查和研究表明，湖庫不同深度的水所含有機污染物量、浮游生物量、鐵錳等金屬污染濃度、濁度、水溫、pH等水質特性不同，且其水質分層是隨季節和水庫運行水位變化。根據季節和水庫運行水位，變取水深度可解決固定高度取水口的存在明顯的不足，可規避湖庫水源的高污染和凈化費用高的原水，取不同深度混合水可獲得與水處理藥劑（混凝劑）相匹配的水溫、pH和濁質原水。因此，利用湖庫水質分層特性，變深度取水或取不同深度混合水可獲得優質原水，從而降低凈水費用和提高供水水質。

固定式機控取水塔是目前國內外最常見的深水型湖庫分層取水構筑物。取水塔上一般設置3~5個取水口，通過卷揚機調控取水口閘門的開啟，取得庫底以上固定高度范圍內原水，存在如下的幾個不足：

1）取水深度調節有限。傳統取水構筑物的取水口是固定的，其只能取得固定高度上的水，水庫分層是隨季節、水位和入流等因素影響而改變，3~5個固定取水口與湖庫水質分層特性變化不相適應，經常出現難以取得湖庫某一深度上的優質水。

2）選擇性取水塔建設結構復雜及費用昂貴。取水塔一般建在水庫最深、距離大壩一定距離處，由過水塔井、數道隔水門、工作閘門及大壩至取水塔高空工作橋組成，主體結構全部由鋼筋混凝土構成，體積龐大，建設復雜且周期長，費用昂貴。

3）取水塔建設期受時間限制。常規水庫分層取水裝置需要與水庫大壩同期施工修建。當水庫建成蓄水后，將深孔取水設施改建為分層取水則受水庫水位、地質地形、施工、水庫功能需要等限制，因而困難重重。國外成功改造經驗表明工程費用大，難以有效推廣。

4）取水機械控制復雜，耗電不節能。機械控制取水塔動力機控裝置結構復雜，閘門的開閉由卷揚機拉動，卷揚機裝機容量大，啟動電流大，瞬間能耗大，非啟閉期間變壓器容量及設備閑置，維護工作量大，成本高。

5）混層取水實現困難。機控式取水塔的工作過程是通過單卷揚機開啟并懸吊其中1個取水口閘門，其它取水口閘門在重力作用下，保持關閉狀態。同時開啟2個不同深度取水口閘門，由于卷揚機設置及調控復雜，實現困難，因此現有的機控式取水塔難以獲得水廠易處理的混層水。

6）取水塔在湖庫面上點式取水的限制。已有的調查及研究表明，受風、湖庫入流及大壩折射等作用，湖庫平面上各點的水質不相同。尤其在夏秋季，湖庫表面上的藻類隨風飄移，經常出現取水塔周邊表層富集藻類的現象，導致取水水質下降及水廠凈化困難（如2007年5月太湖藍藻爆發引起的無錫供水中斷的事件）。

發明內容