利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物及运行方法

技术领域

本发明涉及水利与环保技术领域，具体涉及一种利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物。

背景技术

目前，在江河入海口的河床上通常会设置河口挡水建筑物及其两侧的截水墙，用以蓄留住河道和地下沙砾间的水，形成河口水库以开发利用，同时把江河内的地下淡水与大海的咸水隔开，以防止海水倒灌。但现有江河入海口河口挡水建筑物及其两侧设置截水墙的结构导致了河床下砂砾中的水因无法流通成为死水，破坏了生态与环境，降低了河口区域水的利用率。加上每天的潮汐变化，使江河水位与大海水位交替变高变低，为了防止海水倒灌，河口挡水建筑物的闸门需频繁启闭，使得闸门管理不便、易损坏和能耗大。

发明内容

针对现有江河入海口河口挡水建筑物及其两侧设置截水墙的不足，本发明提出一种利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物，它保留了闸门的常规设计，在所有中墩内设置了短虹吸管道，协助闸门把河口地表水库水宣泄到大海；在所有隔墩和隔墙内设置了长虹吸管道，把河口地下水库水宣泄到大海，以保持河口地表与地下水库良好的水质，防止海水倒灌；配备了水位传感器和水质传感装置，智能控制河口挡水建筑物的取水、泄水、换水，更好地利用了河口水库的雨洪资源，减少能耗，保护生态与环境，提高河口区域水的利用率。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物，其特征在于：所述立体挡水建筑物设置在江河入海口的河床上，所述立体挡水建筑物两侧的河岸内各有一道截水墙，所述立体挡水建筑物和两侧截水墙相互连接把江河水与大海水分隔开，所述立体挡水建筑物上游河床上的地表水形成地表水库，所述立体挡水建筑物上游的地下沙砾间蓄留大量地下水形成地下水库；所述立体挡水建筑物的地基上设有基础板，在所述基础板上的两侧分别设有一道边墙，在两道边墙之间的基础板上设有等距又相互间隔的中墙和隔墙，在所述基础板上的下游侧设有后墙，在所述基础板上的上游侧设有前墙，所述基础板、边墙、前墙和后墙围成储水室；所述边墙、中墙、隔墙、后墙和前墙顶面设有闸底板，所述闸底板的顶面与河床面平齐；所述边墙处的闸底板的顶面设有边墩，所述中墙处的闸底板顶面设有中墩，所述隔墙处的闸底板顶面设有隔墩，所述边墩、中墩和隔墩的下游部位分别设有门槽，所述门槽内分别活动安置有闸门；所述边墩、中墩和隔墩的顶面上游侧设有交通桥，所述闸底板、边墩、中墩、隔墩和交通桥构成闸室；所述边墩顶面连接有边柱，所述中墩、隔墩顶面连接有立柱，所述边柱和立柱顶面设有启闭台；所述储水室、闸室和启闭台形成三层方格架构；所述前墙的上游侧设有汇水箱，所述汇水箱与所述前墙上的通水口连通，所述汇水箱上游侧河床内的沙砾中埋置有滤水管，所述滤水管与所述汇水箱连通；所述汇水箱两侧的上方分别设有上游翼墙；所述闸底板下游侧设有消力池，所述消力池两侧的上方分别设有下游翼墙，所述消力池下游侧的海滩上设有海幔；所述上、下游翼墙上和储水室内都安装有水位传感器和水质监测装置；所述汇水箱内设有水泵与所述立柱连通；所述中墩内设有短虹吸管道，所述中墩顶面设有电磁气阀、左侧电磁水阀与所述短虹吸管道连通；所述隔墩和隔墙内设有长虹吸管道，所述隔墩顶面设有电磁气阀、右侧电磁水阀与所述长虹吸管道连通。

一种利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）把水质传感装置、水位传感器、电磁气阀、左侧电磁水阀、右侧电磁水阀、水泵和闸门启闭机的电缆与控制柜联接，打开控制柜的电源，实时监测地表与地下水库和大海的水位和水质，开启水泵将立柱内腔注满水，做好地表与地下水库取水、泄水或换水的准备；

（2）蓄水期，关闭立体挡水建筑物的闸门，挡住江河的水流入大海，也挡住海水的倒灌；当水质传感装置输出地表与地下水库水质良好的信号给控制柜时，控制柜控制地表水库水或水泵提取地下水引入用户；当水质传感装置输出地表水库水质不好的信号给控制柜时，控制柜关闭中墩顶面的电磁气阀，打开左侧电磁水阀，把立柱内的水经输水管输入短虹吸管道内，并从短虹吸管道的拍门流出，短虹吸管道的驼峰段内产生真空，在虹吸的作用下，短虹吸管道把地表水库的水排入大海，用江河上游来的好水更换地表水库的水；直至水质传感装置输出地表水库水质好的信号给控制柜，控制柜打开中墩顶面的电磁气阀，破坏了短虹吸管道的驼峰段内的真空，短虹吸管道停止把地表水库的水虹吸排入大海；当水质传感装置输出地下水库水质不好的信号给控制柜时，控制柜关闭隔墩顶面的电磁气阀，打开右侧电磁水阀，把立柱内的水经输水管输入长虹吸管道内，并从长虹吸管道的拍门流出，长虹吸管道的驼峰段内产生真空，在虹吸的作用下，长虹吸管道把汇水箱内的水排入大海；河床的水及其两侧的地下水向河床内的沙砾层汇拢，河床沙砾层中的水渗入滤水管，通过滤水管流入汇水箱，用江河上游来的好水更换地下水库的水；直至水质传感装置输出地下水库水质好的信号给控制柜，控制柜打开隔墩处电磁气阀，破坏了长虹吸管道的驼峰段内的真空，长虹吸管道停止把地下水库的水虹吸排入大海；

（3）汛期，当水位传感器输出江河水位高于正常蓄水位及大海水位的信号给控制柜时，控制柜打开闸门让地表水库的水流入大海；同时，控制柜关闭隔墩顶面的电磁气阀，打开右侧电磁水阀，把立柱内的水经输水管输入长虹吸管道内，并从长虹吸管道的拍门流出，长虹吸管道的驼峰段内产生真空，在虹吸的作用下，长虹吸管道把地下水库的水排入大海，用江河上游来的好水更换地下水库的水；

（4）当水位传感器输出大海水位高于江河水位的信号给控制柜时，控制器关闭立体挡水建筑物的闸门，不让海水流入河口水库；短虹吸管道和长虹吸管道的拍门在不虹吸水时为常闭状态，不让海水流进。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实施例的利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物，在地表水和地下水最集中的河床处修建，有利于最大水量的蓄水和排水；把河口挡水建筑物主体结构储水室、闸室和启闭台设计为三层方格架构形状的立体框架结构，有利于结构刚度大和地基承载；把储水室、闸室和启闭台集中设置，上、下游翼墙和消能设施公用，不但占地和投资少，而且有利于水调度和管理；把闸底板设计为梁板结构，在边墙和中墙上设置直梁，减轻了闸底板的重量，有利于闸底板、边墙、隔墙和中墙的受力；保留了闸门常规设计的优点，汛期把河口水库的地表水库水宣泄到大海；在所有中墩内设置了短虹吸管道，有利于在关闭闸门阻挡海水入侵情况下，排泄地表水库的水，及时更换地表水库的水，保持地表水库有良好水质，防止海水倒灌；在所有隔墩内设置了长虹吸管道，有利于在关闭闸门阻挡海水入侵情况下，排泄地下水库的水，及时更换地下水库的水，保持地下水库有良好水质，防止海水倒灌；采用短虹吸管道或长虹吸管道的泄水构造，不但利用中墩或隔墩、隔墙结构的空间，而且省能耗和便于自动控制；设置水位传感器和水质监测装置监测水质与水位，能按设定的方案与程序智能控制立体挡水建筑物的取水、泄水、换水，更好地利用了雨洪资源，减少能耗，保护生态与环境，提高河口区域水的利用率。

2、本发明实施例的利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物，把立柱设计为蓄水的空心柱，不但利用了立柱结构的空间，而且有利于为短虹吸管道或长虹吸管道注水，引发短虹吸管道或长虹吸管道产生虹吸；把汇水箱的箱顶板设计为通常水闸的铺盖，有利于通过过闸水流和防冲刷；在消力池内设置有跌水池，有利于过闸水流和虹吸管泄水的消能。

3、本发明具有安全、运行可靠、构造简单、结构合理、集成度高、功能多、智能控制、易施工、管理简便、投资少、能耗低、占地少、实时监测等的特点，确保了地表与地下水库的水质。

附图说明

图1为本发明的侧剖视结构示意图。

图2为本发明的前剖视结构示意图。

图中标号：1江河水位、2大海水位、3河床、4截水墙、5滤水管、6上游翼墙、7下游翼墙、8立体挡水建筑物、9基础板、10边墙、11中墙、12隔墙、13后墙、14前墙、15边墩、16中墩、17隔墩、18交通桥、19闸门、20边柱、21立柱、22启闭台、23闸底板、24直梁、25短虹吸管道、26长虹吸管道、27驼峰段、28输水管、29拍门、30箱顶板、31挡沙坎、32挡墙、33隔板、34箱底板、35消力池、36消力坎、37跌水池、38海幔。

具体实施方式

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供一种利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物。在江河入海口的河床3上设置所述的立体挡水建筑物8，在该立体挡水建筑物8两侧的河岸内各有一道截水墙4，该立体挡水建筑物8和两侧截水墙4相互连接把江河水与大海水分隔开，该立体挡水建筑物8上游河床3上的地表水形成地表水库，该立体挡水建筑物8上游的地下沙砾间蓄留大量地下水形成地下水库。在所述立体挡水建筑物8的地基上有基础板9，在所述基础板9上的两侧有边墙10，在该两道边墙10之间的基础板9上有等距又相互间隔的中墙11和隔墙12，在所述基础板9上的下游侧有后墙13，在所述基础板9上的上游侧有前墙14，由该些基础板9、两道边墙10、前墙14和后墙13围成储水室。在该些所述的边墙10、中墙11、隔墙12、后墙13和前墙14顶面有闸底板23，所述闸底板23的顶面与河床面平齐。在两道边墙10处所述闸底板23的顶面都有边墩15，在中墙11处的所述闸底板23顶面都有中墩16，在隔墙12处的所述闸底板23顶面都有隔墩17，在所述边墩15、中墩16和隔墩17的下游部位都有门槽，在该些门槽内都活动安置有闸门19。在所述边墩15、中墩16和隔墩17的顶面上游侧有交通桥18，由闸底板23、边墩15、中墩16、隔墩17和交通桥18构成闸室。在两道所述边墩15上都连接有边柱20，在所有所述中墩16或隔墩17上都连接有立柱21，在该些边柱20和立柱21上有启闭台22。启闭台22是连续梁结构，与边柱20和立柱21整体浇注混凝土，用于安装卷扬机来启闭闸门19。整个所述的储水室、闸室和启闭台22的结构，形成三层方格架构形状。在所述前墙14的上游侧有汇水箱，该汇水箱与所述前墙14上的通水口连通，在该汇水箱上游侧河床3内的沙砾中埋置有滤水管5，该些滤水管5都与所述汇水箱连通。在所述汇水箱两侧的上方都有上游翼墙6，在所述闸底板23下游侧有消力池35，在该消力池35两侧的上方都有下游翼墙7，在该消力池35下游侧的海滩上有海幔38。在所述的上游翼墙6上、下游翼墙7上和储水室内都安装有水位传感器和水质监测装置。

所述汇水箱内设有水泵与所述立柱21连通。所述中墩16内设有短虹吸管道25，所述中墩顶面设有电磁气阀、左侧电磁水阀与所述短虹吸管道25连通。所述隔墩17和隔墙12内设有长虹吸管道26，所述隔墩17顶面设有电磁气阀、右侧电磁水阀与所述长虹吸管道26连通。

所述汇水箱箱顶板30的顶面与河床3面平齐，所述汇水箱箱顶板30的挡沙坎31和所述消力池35的消力坎36的顶面均高于河床面。在所述闸门19处闸底板23的底面有直梁24，该直梁24两端分别连接于左侧的边墙10与中墙11、中墙11与隔墙12、隔墙12或中墙11与右侧的边墙10。

所述的立柱21为空心柱，在该立柱21空心腔内盛有水。在所述立柱21的底部有进水口、左侧出水口或右侧出水口，该进水口上有水管与所述汇水箱内的水泵连通。中墩16处的立柱21底部的左侧出水口上有水管与中墩16顶面的左侧电磁水阀连通，隔墩17处的立柱21底部的右侧出水口上有水管与隔墩顶面的右侧电磁水阀连通。

在所述中墩16内设置所述的短虹吸管道25，该短虹吸管道25从上游至下游依次有进水段、驼峰段27、三通和出水段，该短虹吸管道25为“∩”的形状。所述短虹吸管道25的进水口位于中墩16上游侧的下部，该进水口为喇叭口。所述短虹吸管道25的出水口位于中墩16下游侧的下部，该出水口的端部有拍门29。所述短虹吸管道25驼峰段27的顶部有进气口，该进气口上有气管与所述中墩16顶面的电磁气阀连通。在所述三通的进水口上有输水管28，该输水管28与中墩16顶面处所述的左侧电磁水阀连通。当开启短虹吸管道25虹吸水时，关闭中墩16顶面处的电磁气阀，打开中墩16顶面处左侧电磁水阀，立柱21内的水通过左侧出水口、左侧电磁水阀、输水管28、三通的进水口流入短虹吸管道25，并从短虹吸管道25出水段的出水口流出，使得短虹吸管道25驼峰段27内形成真空，在大气压力作用下把上游的水虹吸到短虹吸管道25的下游。从短虹吸管道25出水口虹吸出的水完全冲开拍门29，触动安装在拍门29连接铰位置的与控制柜电连接的一个开关，使开关提供一个触发信号给控制柜关闭左侧电磁水阀，立柱21空心腔内的水停止流入三通，短虹吸管道25内依然虹吸水；当关闭短虹吸管道25虹吸水时，打开中墩16顶面的电磁气阀，空气从驼峰段27顶部的进气口进入短虹吸管道25，破坏了驼峰段27内的真空，短虹吸管道25立即停止虹吸水。

所述隔墩17和隔墙12内设置所述的长虹吸管道26，该长虹吸管道26从上游至下游依次有进水段、驼峰段27、三通和出水段，该长虹吸管道26为“∩”的形状。所述长虹吸管道26的进水口位于所述隔墙12上游侧的下部，该进水口为喇叭口。所述长虹吸管道26的出水口位于所述隔墩17下游侧的下部，该出水口的端部有拍门29。所述长虹吸管道26驼峰段27的顶部有进气口，该进气口上有气管与所述隔墩17顶面的电磁气阀连通。在所述三通的进水口上有输水管28，该输水管28与隔墩17顶面处所述的右侧电磁水阀连通。当开启长虹吸管道26虹吸水时，关闭隔墩17顶面处的电磁气阀，打开隔墩17顶面处右侧电磁水阀，立柱21内的水通过右侧出水口、右侧电磁水阀、输水管28、三通的进水口流入长虹吸管道26，并从长虹吸管道26出水段的出水口流出，使得长虹吸管道26驼峰段27内形成真空，在大气压力作用下把上游的水虹吸到长虹吸管道26的下游。从长虹吸管道26出水口虹吸出的水完全冲开拍门29，拍门29触动拍门29开关，拍门29开关关闭右侧电磁水阀，立柱21空心腔内的水停止流入三通，长虹吸管道26内依然虹吸水；当关闭长虹吸管道26虹吸水时，打开隔墩17顶面的电磁气阀，空气从驼峰段27顶部的进气口进入长虹吸管道26，破坏了驼峰段27内的真空，长虹吸管道26立即停止虹吸水。

所述汇水箱为四方形的水箱，所述的挡沙坎31位于该汇水箱顶板30顶面的上游侧，所述汇水箱内箱底板34顶面低于所述基础板9的顶面，如同有台阶。在所述汇水箱的挡墙32上有一排与所述滤水管5连通的孔口，在所述汇水箱内有数道隔板33，该些隔板33上都有通水孔口连通。当长虹吸管道26虹吸水时，河床3的水及其两侧的地下水向河床3内的沙砾层汇拢，河床3沙砾层中的水渗入滤水管5，通过滤水管5流入汇水箱，汇水箱内的水由长虹吸管道26虹吸到立体挡水建筑物8的下游。

所述的消力池35为矩形池，在该消力池35的下游侧有所述的消力坎36，该消力坎36的顶面高于下游的海滩面。在每个中墩16或隔墩17处所述消力池35的底板上都有跌水池37，该些跌水池37为方形，该跌水池37与相应位置的中墩16或隔墩17等宽，该跌水池37的池墙顶面与所述消力池35底板顶面平齐。当虹吸的水从短虹吸管道25或长虹吸管道26出水口泄出时，让泄出水流跌入跌水池37消能，再经过消力池35消力坎36消能后流向海里。当打开闸门19泄流时，从闸底板23上泄出水流在消力池35的消力坎36消能后流向海里，上述都是避免对下游的冲刷。

实施例二

本实施例提供利用雨洪资源的河口地表地下立体挡水建筑物的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）把水质传感装置、水位传感器、电磁气阀、左侧电磁水阀、右侧电磁水阀、水泵和闸门19启闭机的电缆与控制柜联接，打开控制柜的电源，实时监测地表与地下水库和大海的水位和水质，开启水泵将立柱21内腔注满水，做好地表与地下水库取水、泄水或换水的准备。

（2）蓄水期，关闭立体挡水建筑物8的闸门19，挡住江河的水流入大海，也挡住海水的倒灌。当水质传感装置输出地表与地下水库水质良好的信号给控制柜时，控制柜控制地表水库水或水泵提取地下水引入灌渠、厂矿、城市等用户；当水质传感装置输出地表水库水质不好的信号给控制柜时，控制柜关闭中墩16顶面的电磁气阀，打开左侧电磁水阀，把立柱21内的水经输水管28输入短虹吸管道25内，并从短虹吸管道25的拍门29流出，驼峰27段内产生真空，在虹吸的作用下，短虹吸管道25把地表水库的水排入大海，用江河上游来的好水更换地表水库的水。直至水质传感装置输出地表水库水质好的信号给控制柜，控制柜打开中墩16顶面的电磁气阀，破坏了驼峰27段内的真空，短虹吸管道25停止把地表水库的水虹吸排入大海；当水质传感装置输出地下水库水质不好的信号给控制柜时，控制柜关闭隔墩17顶面的电磁气阀，打开右侧电磁水阀，把立柱21内的水经输水管28输入长虹吸管道26内，并从长虹吸管道26的拍门29流出，驼峰27段内产生真空，在虹吸的作用下，长虹吸管道26把汇水箱内的水排入大海。河床3的水及其两侧的地下水向河床3内的沙砾层汇拢，河床3沙砾层中的水渗入滤水管5，通过滤水管5流入汇水箱，用江河上游来的好水更换地下水库的水。直至水质传感装置输出地下水库水质好的信号给控制柜，控制柜打开隔墩17顶面电磁气阀，破坏了驼峰27段内的真空，长虹吸管道26停止把地下水库的水虹吸排入大海。

（3）汛期，当水位传感器输出江河水位1高于正常蓄水位及大海水位2的信号给控制柜时，控制柜打开闸门19让地表水库的水流入大海。同时，控制柜关闭隔墩17顶面的电磁气阀，打开右侧电磁水阀，把立柱21内的水经输水管28输入长虹吸管道26内，并从长虹吸管道26的拍门29流出，驼峰27段内产生真空，在虹吸的作用下，长虹吸管道26把地下水库的水排入大海，用江河上游来的好水更换地下水库的水。

（4）当水位传感器输出大海水位2高于江河水位1的信号给控制柜时，控制器关闭立体挡水建筑物8的闸门19，不让海水流入河口水库。短虹吸管道25和长虹吸管道26的拍门29在不虹吸水时为常闭状态，不让海水流进。