一种人工景观湖全水域水流循环方法

摘要

本发明公开了一种人工景观湖全水域水流循环方法，根据人工景观湖水域面积和形状，沿湖周及湖中岛屿间的连通水域设计闭环式水流流动方案，即用闭合曲线表示水流循环流动路径，箭头表示流动方向；根据闭环式水流流动方案在水流循环流动路径上设置水流加速装置，通过水流加速装置驱动水流流动；通过进水管和出水管的流速确定流速影响范围，根据水流循环流动路径的长度和流速影响范围，确定水流加速装置的个数及位置，沿水流循环流动路径依次置于湖中。本方法实现了湖区全水域水流循环，使湖水在静水期能够通过人工水力循环的方式增加水体的流动性，促进了水体污染物的对流交换和稀释，有利于增强水体自净能力，加快污染物的降解，改善了水体水质。

说明书

技术领域

本发明属于建筑和环境工程领域，特别涉及一种人工景观湖全水域水流 循环方法。

背景技术

人工景观湖泊作为改善人居环境的一项水利工程设施，在水域面积不断缩 小的今天显得至关重要。例如，城市建设规划中的人工湖泊水系、公园中修建 的景观湖泊、环绕商业贸易区的湖泊和高档居民生活区的湖泊等等，这些人工 湖泊提供适宜的景观气息，提高城市环境品质，提供更丰富的娱乐和休闲环境， 缓解城市热岛效应，改善局部大气状况，满足人们的亲水需求，推动区域社会 经济效益。

随着中国经济的迅速发展，人工景观湖已成为城市公共场所和居住环境的 重要组成部分。例如，北京玉泉山景观湖、天津东丽湖、北京欢乐谷景观湖、 成都两河公园景观湖、上海鲁迅公园景观湖、北京大学校内未名湖和广州华南 新城居民区内景观湖等。一方面，人工景观湖的修建增大了对生态环境用水量 的需求；另一方面，人工景观湖通常位处城市居民日常活动区域，其观赏功能 对水体颜色、透明度、气味、有毒物质、大肠杆菌等理化指标有一定要求。只 有水量丰富、感观优美和健康无害的人工景观湖才能良好地实现环境和景观功 能。

然而，与天然湖泊和河流等水体相比，人工景观湖有流动性相对缓慢、湖 体水量较小、水体更新时间较长、与周边水系的连通性较差、环境容量较小的 特点，而且对冲击负荷抵抗能力弱，水质容易恶化。大量调查结果表明，我国 有些景观湖水质普遍恶化，水体透明度低，夏季易爆发水华，散发恶臭，不但 丧失了景观功能，甚至破坏环境，危害人体健康。近年来，北京市中心区景观 水体22个监测湖泊中只有13个达标^[1]；上海市的10个城市公园中4个湖体达 到国家地表水环境质量标准的Ⅳ类标准，4个达到Ⅴ类标准，2个为劣Ⅴ类水体 ^[2]；南京若干高校生活园区的景观都处于中度至重度富营养状态，具备水华爆发 的基本条件^[3]；西安市城区7个景观水体中5个达到Ⅴ类水质，其余2个水体富 营养化严重^[4]。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

人工景观湖的湖水水质无法持续保持良好，补水水源污染负荷控制不当， 致使人工景观湖降低或失去景观功能，甚至影响城市生态系统和周边水域水环 境。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种人工景观湖全水 域水流循环方法，本方法加大了湖区水体流动性，详见下文描述：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种人工 景观湖全水域水流循环方法，所述方法包括以下步骤：

1）根据人工景观湖水域面积和形状，沿湖周及湖中岛屿间的连通水域设计 闭环式水流流动方案，即用闭合曲线表示水流循环流动路径，箭头表示流动方 向；

2）根据所述闭环式水流流动方案在所述水流循环流动路径上设置水流加速 装置，通过所述水流加速装置驱动水流流动；

其中，所述水流加速装置通过索锚固定漂浮于湖面上，所述水流加速装置 包括：浮板，所述浮板上设置有太阳能电池板，所述浮板下部与泵箱相 连；所述泵箱的两侧设置有进水管和出水管；所述泵箱内设置有潜水泵； 所述太阳能电池板吸收太阳能并转换为电能，将所述电能传输至潜水泵， 所述潜水泵做功后，水流从所述进水管进入所述泵箱，再从所述出水管 流入湖中；

3）通过所述进水管和所述出水管的流速确定流速影响范围，根据所述水流 循环流动路径的长度和所述流速影响范围，确定所述水流加速装置的个数及位 置，沿所述水流循环流动路径依次置于湖中。

所述太阳能电池板呈莲花状，根据人工景观湖所在地区的太阳直射角调 整开启角度。

所述进水管处设拦污栅；通过所述拦污栅实现了对水体中杂物的拦截。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法实现了湖区全水域水流循环， 使湖水在静水期能够通过人工水力循环的方式增加水体的流动性，促进了水体 污染物的对流交换和稀释，有利于水质保持。

附图说明

图1为本发明提供的闭环式水流流动方案的示意图；

图2为本发明提供的水流加速装置的结构示意图；

图3为本发明提供的水流加速装置的侧视图；

图4为本发明提供的水流加速装置的俯视图；

图5为本发明提供的一种人工景观湖全水域水流循环方法的流程图。

附图中所列部件列表如下所示：

1：太阳能电池板；2：浮板；

3：进水管；4：泵箱；

5：潜水泵；6：出水管；

3-1：拦污栅。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，兹例举以下实施例，并配 合附图详细说明如下：

根据一般认识，人工景观湖中水体经过长期静置后，易变黑、发臭，失去 景观功能，因此需要定期更替湖中水体，此更替时期称为换水期。换水期水体 流动性较强，依靠水动力将水体更替。然而，一般的人工景观湖换水条件受水 源限制，换水周期和每次换水时间有限，大部分时间处于非换水期，即静水期。 在静水期水流常处于静置状态，流动性较弱，更不可能形成循环运动。根据物 理规律，使湖区水体循环流动将有利于水质保持良好。因此，本方法将利用水 力学原理和太阳能电池技术，形成人工景观湖全水域水流循环方法，通过人工 水力循环的方式实现湖区水体按照一定的流动方案自循环，改善静水期湖区水 体的流动性，提高水流流速，达到改善和保持水质的目的。

为了加大湖区全水域水体流动性，本发明实施例提出了一种人工景观湖全 水域水流循环方法，参见图1、图2、图3、图4和图5，详见下文描述：

101：根据人工景观湖水域面积和形状，沿湖周及湖中岛屿间的连通水域设 计闭环式水流流动方案，即用闭合曲线表示水流循环流动路径，箭头表示流动 方向；

其中，该闭环式水流流动方案即水流循环方案，该方案是针对静水期实现 水流循环运动，故循环路径仅考虑静水期的水流循环效果，不考虑换水期的水 动力条件。因此，从全水域的角度实现湖区整体水流循环，对于湖湾和岸边等 局部浅水水域的流动性在本方法中未涉及。

参见图1，该水流循环方案使湖区大部分水体循环运动，由湖区西北宽阔水 域流经岛屿与南岸形成的连通水域，再经东南、北侧宽阔水域，最终回至西北 宽阔水域，实现该湖在静水期的水流循环。

102：根据闭环式水流流动方案在水流循环流动路径上设置水流加速装置， 通过水流加速装置驱动水流流动；

其中，水流加速装置通过索锚固定漂浮于湖面上，参见图2、图3和图4， 水流加速装置包括：浮板2，浮板2上设置有太阳能电池板1，浮板2下 部与泵箱4相连；泵箱4的两侧设置有进水管3和出水管6；泵箱4内 设置有潜水泵5；太阳能电池板1吸收太阳能并转换为电能，将电能传 输至潜水泵5，潜水泵5做功后，水流从进水管3进入泵箱4，再从出水 管6流入湖中。

其中，太阳能电池板1呈莲花状，根据人工景观湖所在地区的太阳直射 角调整开启角度。

其中，进水管3处设拦污栅3-1，通过拦污栅3-1实现了对水体中杂物的拦 截。

103：通过进水管3和出水管6的流速确定流速影响范围，根据水流循环流 动路径的长度和流速影响范围，确定水流加速装置的个数及位置，沿水流循环 流动路径依次置于湖中。

按照以上三步，最终形成人工景观湖全水域水流循环方法，通过人工水力 循环的方式改善静水期湖区水体的流动性，提高水流流速，使水流按照循环方 案实现全水域水流循环。

下面以一个具体的实例来详细说明本发明实施例提供的一种人工景观湖 全水域水流循环方法，参见图1、图2、图3和图4，详见下文描述：

某人工景观湖湖区水域面积为5.6km²，水岸线长度21.66km，正常蓄水位 为85.50m，库容2680万m³。在换水期，将由第一规划水源进水口和第二规划 水源进水口引水至湖中进行水体更新，换水时间约为1个月，一年换水3～4次。 换水期，水流具有较强的流动性，湖中水体被新的水体更换，水质状况得以改 善。但是，在换水期间隔内有长达2-3个月的静水期，水体流动性较弱，水质 逐渐趋于恶化。因此，以该人工景观湖为例，采用本方法实现水体全水域水流 循环，具体说明如下：

（1）水流循环方案

根据湖水域面积和形状，设计了一全水域水流循环方案，图中闭合曲线表 示循环路径，箭头表示水流方向。该循环方案使湖区大部分水体循环运动，由 湖区西北宽阔水域流经岛屿与南岸形成的连通水域，再经东南、北侧宽阔水域， 最终回至西北宽阔水域，实现该湖在静水期的水流循环。

（2）水流加速装置

为驱动水流流动，在循环路径上安置水流加速装置，水流加速装置由索锚 固定漂浮于湖面。具体实现时，当太阳能电池板1展开至150°时（当地太阳直 射角32°），整个水流加速装置水平方向最大直径5.1m，高1.85m（水上部分 0.85m、水下部分1m）。太阳能电池板1吸收太阳能为水流加速装置提供能量， 电池板呈莲花状，分为6瓣，每瓣功率6KW，长1500mm，面积1.48m²，启闭 角度30°-150°。浮板2上表面直径2500m，下表面直径2000mm，厚度300mm， 可根据太阳能电池板1的重量由不同材质构成，为其提供足够的浮力，使之浮 于水面，形如出水芙蓉，给人以美的视觉享受。水流从进水管3流入，进水管3 直径380mm，长1300mm，进水口处设置拦污栅3-1。泵箱4两侧与进水管3和 出水管6连通，长2500mm，宽2000mm，高800mm，箱内配有潜水泵5一台。 潜水泵5为水流加速装置的核心部件，太阳能电池板1为其提供电能，经潜水 泵5做功后，水流不断地从进水管3进入泵箱4，再从出水管6流入湖中。潜水 泵5的性能参数为口径300-400mm，流量500-1200m³/h，扬程2-6m，功率 20-30KW。出水管6直径380mm，长1300mm。

当采用上述规格参数后，进水管3流速1-3m/s，出水管6流速2-4m/s，流 速影响范围500m。本装置利用太阳能电池技术，将太阳能转化为电能，通过潜 水泵增加水体的流动性，提高流速，实现驱动水流流动的功能。

（3）装置布设位置

通过上述水流循环方案中使用了14个水流加速装置，参见图1，序号为 #1-#14，西北宽阔水域的装置命名为#1，逆时针排序，相邻装置间距400-500m。

参考文献：

[1]吴秋丽，全昌明，许晓波，北京市城市中心区景观水体水质状况调查及改善 策略[J].安徽：农业科学，2010，38(5)：2556-2557.

[2]程婧蕾，王丽卿，季高华等，上海市10个城市公园景观水体富营养化评价[J] 上海海洋大学学报，2009，18(4)：435-442.

[3]王琳，李敬伟，宫朝举等，高校景观水体水质调查与富营养化状态评价[J]. 徽农学通报，2010，16(9)：154-157.

[4]王云中，杨成建，陈兴都，西岸市景观水体营养状态调查及浮游藻类多样性 研究[J].环境监测管理与技术，2010，22(3)：22-26.

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明 实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。