[发明专利]水力浮动选择性取水装置

说明书

技术领域

本发明属于水库取水技术领域，具体是一种可在建成水库安装的具有自调节水箱和浮动套筒的水力浮动选择性取水装置。

背景技术

深水型湖库受太阳辐射传热，湖库纵深向的温度差引起湖库在纵深向的密度分层。在春末、夏及秋初，湖库表层水受到强烈太阳辐射和大气传热，温度升高密度降低，中下层水受热传导速率和太阳辐射衰减限制，温度低、稳定密度较大，形成上轻下重的正向水体稳定分层；湖库逆向分层则与正向分层相反，一般在冬季出现，湖库表层水在低气温下散热，导致其温度低于中下层温度，形成上重下轻的不稳定分层。

湖库密度及温度分层阻碍了纵深向水层之间的传质过程，湖库在纵深向水质分层。春夏季太阳辐射增强，近年国内多数湖库表层范围内大量繁殖藻类，表层一定范围内藻类等水生生物含量大增；深水性湖库或表层藻类生长限制了氧传质，湖库底层溶氧常年较低，沉积底质在低溶氧影响下释放营养盐、铁及锰，使底层污染物浓度较高；现场监测和理论证实，湖库洪水入流潜入同密度层，受入流携带的浊质、天然腐殖质及合成有机物等外来污染物影响，该层污染物浓度较重。因此在不同深度湖库的水，包括温度、密度、铁、锰及不同污染物浓度的水质参数不相同，即湖库在纵深向水质分层。

以净化饮用水为目的的湖库水源，采用传统的表层取水存在明显不足。以安全和经济为目标饮用水净化，要求进厂原水易于净化，并借助常规工艺可净化彻底，水厂出水中细菌及藻类相关藻毒素、浊质、有机及金属类等无机污染物浓度低。一般，湖库水在长停留时间下自然沉降，表层水中浊质颗粒浓度较低，开启取水塔上层固定取水口，取一定范围的表层水是传统的主要取水方式。表层取水在冬春季常出现原水低温低浊，水厂净化困难和成本高；夏秋季湖库表层藻类繁殖，导致原水藻含量增加，水厂净水费用增加，供水水质安全性降低。

湖库纵深向水质分层特性决定了湖库水源纵深向选择性取水。现有调查和研究表明，湖库不同深度的水所含有机污染物量、浮游生物量、铁锰等金属污染浓度、浊度、水温、pH等水质特性不同，且其水质分层是随季节和水库运行水位变化。根据季节和水库运行水位，变取水深度可解决固定高度取水口的存在明显的不足，可规避湖库水源的高污染和净化费用高的原水，取不同深度混合水可获得与水处理药剂（混凝剂）相匹配的水温、pH和浊质原水。因此，利用湖库水质分层特性，变深度取水或取不同深度混合水可获得优质原水，从而降低净水费用和提高供水水质。

固定式机控取水塔是目前国内外最常见的深水型湖库分层取水构筑物。取水塔上一般设置3~5个取水口，通过卷扬机调控取水口闸门的开启，取得库底以上固定高度范围内原水，存在如下的几个不足：

1）取水深度调节有限。传统取水构筑物的取水口是固定的，其只能取得固定高度上的水，水库分层是随季节、水位和入流等因素影响而改变，3~5个固定取水口与湖库水质分层特性变化不相适应，经常出现难以取得湖库某一深度上的优质水。

2）选择性取水塔建设结构复杂及费用昂贵。取水塔一般建在水库最深、距离大坝一定距离处，由过水塔井、数道隔水门、工作闸门及大坝至取水塔高空工作桥组成，主体结构全部由钢筋混凝土构成，体积庞大，建设复杂且周期长，费用昂贵。

3）取水塔建设期受时间限制。常规水库分层取水装置需要与水库大坝同期施工修建。当水库建成蓄水后，将深孔取水设施改建为分层取水则受水库水位、地质地形、施工、水库功能需要等限制，因而困难重重。国外成功改造经验表明工程费用大，难以有效推广。

4）取水机械控制复杂，耗电不节能。机械控制取水塔动力机控装置结构复杂，闸门的开闭由卷扬机拉动，卷扬机装机容量大，启动电流大，瞬间能耗大，非启闭期间变压器容量及设备闲置，维护工作量大，成本高。

5）混层取水实现困难。机控式取水塔的工作过程是通过单卷扬机开启并悬吊其中1个取水口闸门，其它取水口闸门在重力作用下，保持关闭状态。同时开启2个不同深度取水口闸门，由于卷扬机设置及调控复杂，实现困难，因此现有的机控式取水塔难以获得水厂易处理的混层水。

6）取水塔在湖库面上点式取水的限制。已有的调查及研究表明，受风、湖库入流及大坝折射等作用，湖库平面上各点的水质不相同。尤其在夏秋季，湖库表面上的藻类随风飘移，经常出现取水塔周边表层富集藻类的现象，导致取水水质下降及水厂净化困难（如2007年5月太湖蓝藻爆发引起的无锡供水中断的事件）。

发明内容