[发明专利]机械循环水流诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于湖泊水库水体污染控制领域，具体涉及一种机械循环水流诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法。

【背景技术】

湖泊水库是世界上最珍贵的可直接利用的淡水资源，其中水库正逐渐成为多数城市的主要供水水源，水源水库的重要性日渐彰显。当前，湖泊水库环境面临的内源污染和水体富营养化问题非常突出，湖泊水库水质的恶化直接影响城市水资源的可持续利用，更严重威胁到城市的供水安全。

水深较大的湖泊、水库由于剧烈垂向温度梯度的存在易发生水温分层，使得水体自上而下分成三个不同温度和密度的水团层：变温层、跃温层和等温层。处于中间的跃温层阻止了热量和溶解氧在表层和底层之间的垂向传输，其结果是：下层水体，溶解氧受跃温层阻碍而得不到补充，而各种微生物和化学作用则会使水中的溶解氧逐渐被消耗，当水中溶解氧浓度低于2mg/L时，底泥中的有机质、氮、磷、铁、锰会释放进入水体，形成水库的内源污染。当季节更替导致表层与底部水温相近时，水库易发生“翻库”现象，水质污染严重的等温层水体与中上部水体发生混合，等温层内的污染物将污染整个水库水质。内源污染使水体磷、氮含量增加，在夏秋季节水温、光照合适时，会引起藻类的大量繁殖和水体富营养化。而水温分层是导致分层水库水质内源污染和富营养化的重要诱因之一，所以破坏水温分层可以使表层和底层水体混合，降低表层水体藻类含量，并能有效控制底泥中内源污染物的释放。

目前湖泊水库水温分层的破坏的技术主要包括扬水筒混合、机械混合、空气管充氧和扬水曝气四种，但上述破坏水温分层技术都存在效率低、能耗高等共性问题。本专利在以前机械混合装置的基础之上，根据分层水体中适度扰动可诱导产生内波的流体力学原理，对机械混合装置进行一些改造和创新，发明一项高效、实用的水体机械循环装置，利用该装置出口水流扰动跃温层并高效地诱导形成内波，以充分利用内波的巨大能量混合水体，破坏湖泊水库水温分层，在湖泊水库水质原位改善方面具有重大的现实意义和应用价值。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种机械循环水流诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

机械循环水流诱导产生内波破坏水温分层的装置，包括模型水库以及安装在模型水库底部的空调冷凝管，其中，空调冷凝管通过温度控制器与外部空调机相连接，温度控制器用于控制外部空调机工作与否；水体机械循环装置设置在模型水库的水面以下，水体机械循环装置的吸水口设置在模型水库等温层内，其出水口设置在模型水库跃温层顶部，水流在设置在水体机械循环装置内叶片的作用下经过吸水口吸入，然后由出水口排出。

本发明进一步的改进在于，还包括若干测温仪，该若干测温仪的测量探头在模型水库的垂直方向上从下至上依次分布。

本发明进一步的改进在于，测温仪采用水温剖面仪。

本发明进一步的改进在于，水体机械循环装置包括依次设置的第一上升筒、第二上升筒、第一直角弯管、水平管、第二直角弯管以及下降筒，叶片设置在第二上升筒内，且叶片与电机装置连接，叶片在电机的带动下，由第一上升筒的吸水口吸水，然后经下降筒的出水口流出。

本发明进一步的改进在于，第一上升筒与第二上升筒之间，第二上升筒与第一直角弯管之间，第一直角弯管与水平管之间，水平管与第二直角弯管之间，以及第二直角弯管与下降筒之间均通过法兰接口相连接。

本发明进一步的改进在于，空调冷凝管通过冷凝管支架固定在模型水库的底部；通过温度控制器来实时地控制模型水库内水温度的变化，根据要求设置底层等温层所需温度，一旦制冷达到所需温度，空调将被关闭；如若温度经过一段时间超出这个温度，温度控制仪将作用于外部空调机继续工作，直到底部水体被制冷达到所需温度。

机械循环水流诱导产生内波破坏水温分层的方法，包括以下步骤：

利用温度控制器来控制外部空调机的启动和停止，实现对模型水库中水的温度精确调控，进而通过空调冷凝管实现对模型水库中的水进行降温；同时，在叶片的动力下，模型水库底部水体被提升经过水体机械循环装置的吸水口吸入，然后由出水口排出；从出水口排出的循环下向水流作为一种扰动源，在分层水库内诱导产生内波，利用内波的混合作用破坏自然形成的水温分层。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：