一种具有过滤功能的水域分隔墙及其实施方法与流程

1.本发明涉及水域分隔墙技术领域，具体涉及一种具有过滤功能的水域分隔墙及其实施方法。


背景技术：

2.在江河湖海的治理过程中，有时候需要将大面积的水域进行分隔，从而形成人们可控的特定区块，方便水资源的治理或开发。水域分隔技术有很多种，常见的如堤坝、围堰、挡墙等，它们是在江河湖海等水域中自底而上建设而成，建筑材料包括土、砂砾石、混凝土等。这些技术可将水域可靠的分隔，成熟度较高。然而，它们的缺点也很显著，例如，这些技术都是土木工程措施，将水域分隔时的施工周期长，施工成本较高，建成之后的拆除和修复困难，而且工程的施工对周围环境有不可避免的影响甚至破坏。另外，其最终成品将水体彻底分隔，改变了水生态，一些生态环境要求高的地方无法使用。虽然已经有人开发出了可透水的隔离坝/堰，例如，申请号为cn201611245058.8的专利公开了一种用于水体净化与生态恢复的河道系统结构，但仍无法摆脱其作为土木工程对环境影响大，且投资高的缺点，而且这种单一目标建设的永久或半永久工程，适用水流通过坝体的情况非常有限，一旦堵塞失效将无法修复。
3.近年来，还有一些基于轻型材料，例如钢结构、木结构和高分子材料等，开发的新型水域分隔墙技术。相关技术有申请号为cn200480000564.x的发明专利，其公开了一种水质污浊防止方法及水流隔断墙，这一专利较好的代表了这类水域分隔技术。它们采用轻薄的高分子材料幕墙阻隔水体，采用浮体和网绳等结构将模块化的幕墙串联，形成长距离水域分割墙。通过相应的结构措施，例如将幕墙悬浮在水体中，或者采用幕墙叠加而不粘连等方式，还可以实现只分隔特定水深内或流速在特定的范围内的水体的作用。这种新型的水域分隔技术，采用工业化的标准件拼装，显著克服了土木工程施工时对环境的影响，投资低，速度快，便于拆除和重建，因此对不同水域的适应性好。而且，通过特殊结构设计，还能实现仅对部分水体的阻隔，因此对水生态的影响大大降低。然而该种水域分隔技术也有局限性，这种技术的实施仅对部分水体进行阻隔，例如仅阻隔0～3m水深内的水体，3m以下的水体仍然联通，显然这是一种不充分的分隔，仅能满足非常特定的需求。另外模块化的幕墙，采用浮体加网绳的方式串联，在短距离可适用，对于长距离或较高流速的水体，则不适用。
4.随着国民经济的发展，水域分隔需求已经越来越苛刻，尤其是对超大面积的污染水体进行治理时需要非常特殊的水域分隔技术。很多水体，尤其是濒临大城市的大型湖泊等，对生态环境和人文景观的要求很高，几乎不允许进行改变现状的分隔。水域分隔技术需要至少达到隔污不隔水，几乎不改变原有水面景观的程度。当前社会很难接受在这些水体中建设堤坝或围堰等，近几年开发的新型水域分隔墙虽然几乎不影响水面景观，但其起不到完全的可靠的分隔污染物质的作用，无法达到步步为营治理水污染的目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种全新的带过滤功能的水域分隔墙。本发明的目的是在不改变原有水面景观的前提下，在水体中进行长距离分隔墙的搭建，该分割墙可以隔污不隔水，在不改变原来水体相互交换的前提下，实现各种污染物的按需隔离，从而为大范围水污染治理提供一块理想的隔离区，步步为营，最终实现整个水体的污染治理。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种具有过滤功能的水域分隔墙，该分隔墙由若干个分隔墙模块相互连接而成，可以在湖泊、池塘、河流等水体中的近岸布置或离岸布置，可以按照要求分隔出任意大小和形状的水域面积。所述分隔墙模块包括上部牵引浮体、底部锚固构件和连接所述浮体与锚固构件的绳网，所述绳网边缘设置翻边加强区，所述绳网的网格内设置具有过滤功能的过滤体。
7.进一步优选的技术方案为，所述分隔墙模块为柔性面板，其厚度为20～50cm，宽度大于6米，其高度与水体高度一致，或占据从水面至水底中任意一段或几段水深。
8.进一步优选的技术方案为，所述分隔墙模块之间采用标准化连接件连接，所述标准化连接件包括螺栓或卡扣。采用标准化连接件对分隔墙模块进行连接的方式可实现模块与模块之间在水体中的快速拼接和拆卸，从而达到任意长度距离的分隔墙的快速搭建以及分隔墙的快速移除
9.进一步优选的技术方案为，所述绳网为柔韧的绳子经纬编织而成，所述绳网的形状为华夫格状，所述绳网的纬向为纲绳，经向为肋绳。
10.水域分隔墙模块的浮体和锚固件之间是由柔韧的绳子编制成的呈华夫格形状的网。具体为华夫格形状的网，可以是编织成横平竖直的正方形网格，也可以是菱形网格等任意容易编制并方便后续施工的网格。以横平竖直的正方形网格为例，其竖直方向的钢丝绳为纲绳，承担连接浮体和锚固件的作用，并且承担整个模块其余附属件的重量。每个分隔墙模块，需要根据工程规模和使用周期等，确定纲绳的直径和根数。以横平竖直的正方形网格为例，其水平方向为肋绳，起到使网格成型和横向加固的作用。根据每个网格中附属件的内容物确定肋绳的直径和根数。
11.进一步优选的技术方案为，所述过滤体包括外层网状体和内层填充物，所述网状体为耐磨布料、钢网、高分子材料网中的一种，所述网状体的形状与所述绳网的形状相同。
12.进一步优选的技术方案为，所述网状体的经向和纬向分别与所述绳网的经向和纬向连接，连接方式包括线绳编织或卡扣。
13.进一步优选的技术方案为，所述填充物为实心物体或空心物体，所述实心物体包括沙子或碎屑，所述空心物体包括气泡混凝土碎屑、含气砖、含气的玻璃块、含气的玻璃轻石中的一种。
14.过滤体是实现整个水域分隔墙隔污不隔水的关键部件，其外层是一层或多层结构的网状体，网状体与分隔墙模块的绳网相连，网状体内部装有可实现过滤功能的填充物，该填充物不仅要起到过滤功能，还要能保证水分子和有益物质的自由流通。因此，具体的过滤体内部填充物还应当根据工程的具体需求，做相应的材料选型和颗粒级配。
15.需要指出的是，由于本发明是应用于工程项目，且往往涉及的是超大面积的水域污染治理，因此考虑到工程成本和节能减排，过滤体内部填充物的材料选型不可能是生活
用水处理时的活性炭、pp棉、ro膜等常见材料，过滤体内部填充物的颗粒级配也显然不能像生活用水处理时那样，做到致密级配。因此，必须站在工程可行的观点上，对材料选型和颗粒级配，满足特定需求即可。简单想象的，类似生活用水处理的过滤体，将是不切合实际，不具有工程价值的。
16.进一步优选的技术方案为，所述锚固构件包括锚杆、重物、船锚中的一种。在分隔墙模块的底部设置锚固构件的目的是将分隔墙模块在水域中定位，从而围成特定区域。
17.进一步优选的技术方案为，所述浮体包括钢管浮体或pvc浮体。
18.本发明还提供了一种具有过滤功能的水域分隔墙的实施方法，包括以下步骤：
19.(1)根据工程项目应用、水质状况、水流情况、水中污染物状况、水深、水底状况，确定水域分隔墙的尺寸、分隔墙模块的宽度和高度和锚固构件的选型，并制作相应的绳网；
20.(2)根据工程项目应用、水质状况、水流情况、水中污染物状况、工程成本以及节能减排要求，确定过滤体填充物，过滤体填充物的材料选型和颗粒级配依据如下算式：
21.p＝a*p/r
22.其中，p是过滤体内部填充物的密实度，r是需要拦截的污染物的粒径，ρ是对相应污染物的拦截比率，α是系数。
23.当过滤体填充物是实心物体，如砂子、碎屑时，α为1；
24.当过滤体填充物是空心物体，如气泡混凝土碎屑、含气砖、含气的玻璃块、含气玻璃轻石时，若它们内部联通空隙的尺寸小于等于r时，可将填充物看作实心物体，α为1；
25.若内部联通空隙的尺寸≥r且≤3r时，α为1.05～1.2；
26.若内部联通空隙的尺寸≥3r且≤5r时，α为1.2～1.5；
27.若内部联通空隙的尺寸≥5r时，应当考虑弃用该种填充物。
28.(3)根据水流状况、绳网的材质和重量、过滤体的过滤强度及透水率确定浮体的材质，浮体的大小则由浮体可提供浮力的大小确定，分隔墙模块在水中收到的浮力的计算公式为：
29.f
浮
×
l
浮
＝f
流阻
×
αh g
×
lg30.式中，l
浮
是分隔墙模块受水流影响而产生的偏移，根据用户需求提前确定，g是分隔墙模块的浮容重(不含分隔墙模块中的浮体部分)，lg是g积分后的合力作用点到锚固点的水平距离，为1/2至2/3倍的l
浮
。l
流阻
是分隔墙在水流的作用下受到的流阻力，f
流阻
＝βvh，其中v是水流速度，h是水深，β是与分隔墙透水率相关的系数。αh是流阻力合力作用点距离锚固点的垂直距离，可依据分隔墙模块在水流中形成的曲线形状积分求得，一般系数α在1/2至1/3左右。
31.(4)制作过滤体，并将过滤体的外层网状体的经向和纬向分别于绳网的经向绳和纬向绳相连；
32.(5)将锚固构件固定在水底，并采用柔韧的绳子将锚固构件与分隔墙模块的绳网连接；
33.(6)采用柔韧的绳子将浮体与分隔墙模块的绳网连接；
34.(7)采用标准连接件连接各分隔墙模块，组成水域分隔墙。
35.过滤体填充物的选型和颗粒级配是水域分隔项目的重点，需要综合考虑工程项目应用、水质状况、水流情况、水中污染物状况、工程成本以及节能减排要求等各种因素，具体
的，可将需要拦截的污染物的颗粒直径和拦截比率作为上述材料选型和颗粒级配的依据。有如下算式：
36.p＝a*p/r
37.其中，p是过滤体内部填充物的密实度，r是需要拦截的污染物的粒径，ρ是对相应污染物的拦截比率，α是系数。
38.如果过滤体内部填充物是实心物体，例如砂子、碎屑等。该种填充物只是通过物体的表面吸附和颗粒与颗粒间的空隙阻挡污染物。该种填充物的颗粒级配需要遵循密实度满足上述p值的原则。
39.如果过滤体内部填充物是空心物体，例如气泡混凝土碎屑、含气砖、含气的玻璃块(玻璃轻石)等。它们的内部含有密密麻麻的联通空隙，可以起到更好的通水并吸附污染物的作用。当它们内部联通空隙的尺寸小于等于需要拦截的污染物粒径r时，可以将填充物看作实心物体。该种填充物的颗粒级配继续遵循密实度满足上述p值的原则。当它们内部联通空隙的尺寸大于需要拦截的污染物粒径r时，则填充物的颗粒级配需要比上述p值有更高的要求。具体的，如下所述：
40.当内部联通空隙的尺寸≥r且≤3r时，填充物的颗粒级配需要在上述p值的基础上乘以1.05至1.2倍的系数；
41.当内部联通空隙的尺寸≥3r且≤5r时，填充物的颗粒级配需要在上述p值的基础上乘以1.2至1.5倍的系数；
42.当内部联通空隙的尺寸≥5r时，应当考虑弃用该种填充物。
43.锚固构件的选择与工程应用状况、水体状况、水流状况等密切相关，一般的，如果工程所在的水体浅、水底适合打锚杆以及水域分隔墙需要长期布设在固定的位置，则优选水下锚杆。如果水下不适合打锚杆或者水域分隔墙需要频繁更换拆除等，则优选重物、船锚等。锚固件在选择重物或船锚时，需要根据水流情况进一步区分。具体的，当水流速度小于0.5m/s时可选用重物作为锚固件，例如铁链、石头等重物，当水流速度大于0.5m/s时可选用船锚作为锚固件。更具体的，由于水底地面情况各异，尤其是长距离的水域分隔墙，往往会遇到各式各样的水底地面，有些不适合打锚杆，有些不适合抛锚等，因此也应根据实际情况，综合选择锚固件。
44.分隔墙模块上部采用浮体作为整个模块的上部牵引体，由于工程上施工不可避免的破坏和磨损等原因，浮体优选钢管浮体或pvc浮体等。浮体提供的浮力大小，对整个模块非常重要，也是浮体设计的重要参数。例如浮体的大小和自重等，都应由浮力决定。而浮力的确定则由工程上的应用工况决定，当分隔墙模块通过锚固构件被固定在水底时，浮体受到向上的浮力f
浮
，浮力的计算公式为：
45.f
浮
×
l
浮
＝f
流阻
×
αh g
×
lg46.因此，可根据上式计算浮体需要提供多大的浮力。进而再根据阿基米德原理，求得所需的浮体尺寸等参数。上式中，l
浮
是分隔墙模块在运行过程中，受水流影响而产生的偏移，是一个预设参数，即实际工程中该值根据用户需求提前确定。
47.g是分隔墙模块的浮容重(不含分隔墙模块中的浮体部分)，即在水中的物体扣除浮力后的容重，lg是g积分后的合力作用点距离锚固点的水平距离，可依据分隔墙模块在水流中形成的曲线形状积分求得，一般其约为1/2至2/3倍的l
浮
。
48.上式中l
流阻
是分隔墙在水流的作用下受到的流阻力，其大小与水流速度和分隔墙的透水率相关，f
流阻
＝βvh，其中v是水流速度，h是水深，β是与分隔墙透水率相关的系数。αh是流阻力合力作用点距离锚固点的垂直距离，可依据分隔墙模块在水流中形成的曲线形状积分求得，一般系数α在1/2至1/3左右。
49.本发明的优点和有益效果在于：
50.1、本发明的水域分隔墙结构简单，仅由浮体、绳网和锚固构件组成，具有施工周期短、成本低、方便修复和拆除等优点，该水域分隔墙的施工对周围环境的影响较小。
51.2、本发明的水域分隔墙是可由若干个分隔墙模块通过标准连接件串联而成，可以根据工程需要，对水域进行不同程度的分隔，高度既可以覆盖整个水深，也可以只分隔水面至水底的任意一段或几段。
52.3、分隔墙模块的过滤体是由外层网状体和内部填充材料组成，主要对水中的污染物进行阻隔，起到隔污不隔水的作用，能在不改变原来水体相互交换的前提下，实现各种污染物的按需隔离，从而为大范围水污染治理提供一块理想的隔离区，实现整个水体的污染治理。
附图说明
53.图1是本发明浮力计算模型示意图。
54.图2是本发明实施例中分隔墙模块侧视图。
55.图3是本发明实施例中分隔墙模块正视图。
56.图中：1、浮体；2、绳网；21、纬向绳；22、经向绳；23、翻边加强区；24、卡扣；3、锚固构件；4、过滤体。
具体实施方式
57.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
58.实施例
59.一种具有过滤功能的水域分隔墙，由8个分隔墙模块串联而成，分隔墙模块为宽8米，厚20cm，高度为6米的柔性面板，分隔墙模块包括上部牵引浮体1、底部锚固构件3和连接所述浮体与锚固构件的绳网2，绳网2的左右两侧和底部边缘设置翻边加强区23，翻边加强区23上均匀设置若干卡扣24，便于分隔墙模块与模块之间的连接，所述绳网2为钢丝绳编织成的方格状的网，钢丝的直径为16mm，绳网2的单个网格的尺寸为20cm*20cm，绳网2的网格内设置具有过滤功能的过滤体4。过滤体4的外层为耐磨布料，该耐磨布料和绳网2形状一样，也是方格状结构，过滤体4通过线绳编织的方式和分隔墙模块的绳网2连接在一起。过滤体4的填充物为沙子，沙子的填充密集度为95％。分隔墙模块的锚固构件3为铁链，浮体1为pvc浮体。
60.一种具有过滤功能的水域分隔墙的实施方法，包括以下步骤：
61.(1)在对人工湖泊的近岸区进行污水处理时，根据近岸区水深、水流情况，使用宽8米，厚20cm，高度为6米的柔性面板作为水域分隔墙模块，根据需要处理污水的水域面积，确定分隔墙模块的数量为8个。由于湖泊中水底淤泥较多，水域分隔墙选用铁链作为锚固构件
3，每个分隔墙模块中铁链的重量约为100kg，结合钢丝的性能及铁链对其的拉力，选用直径为16mm的钢丝作为分隔墙模块的绳网2的经纬向绳，绳网2的单个网格的尺寸为20cm*20cm。过滤体4的外层材料选用耐磨布料，耐磨布料的编织方法为经纬编织，形状为网格状。材料选好后，采用钢丝编织绳网2。
62.(2)为了防止对湖水周围环境的影响，选用沙子作为过滤体4的填充物。本次污水处理工程主要针对粒径大于1um的污染物进行过滤，由于湖水流速较小，为使过滤体4对污染物的拦截比率达到95％以上，过滤体4的填充物的填充密实度需要达到95％。
63.(3)浮体1的选择不仅要考虑到水深、水流等状况，还需要考虑到绳网2的重量，本发明的水域分隔墙在对湖水近岸处进行污水处理时，选择pvc浮体作为分隔墙模块的浮体1，浮体1可提供的浮力大小为800n。
64.(4)将填充物按照95％的密实度填充进过滤体的网状体内，制作过滤体4，并将过滤体4的外层网状体的经向和纬向分别于绳网2的经向绳22和纬向绳21相连；
65.(5)将锚固构件3固定在水底，并采用柔韧的绳子将锚固构件3与分隔墙模块的绳网2连接；
66.(6)采用柔韧的绳子将浮体1与分隔墙模块的绳网2连接；
67.(7)采用卡扣24连接各分隔墙模块，组成水域分隔墙。
68.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。