本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，屬于智慧水利校園建設(shè)的技術(shù)領(lǐng)域。基于校外水系河網(wǎng)導(dǎo)流方式，于所述主河道的上游和下游分別設(shè)置泵站和生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)；于校園內(nèi)構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)，所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)若干個(gè)校區(qū)河道連通于生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門；所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門構(gòu)成具有活水循環(huán)模型、防洪排澇模型、水動(dòng)力調(diào)控模型的校園水系。本發(fā)明專利技術(shù)針對(duì)學(xué)校水環(huán)境特征、規(guī)劃水系、校園內(nèi)排水環(huán)境、水文條件的現(xiàn)實(shí)情況，建立與之相應(yīng)的水生生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)展生物多樣性，達(dá)到恢復(fù)水體自凈能力的目的。目的。目的。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法
[0001]本專利技術(shù)屬于智慧水利校園建設(shè)的
，特別是涉及一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法。
技術(shù)介紹
[0002]伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，社會(huì)財(cái)富和人口的不斷向城鎮(zhèn)集中，修建堤防形成有效防御體系，是保障糧食安全生產(chǎn)、改善人民居住環(huán)境的重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于防洪工程體系的建設(shè)，使圩區(qū)內(nèi)人民的生產(chǎn)生活環(huán)境得到改善也將促進(jìn)圩區(qū)內(nèi)其他經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
[0003]目前校區(qū)內(nèi)的水環(huán)境有待進(jìn)一步改善，尤其是水安全和水生態(tài)。同樣的梅雨季節(jié)時(shí)，存在較大的安全隱患；因此，構(gòu)建校園智慧水務(wù)，提高校園水務(wù)精細(xì)化管理水平已成為當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)為解決上述
技術(shù)介紹
中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，至少包括以下步驟：
[0005]將校園平面圖和校外河道分布圖合成工程圖，并確定與校園相鄰的其中一個(gè)河道為主河道，所述主河道在單位時(shí)間內(nèi)的水流量滿足校內(nèi)水量需求；所述校內(nèi)水量需求至少包括：校園內(nèi)生活水量和校園內(nèi)教學(xué)水量；
[0006]基于校外水系河網(wǎng)導(dǎo)流方式，于所述主河道的上游和下游分別設(shè)置泵站和生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)；以主河道的方向?yàn)閷?dǎo)向，在校園的兩側(cè)分別設(shè)置第一閘門和第二閘門，在主河道的對(duì)立面處設(shè)置第三閘門；
[0007]于校園內(nèi)構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)，所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)若干個(gè)校區(qū)河道連通于生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門；所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門構(gòu)成水系上具有活水循環(huán)模型、地勢(shì)上具有防洪排澇模型的水動(dòng)力調(diào)控校園水系。
[0008]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述校內(nèi)水量需求還包括：區(qū)域水面蒸發(fā)量W1、滲漏水量W2和綠化及道路沖洗用水W3；
[0009]其中，所述區(qū)域水面蒸發(fā)量W1采用以下公式計(jì)算得到：
[0010]；式中，表示蒸發(fā)強(qiáng)度，表示校內(nèi)水區(qū)或校內(nèi)河道的水面面積，所述校內(nèi)水區(qū)至少包括：建湖泊生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)；r表示校內(nèi)水區(qū)和校內(nèi)河道的數(shù)量；
[0011]滲漏水量W2采用以下公式計(jì)算得到：；式中，表示校內(nèi)水區(qū)或校內(nèi)河道的土壤滲漏量，表示校內(nèi)的閘門滲漏量，z表示校內(nèi)的閘門數(shù)量。
[0012]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述校園內(nèi)教學(xué)水量通過(guò)以下方式計(jì)算得到：
[0013]統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)有用水需求的課程k，以及每個(gè)課程k對(duì)應(yīng)的最大用水量；則
所述校園內(nèi)教學(xué)水量滿足以下公式：
[0014]；式中，為余量系數(shù)，其取值為1~1.2。
[0015]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述活水循環(huán)模型至少包括：基于校內(nèi)河道得到的可相互切換的循環(huán)調(diào)水模型和引排模型；
[0016]日常使用時(shí)采用循環(huán)調(diào)水模型進(jìn)行工作，所述循環(huán)調(diào)水模型的工作模式如下：關(guān)閉第一閘門、第二閘門和第三閘門，利用泵站給校園內(nèi)部水體提供動(dòng)力輸送：控制校區(qū)河道內(nèi)的水體沿校區(qū)的邊緣呈順時(shí)針流動(dòng)；
[0017]氣象顯示將存在長(zhǎng)時(shí)間大雨時(shí)，則切換至引排模型進(jìn)行工作；所述引排模型的工作方式如下：關(guān)閉第一閘門和第二閘門，利用所述泵站引校外水系河網(wǎng)中的水流入生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)，通過(guò)生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)引水，給校園內(nèi)部水體提供水源和動(dòng)力輸送：控制校區(qū)河道的通流路徑為最長(zhǎng)活水路徑。
[0018]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，校園內(nèi)采用抬高地面形成圩內(nèi)區(qū)域，于所述圩內(nèi)區(qū)域的外圍設(shè)置防洪墻，所述防洪墻的指定位置處用于設(shè)置第一閘門、第二閘門和第三閘門；
[0019]所述防洪排澇模型至少包括：基于校園地勢(shì)分布形成的防洪格局、自動(dòng)排澇格局和強(qiáng)制性排澇格局；在每次強(qiáng)降雨或者長(zhǎng)時(shí)間降雨時(shí)，所述防洪格局、自動(dòng)排澇格局和強(qiáng)制性排澇格局的優(yōu)先級(jí)選用如下：
[0020]步驟一、若圩內(nèi)區(qū)域的水位低于圩外區(qū)域的水位時(shí)，控制第一閘門、第二閘門和第三閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，形成防洪格局；
[0021]步驟二、當(dāng)首次出現(xiàn)圩內(nèi)區(qū)域的水位高于圩外區(qū)域的水位時(shí)，第一閘門、第二閘門和第三閘門均處于打開狀態(tài)，形成自動(dòng)排澇格局；將圩內(nèi)區(qū)域的澇水排至校外水系河網(wǎng)直至圩內(nèi)區(qū)域的水位不高于校區(qū)常水位；
[0022]若圩內(nèi)區(qū)域的水位在恢復(fù)至校區(qū)常水位之前，出現(xiàn)圩區(qū)內(nèi)的校區(qū)的水位高于圩區(qū)外的水位的情況，則執(zhí)行步驟三；
[0023]步驟三、關(guān)閉第一閘門、第二閘門和第三閘門，啟動(dòng)泵站進(jìn)行抽水排澇直至圩內(nèi)區(qū)域的水位在恢復(fù)至校區(qū)常水位，形成強(qiáng)制性排澇格局。
[0024]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，通過(guò)以下公式分析校園水系的水體流動(dòng)，構(gòu)建完善的活水循環(huán)模型：
[0025]定義連續(xù)性方程為：；
[0026]校園水流在X軸向的動(dòng)力方程表示為：
[0027] ；
[0028]校園水流在Y軸向的動(dòng)力方程表示為：
[0029] ；
[0030]式中，t表示時(shí)間，x、y為坐標(biāo)系中的X軸向坐標(biāo)、Y軸向坐標(biāo)，、分別為X軸向、Y軸向上的平均速度分量，為圩內(nèi)區(qū)域的水位， ，d表示靜止水深；f為科氏力系數(shù)，為重力加速度，為水的密度，為當(dāng)?shù)卮髿鈮海弧ⅰⅰ⒎謩e為輻射應(yīng)力分量，為校區(qū)水源源項(xiàng)，、分別為校區(qū)水源源項(xiàng)在X軸向、Y軸向上的水流速度；分別為水體表面自由風(fēng)在X軸向、Y軸向上的剪應(yīng)力；、分別為水體床底摩擦力在X軸向、Y軸向上的分量；為參考液體的密度；、、分別為水體的粘性力、穩(wěn)流應(yīng)力和水平對(duì)流應(yīng)力。
[0031]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，在執(zhí)行活水循環(huán)模型或/和防洪排澇模型時(shí)，當(dāng)需要通過(guò)打開至少一組閘門時(shí)，通過(guò)以下步驟獲取閘門打開的時(shí)間段L：
[0032]基于當(dāng)前校內(nèi)的總水量T
v
，采用以下公式計(jì)算得到排水量T
d =T
v
?
W；式中，W為校內(nèi)水量需求；
[0033]確定每組閘門對(duì)應(yīng)的單位時(shí)間內(nèi)的排量：；式中，n為閘孔的孔數(shù)，m為自由溢流的流量系數(shù)，b為閘孔的凈寬，為淹沒(méi)系數(shù)，表示側(cè)收縮系數(shù)，為行近流速水頭的堰前水深；
[0034]則；式中，1≤q≤z。
[0035]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)同時(shí)為凈水區(qū)，以垂直流人工濕地為核心，由沉砂調(diào)節(jié)池、垂直流人工濕地和清水塘組成；
[0036]其中，所述沉砂調(diào)節(jié)池至少包括：消力池、沉沙池和調(diào)節(jié)池；所述垂直流人工濕地的污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，所述填料床處于不飽和狀態(tài)；當(dāng)污水通過(guò)垂直流人工濕地時(shí)，污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收、轉(zhuǎn)化或者分解。
[0037]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述沉沙池的底部設(shè)置有沉沙斗，所述沉沙斗的體積V需滿足以下關(guān)系：
[0038]；
[0039]式中，為生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)的水體變化系數(shù)，為生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)單位時(shí)間的平均水量，表示清除沉沙的間隔時(shí)間，為沉沙容重，表示沉沙的含水量；表示生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)的進(jìn)水懸浮物，表示生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)的出水懸浮物。
[0040]本專利技術(shù)的有益效果：針對(duì)學(xué)校水環(huán)境特征、規(guī)劃水系、校園內(nèi)排水環(huán)境、水文條件的現(xiàn)實(shí)情況，因地制宜采用不同的技術(shù)策略，滿足防洪除澇、環(huán)保、衛(wèi)生本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，其特征在于，至少包括以下步驟：將校園平面圖和校外河道分布圖合成工程圖，并確定與校園相鄰的其中一個(gè)河道為主河道，所述主河道在單位時(shí)間內(nèi)的水流量滿足校內(nèi)水量需求；所述校內(nèi)水量需求至少包括：校園內(nèi)生活水量和校園內(nèi)教學(xué)水量；基于校外水系河網(wǎng)導(dǎo)流方式，于所述主河道的上游和下游分別設(shè)置泵站和生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)；以主河道的方向?yàn)閷?dǎo)向，在校園的兩側(cè)分別設(shè)置第一閘門和第二閘門，在主河道的對(duì)立面處設(shè)置第三閘門；于校園內(nèi)構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)，所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)若干個(gè)校區(qū)河道連通于生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門；所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)、第一閘門、第二閘門和第三閘門構(gòu)成水系上具有活水循環(huán)模型、地勢(shì)上具有防洪排澇模型的水動(dòng)力調(diào)控校園水系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，其特征在于，所述校內(nèi)水量需求還包括：區(qū)域水面蒸發(fā)量W1、滲漏水量W2和綠化及道路沖洗用水W3；其中，所述區(qū)域水面蒸發(fā)量W1采用以下公式計(jì)算得到：；式中，表示蒸發(fā)強(qiáng)度，表示校內(nèi)水區(qū)或校內(nèi)河道的水面面積，所述校內(nèi)水區(qū)至少包括：建湖泊生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)；r表示校內(nèi)水區(qū)和校內(nèi)河道的數(shù)量；滲漏水量W2采用以下公式計(jì)算得到：；式中，表示校內(nèi)水區(qū)或校內(nèi)河道的土壤滲漏量，表示校內(nèi)的閘門滲漏量，z表示校內(nèi)的閘門數(shù)量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，其特征在于，所述校園內(nèi)教學(xué)水量通過(guò)以下方式計(jì)算得到：統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)有用水需求的課程k，以及每個(gè)課程k對(duì)應(yīng)的最大用水量；則所述校園內(nèi)教學(xué)水量滿足以下公式：；式中，為余量系數(shù)，其取值為1~1.2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，其特征在于，所述活水循環(huán)模型至少包括：基于校內(nèi)河道得到的可相互切換的循環(huán)調(diào)水模型和引排模型；日常使用時(shí)采用循環(huán)調(diào)水模型進(jìn)行工作，所述循環(huán)調(diào)水模型的工作模式如下：關(guān)閉第一閘門、第二閘門和第三閘門，利用泵站給校園內(nèi)部水體提供動(dòng)力輸送：控制校區(qū)河道內(nèi)的水體沿校區(qū)的邊緣呈順時(shí)針流動(dòng)；氣象顯示將存在長(zhǎng)時(shí)間大雨時(shí)，則切換至引排模型進(jìn)行工作；所述引排模型的工作方式如下：關(guān)閉第一閘門和第二閘門，利用所述泵站引校外水系河網(wǎng)中的水流入生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)，通過(guò)生態(tài)濕地進(jìn)水區(qū)引水，給校園內(nèi)部水體提供水源和動(dòng)力輸送：控制校區(qū)河道的通流路徑為最長(zhǎng)活水路徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智慧水利校園的水安全及水動(dòng)力調(diào)控方法，其特征在于，校園內(nèi)采用抬高地面形成圩內(nèi)區(qū)域，于所述圩內(nèi)區(qū)域的外圍設(shè)置防洪墻，所述防洪墻的指定位置處用于設(shè)置第一閘門、第二閘門和第三閘門；所述防洪排澇模型至少包括：基于校園地勢(shì)分布形成的防洪格局、自動(dòng)排澇格局和強(qiáng)
制性排澇格局；在每次強(qiáng)降雨或者長(zhǎng)時(shí)間降雨時(shí)，所述防洪格局、自動(dòng)排澇格局和強(qiáng)制性排澇格局的優(yōu)先級(jí)選用如下：步驟一、若圩內(nèi)區(qū)域的水位低于圩外區(qū)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王曉宇，吳幾，謝忱，蔡秋鵬，錢龍，范子武，馬振坤，朱文涵，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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