一种潜流人工湿地堵塞监测装置及监测方法与流程

1.本发明涉及潜流人工湿地监测技术领域，具体为一种潜流人工湿地堵塞监测装置及监测方法。


背景技术：

2.潜流人工湿地因其良好的污染物去除效果被广泛应用在污水处理厂尾水处理、再生水回用等领域，一般而言，在潜流人工湿地进水处设置过滤装置对悬浮固体颗粒物进行过滤，但是潜流人工湿地在长时间运行过程中难免会出现堵塞的情况，按照成因主要来自三方面：(1)物理成因，包括填料老化脱落产生的细小颗粒物，进水没过滤完全的ss在湿地过水缝隙不断积累形成较大颗粒团，堵塞过水通道；(2)化学成因，湿地内部污染物与填料之间发生化学或微电解反应，形成沉淀物质，积累形成堵塞物质；(3)生物成因，主要是湿地微生物生长代谢产生的胞外聚合物。
3.如何去除堵塞目前没有特别有效的方法，尤其是物理化学原因造成的堵塞，现有的堵塞去除方法也主要针对生物原因形成的堵塞，如停床整修或潮汐运行，然而据调研，现有潜流人工湿地，尤其是污水处理厂尾水人工湿地，为了达到受纳水体的水质目标，都是不间断运行的，一旦停止运行或者潮汐运行，都无法满足受纳水体达标要求。其他措施，如投放特定微生物菌剂，技术还不成熟，未能应用到实际工程中。人工湿地一旦堵塞，不仅会对出水水质造成较大影响，影响受纳水体断面达标，同时，堵塞严重时潜流人工湿地会形成渍水，滋生蚊蝇，影响观感。目前，在工程中遇到堵塞最常见的做法是对潜流人工湿地进行填料开挖，置换填料，工程量大、成本高，如果能在潜流人工湿地发生严重堵塞前，对其进行监测，以了解潜流人工湿地的堵塞状况，提前采取措施，避免更严重堵塞的发生，对维持潜流人工湿地正常运行、保障受纳水体断面达标或再生水循环利用具有重要的意义，同时有针对性的对局部堵塞位点进行填料置换，也为运维节省了成本。
4.目前未见成熟的潜流人工湿地监测方法，授权公开号为cn106680326b的发明专利《一种潜流人工湿地堵塞的探测方法》通过排空潜流人工湿地，测量视电阻的方式来评估潜流人工湿地的堵塞程度，但是现实工程中，潜流人工湿地一般都是不间断运行，很难有排空条件；授权公告号为cn 112393816b的发明专利《一种潜流人工湿地堵塞和短流的探测方法》介绍了一种在湿地中放入大量温度传感器，通入不同温度水以了解潜流人工湿地堵塞的方法，在现实工程中难以实现，一是大量传感器投资较大，且长期埋在污水流过的环境中存在运维困难、易损耗的问题，二是变温通水同样需要提前排空潜流人工湿地水，难以实现，三是变温会不会对潜流人工湿地微生物菌落、植物生存造成影响还有待进一步评估。王宇擎等人(2018年)撰写的论文《潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究》中，描述了以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法，并结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪，简单便捷，但是该方法是基于渗透系数法来算得各参数的，潜流人工湿地粒径一般较大，而达西渗流仅对沙土及极细的黏土有效，曹志翔等人(2019年)在论文《粗粒土渗透系数计算模型及试验研究》中描述非达西渗透模型各参数条
件随粗颗粒粒径、空隙率的变化而变化，不是一个确定值，王宇擎等人的方法虽简便可行，但是误差难以评估。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种潜流人工湿地堵塞监测装置及监测方法，解决现有技术中存在的上述问题。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种潜流人工湿地堵塞监测装置，包括：监测管，监测管上下两端开口，监测管内部从底部往上大于30cm的位置设置控制其内部通道开闭的启闭盘。
8.本发明的有益效果为：根据文献及试验情况，潜流人工湿地主要在补水层下30cm的位置处较容易堵塞，故本发明重点关注植物覆盖层下30cm的填料层堵塞状况，所述装置在使用时，将填料层上所覆种植土层挪开，然后将监测管垂直插入填料中，插入深度为30cm，启闭盘先闭合，然后向监测管内注入水，使得监测管内在启闭盘的上方区域可以盛装一定量的水，再开启启闭盘，监测管内所盛装的水可以经启闭盘往下流，通过水位-时间数据，则可以评估该点的堵塞情况，监测过程中不影响人工湿地的正常运行，而且正常工况下测得的堵塞参数更可信，在时间充足的情况下可以对每个监测点位挨个测量，成本极低，准确度高，没有使用各类模型，免去了模型误差，数据均为测试结果的直接反映，直观反映真实堵塞状况，测试过程快速、便捷，且操作方便、简单。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，监测管为透明管，监测管的壁面上沿其长度方向设置刻度线，刻度线的起点从监测管底部开始，且往上依次增加。
11.采用上述进一步的有益效果为：该结构的监测管可以适用于使用秒表法监测填料堵塞状况，水位变化观察直观准确。
12.进一步，启闭盘上具有压力传感器。
13.采用上述进一步的有益效果为：在监测管内盛装水以后，所盛装的水将对压力传感器产生一个压力，水位不同，压力传感器所测得的压力值将不同，通过压力-时间变化可以对应计算水位-时间数据，以便评估堵塞情况，数据可以自动保存，以便追溯。
14.进一步，启闭盘为百叶式结构，监测管外具有控制启闭盘中各启闭页转动以完成启闭盘开闭的控制杆。
15.进一步，启闭盘位于监测管内部从监测管底部往上35cm处的位置。
16.进一步，监测管的长度为100cm，监测管的内部口径为30cm。
17.基于上述技术方案，本发明还提供一种潜流人工湿地堵塞监测方法，采用潜流人工湿地堵塞监测装置，具体步骤如下：
18.s01、对潜流人工湿地绘制网格，并在网格中取若干监测点位，作为常规监测点位，再结合工程经验，确定若干易堵位置，作为重点监测点位；
19.s02、在潜流人工湿地初始运行阶段，依次对监测点位进行标记，然后将监测管竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘并向监测管内注入一定水位的水，再开启启闭盘，让监测管内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为无堵塞工况；
20.s03、待潜流人工湿地运行一段时间，按照标记位置将监测管竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘并向监测管内注入一定水位的水，再开启启闭盘，让监测管内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为堵塞工况；
21.s04、在无堵塞和堵塞两种工况条件下监测管内所注入的水的水位相同，然后对比两种工况条件下每个监测点位的水位-时间曲线，以确定该监测点位的堵塞状况；
22.s05、将每个监测点位的堵塞状况与潜流人工湿地实际位置一一关联，以描绘整个潜流人工湿地的堵塞状况网格图。
23.采用上述进一步的有益效果为：该监测方法不影响人工湿地的正常运行，正常工况下测得的堵塞参数更可信，在时间充足的情况下可以对每个监测点位挨个测量，成本极低，准确度高，没有使用各类模型，免去了模型误差，数据均为测试结果的直接反映，直观反映真实堵塞状况；通过准确描绘潜流人工湿地的堵塞状况网格图，为潜流湿地的运维提供了可靠的数据支撑，有针对性的对堵塞位点进行填料置换后可快速恢复湿地的正常运行，节约了运维费用，延长了潜流人工湿地的使用寿命，为受纳水体或再生水水质持续达标、维持湿地绿色碳汇的功能提供了坚实的保障。
24.进一步，s02和s03中，在开启启闭盘后所进行的操作如下：
25.通过秒表记录到达不同水位所需时间，然后绘制该监测点位的水位-时间曲线。
26.进一步，s02和s03中，在开启启闭盘后所进行的操作如下：
27.开启启闭盘的同时开启压力传感器，监测管内的水往下流，获取压力-时间数据；
28.将压力-时间数据，转换为水位-时间数据，再根据水位-时间数据绘制该监测点位的水位-时间曲线。
29.进一步，s04中确定监测点位的堵塞状况的具体方法为：
30.在无堵塞和堵塞两种工况条件下，取监测管内所盛装的水从同一水位处下降相同水位所需要的时间进行比对；
31.假定：t1代表未堵塞时监测管内所盛装的水下降至启闭盘所在高度时所需要的时间，t2代表在堵塞时监测管内所盛装的水下降至启闭盘所在高度时所需要的时间，d代表堵塞程度，其中,d＝t2/t1；
32.若：d处在1-1.5，则表示轻度堵塞；
33.若：d处在1.5-2，则表示中度堵塞；
34.若：d大于2，则表示重度堵塞。
附图说明
35.图1为本发明所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置的应用图；
36.图2为本发明所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置的俯视图。
37.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
38.1、监测管，2、启闭盘，210、启闭页，211、中心轴，220、控制杆。
具体实施方式
39.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并
非用于限定本发明的范围。
40.实施例1
41.如图1、图2所示，一种潜流人工湿地堵塞监测装置，包括：监测管1，监测管1上下两端开口，监测管1内部从底部往上大于30cm的位置设置控制其内部通道开闭的启闭盘2，根据文献及试验情况，潜流人工湿地主要在补水层下30cm的位置处较容易堵塞，故本实施例重点关注植物覆盖层下30cm的填料层堵塞状况，使用时，将填料层上所覆种植土层挪开，然后将监测管垂直插入填料中，插入深度为30cm，启闭盘2先闭合，然后向监测管1内注入水(河湖水)，使得监测管1内在启闭盘2的上方区域可以盛装一定量的水，再开启启闭盘2，监测管1内所盛装的水可以经启闭盘2往下流。
42.实施例2
43.如图1、图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
44.监测管1为透明管，监测管1的壁面上沿其长度方向设置刻度线，刻度线的起点从监测管1底部开始，该结构的监测管1可以适用于使用秒表法监测填料堵塞状况。
45.实施例3
46.如图1、图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
47.启闭盘2上具有压力传感器，在监测管1内盛装水以后，所盛装的水将对压力传感器产生一个压力，水位不同，压力传感器所测得的压力值将不同，通过压力-时间变化可以对应计算水位-时间数据，以便评估堵塞情况，数据可以自动保存，以便追溯。
48.实施例4
49.如图1、图2所示，本实施例为在实施例1或2或3的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
50.启闭盘2为百叶式结构，监测管1外具有控制启闭盘2中各启闭页210转动以完成启闭盘2开闭的控制杆220，通过控制杆220转动所有启闭页210，可以使所有启闭页210整体闭合为一个完整的圆片，此时，可以阻止监测管1内所盛装的水经启闭盘2往下流，以及，通过控制杆220转动所有启闭页210，可以使所有启闭页210整体打开为百叶式，此时，监测管1内所盛装的水可以经启闭盘2往下流；
51.启闭盘2的具体原理可以参见现有技术中常见的百叶式阀门，各启闭页210的中心轴211均与监测管1的管壁转动配合，且各启闭页210的中心轴211均有同一端贯穿至监测管1外，并通过拐臂与控制杆220相连，而本实施例中，启闭盘2与常见百叶式阀门的区别在于省掉动力源，采用手动操作控制杆220以完成开闭。
52.实施例5
53.如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～4任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
54.启闭盘2位于监测管1内部从监测管1底部往上35cm处的位置，而监测管1的长度为100cm，监测管1的内部口径为30cm。
55.实施例6
56.一种潜流人工湿地堵塞监测方法，采用如实施例1～5任一实施例所述潜流人工湿
地堵塞监测装置，具体步骤如下：
57.s01、对潜流人工湿地绘制网格，并在网格中取若干监测点位，作为常规监测点位，再结合工程经验，确定若干易堵位置，作为重点监测点位，常规监测点位和重点监测点位组成潜流人工湿地堵塞监测点位；
58.s02、在潜流人工湿地初始运行阶段，依次对监测点位进行标记，然后将监测管1竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘2并向监测管1内注入一定水位的水，再开启启闭盘2，让监测管1内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为无堵塞工况；
59.s03、待潜流人工湿地运行一段时间，其中，运行一段时间可以为2年～5年，当然也可以为其它年限，具体根据实际的应用环境决定，按照标记位置将监测管1竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘2并向监测管1内注入一定水位的水，再开启启闭盘2，让监测管1内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为堵塞工况；
60.s04、在无堵塞和堵塞两种工况条件下监测管1内所注入的水的水位相同，然后对比两种工况条件下每个监测点位的水位-时间曲线，以确定该监测点位的堵塞状况；
61.s05、将每个监测点位的堵塞状况与潜流人工湿地实际位置一一关联，以描绘整个潜流人工湿地的堵塞状况网格图。
62.实施例7
63.本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
64.s02和s03中，在开启启闭盘2后所进行的操作如下：
65.通过秒表记录到达不同水位所需时间，然后绘制该监测点位的水位-时间曲线。
66.更进一步：对于s02和s03而言，监测管1内注入的水的高度可以为60cm，而由于前述启闭盘2位于35cm高度处，故此时水位线处在刻度线的95cm处，当然，若采用其他长度的监测管1，此时所注入的水的高度也可以相应发生变化，在次并不明确限定一种情况。
67.可以采用多个秒表同时记录时间，通常情况下，至少为3个，不同水位，可以为：在80cm、70cm、60cm、50cm、40cm、35cm分别按下秒表，查看到达该水位所需要的时间，当然，在实际应用中，也可以是其他刻度值，在此仅作示例性描述。
68.s15中可以用excel绘出水位-时间曲线，斜率即为湿地下渗速度，堵塞越严重，下渗速率越小，曲线越平缓。
69.采用秒表法监测时，监测管1通常为透明管，材质可以为：塑料，监测过程中可在水中投加颜色鲜明的轻质漂浮物，如彩色轻质塑料薄片、落叶、花瓣等，以加强读数时的视觉效果，当然，可以不采用完全透明的管材，可以是具有透明观察窗口的管材，具体选择并不作明确限制。
70.实施例8
71.本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
72.s02和s03中，在开启启闭盘2后所进行的操作如下：
73.开启启闭盘2的同时开启压力传感器，监测管1内的水往下流，获取压力-时间数据；
74.将压力-时间数据，转换为水位-时间数据，再根据水位-时间数据绘制该监测点位
的水位-时间曲线。
75.更进一步：对于s02和s03而言，监测管1内注入的水的高度可以为60cm，而由于前述启闭盘2位于35cm高度处，故此时，水位线处在刻度线的95cm处，当然，若采用其他长度的监测管1，此时所注入的水的高度也可以相应发生变化，在次并不明确限定一种情况。
76.s24中可以通过与压力传感器连接的终端设备读取压力-时间数据，终端设备可以为手机，电脑等。
77.所采用的监测管1可以是透明管、非透明管或不锈钢管等。
78.在监测过程中，对于实施例6的s02和s03而言，要么采用实施例7所述方案，要么采用实施例8所述方案，不可能两者混用。
79.实施例9
80.本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
81.s04中确定监测点位的堵塞状况的具体方法为：
82.在无堵塞和堵塞两种工况条件下，取监测管1内所盛装的水从同一水位处下降相同水位所需要的时间进行比对；
83.假定：t1代表未堵塞时监测管1内所盛装的水下降至启闭盘2所在高度时所需要的时间，t2代表在堵塞时监测管1内所盛装的水下降至启闭盘2所在高度时所需要的时间，d代表堵塞程度，其中,d＝t2/t1；
84.若：d处在1-1.5，则表示轻度堵塞；
85.若：d处在1.5-2，则表示中度堵塞；
86.若：d大于2，则表示重度堵塞。
87.监测管1内所盛装的水下降至启闭盘2所在高度，按照前述启闭盘2处在35cm高度处以及注入60cm高度的水的方案而言，那么，可以理解为：水位从刻度线95cm下降至刻度线35cm处，而所记录的时间t1和t2则是分别代表未堵塞时和堵塞时水位从刻度线95cm下降至刻度线35cm处所需时间。
88.实施例10
89.本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
90.对于s02而言：在人工湿地填料布设均匀的情况下，所有位点测试的水位-时间曲线是重合的，此时不需要逐个测试，仅选择代表性位置测试即可，若为非均匀填料，则需要对不同监测点位进行测试。
91.实施例11
92.本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
93.s05中，可以结合surfer 12软件，将每个监测点位的堵塞状况与潜流人工湿地实际位置一一关联，以描绘整个潜流人工湿地的堵塞状况网格图。
94.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。

技术特征：
1.一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，包括：监测管(1)，所述监测管(1)上下两端开口，所述监测管(1)内部从底部往上大于30cm的位置设置控制其内部通道开闭的启闭盘(2)。2.根据权利要求1所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，所述监测管(1)为透明管，所述监测管(1)的壁面上沿其长度方向设置刻度线，所述刻度线的起点从监测管(1)底部开始，且往上依次增加。3.根据权利要求1所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，所述启闭盘(2)上具有压力传感器。4.根据权利要求1～3任一项所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，所述启闭盘(2)为百叶式结构，所述监测管(1)外具有控制启闭盘(2)中各启闭页(210)转动以完成启闭盘(2)开闭的控制杆(220)。5.根据权利要求1～4任一项所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，所述启闭盘(2)位于监测管(1)内部从监测管(1)底部往上35cm处的位置。6.根据权利要求5所述一种潜流人工湿地堵塞监测装置，其特征在于，所述监测管(1)的长度为100cm，所述监测管(1)的内部口径为30cm。7.一种潜流人工湿地堵塞监测方法，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述潜流人工湿地堵塞监测装置，具体步骤如下：s01、对潜流人工湿地绘制网格，并在网格中取若干监测点位，作为常规监测点位，再结合工程经验，确定若干易堵位置，作为重点监测点位；s02、在潜流人工湿地初始运行阶段，依次对监测点位进行标记，然后将监测管(1)竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘(2)并向监测管(1)内注入一定水位的水，再开启启闭盘(2)，让监测管(1)内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为无堵塞工况；s03、待潜流人工湿地运行一段时间，按照标记位置将监测管(1)竖直插入该监测点处种植土层下填料层30cm深度处，关闭启闭盘(2)并向监测管(1)内注入一定水位的水，再开启启闭盘(2)，让监测管(1)内的水往下流，以对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为堵塞工况；s04、在无堵塞和堵塞两种工况条件下监测管(1)内所注入的水的水位相同，然后对比两种工况条件下每个监测点位的水位-时间曲线，以确定该监测点位的堵塞状况；s05、将每个监测点位的堵塞状况与潜流人工湿地实际位置一一关联，以描绘整个潜流人工湿地的堵塞状况网格图。8.根据权利要求7所述一种潜流人工湿地堵塞监测方法，其特征在于，s02和s03中，在开启启闭盘(2)后所进行的操作如下：通过秒表记录到达不同水位所需时间，然后绘制该监测点位的水位-时间曲线。9.根据权利要求7所述一种潜流人工湿地堵塞监测方法，其特征在于，s02和s03中，在开启启闭盘(2)后所进行的操作如下：开启启闭盘(2)的同时开启压力传感器，监测管(1)内的水往下流，获取压力-时间数据；将压力-时间数据，转换为水位-时间数据，再根据水位-时间数据绘制该监测点位的水
位-时间曲线。10.根据权利要求7所述一种潜流人工湿地堵塞监测方法，其特征在于，s04中确定监测点位的堵塞状况的具体方法为：在无堵塞和堵塞两种工况条件下，取监测管(1)内所盛装的水从同一水位处下降相同水位所需要的时间进行比对；假定：t1代表未堵塞时监测管(1)内所盛装的水下降至启闭盘(2)所在高度时所需要的时间，t2代表在堵塞时监测管(1)内所盛装的水下降至启闭盘(2)所在高度时所需要的时间，d代表堵塞程度，其中,d＝t2/t1；若：d处在1-1.5，则表示轻度堵塞；若：d处在1.5-2，则表示中度堵塞；若：d大于2，则表示重度堵塞。

技术总结
本发明涉及潜流人工湿地堵塞监测装置，监测管内部设置控制其内部通道开闭的启闭盘。监测方法：对潜流人工湿地绘制网格，并在网格中取若干监测点位，作为常规监测点位，再确定若干易堵位置，作为重点监测点位；在潜流人工湿地初始运行阶段，依次对监测点位进行标记，对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为无堵塞工况；待潜流人工湿地运行一段时间，对监测点位进行测试，并绘制每个监测点位的水位-时间曲线，作为堵塞工况；对比两种工况条件下每个监测点位的水位-时间曲线，以确定该监测点位的堵塞状况；描绘整个潜流人工湿地的堵塞状况网格图。监测过程中不影响人工湿地的正常运行，没有使用各类模型，免去了模型误差。去了模型误差。去了模型误差。


技术研发人员：苏苑君 谢舒婷 张锐 王跃昌 游觅
受保护的技术使用者：远浪潮生态建设（湖北）有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/12