本发明涉及一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，涉及水运通航建筑技术领域。
背景技术：
船闸是一种应用很广的通航建筑物，多建筑在河流和运河上。船闸根据连通器原理，通过闸门的启闭控制灌泄水，克服上下游的水位差，实现船舶在上下游之间的顺利通航。随着通航量的增加，通航所需水量也随之增加，由于通航造成的下泄水量惊人。因此如何减少船闸运行时的耗水量是水运工程的重要问题之一。
现有技术多采用船闸附带贮水池的方法进行省水。理论上，附带单级贮水池的船闸的省水率的上限为33.3％；船闸附带多级贮水池虽然可以提高船闸省水率，但是造价昂贵且受到场地条件的限制，工程应用较少。因此，如何在满足航运条件下低投入的进行有效省水是水运工程的重要问题之一。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够减少船闸运行时的耗水量，有效避免水资源的浪费的用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，包括贮水池和控制系统，所述贮水池上设有输水阀门，所述输水阀门与输水廊道一端相连接，所述输水廊道另一端连接至闸室底部的输水口，所述贮水池底部固定有若干个气囊，所述贮水池上设置有用于给所述气囊充泄气的充气泵，所述控制系统包括监测模块和控制模块，所述监测模块包括流速监测模块、水位监测模块和压力监测模块，所述流速监测模块设置在所述输水口处，所述水位监测模块设置在所述闸室侧壁上，所述压力监测模块设置在所述气囊内部，所述控制模块与所述监测模块相连，所述控制模块包括充泄气控制模块和阀门控制模块，所述充泄气控制模块用于控制充气泵的启闭和输出功率，所述阀门控制模块用于控制输水阀门的启闭。
所述贮水池为长方体，所述贮水池的水平面积与所述闸室相同。
所述贮水池底部高程与下游水位相同，所述贮水池深度大于3/4上下游最大水位差；所述气囊充气后的最大体积大于1/2所述闸室水体体积。
所述气囊底部设有连接绳，所述贮水池底部上设有连接环，所述气囊与所述贮水池底部之间通过所述连接绳与所述连接环固定连接。
所述充气泵与所述气囊之间通过输气导管相连接，所述输气导管用管卡固定在所述贮水池侧壁上。
所述控制模块与电机连接，所述控制模块对所述监测模块进行供电。
所述控制模块包括依次相连的存储器、比较器和放大器，所述比较器分别连接所述流速监测模块、水位监测模块和压力监测模块相连，所述放大器与所述比较器、充泄气控制模块和阀门控制模块相连。
本发明的有益效果：本发明提供的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，能够使得船闸省水率达到50％，是现有的带一级贮水池的船闸省水率的1.5倍，减少了船闸运行时的耗水量，有效避免了水资源的浪费；能够将泄水船闸的水头预先降低一半，改善了船闸闸室内的船舶停泊条件，简化了闸室消能设计。
附图说明
图1为本发明一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统的与闸门平行的竖切面结构示意图；
图2为本发明一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统的与闸门垂直的竖切面结构示意图；
图3为本发明一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统的气囊与贮水池底部的连接示意图；
图4为本发明一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统的模块结构示意图。
图5为本发明中船舶从上游通往下游时，气囊3泄气后，闸室2内的水位与贮水池1的水位齐平的水位图；
图6为本发明中，船舶从下游通往上游时，输水阀门二7、输水阀门三8打开后的水位图；
图7为船舶从下游通往上游时，气囊3体积恰好达到设计的最大体积，贮水池1内的全部水体进入闸室2内的水位图。
图中附图标记如下：1-贮水池；2-闸室；3-气囊；4-输水口，5-输水廊道；6-输水阀门一；7-输水阀门二；8-输水阀门三；9-输气导管；10-充气泵；11-流速监测模块；12-水位监测模块；13-压力监测模块；14-管卡；15-连接环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，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。
如图1和图2所示，本发明公开一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，包括贮水池1和控制系统。贮水池1为长方体，贮水池1的水平面积(长度和宽度)与闸室2相同。贮水池1底部高程与下游水位相同，贮水池1深度大于3/4上下游最大水位差。
贮水池1上设有输水阀门，输水阀门包括从下往上依次设置的输水阀门一6、输水阀门7和输水阀门三8。输水阀门与输水廊道5的一端相连接，输水廊道5另一端连接至闸室2底部的输水口4。如图3所示，贮水池1的底部设有多个气囊3，气囊3底部设有连接绳，贮水池底部上设有连接环15，气囊3与贮水池1底部之间通过连接绳与连接环15固定连接。气囊3充气后的最大体积大于1/2闸室水体体积。如图2所述，气囊3通过充气泵10充泄气，充气泵10与气囊3之间通过输气导管9相连接，输气导管9用管卡14固定在贮水池1侧壁上。
如图1和图4所示，控制系统包括监测模块和控制模块，监测模块包括流速监测模块11、水位监测模块12和压力监测模块13，控制模块包括充泄气控制模块和阀门控制模块，控制模块根据接收到的流速信号、水位信号和压力信号发出控制信号，控制充气泵10的启闭和输出功率以及输水阀门的启闭，流速监测模块11设置在闸室2底部的输水口4附近，用于监测输水口水流流速，获得流速信号，水位监测模块12设置在闸室2侧壁上，用于监测闸室水位，获得水位信号，压力监测模块13设置在气囊3内部，用于监测气囊内部压力，获得压力信号，充泄气控制模块用于控制充气泵的启闭和输出功率，阀门控制模块用于控制输水阀门的启闭，控制模块分别与流速监测模块11，水位监测模块12，压力监测模块13相连接。控制模块与电机连接，控制模块对监测模块进行供电。
优选地，控制模块包括：存储器，用于存储水流流速阈值、水位阈值和压力差值阈值；比较器，分别连接流速监测模块11、水位监测模块12、压力监测模块13及存储器，用于依次比较流速信号与水流流速阈值、水位信号与水位阈值、压力信号与压力差值阈值；放大器分别与比较器、充泄气控制模块和阀门启闭模块连接，用于对比较结果进行放大，并将放大后信号发送给充泄气控制模块和阀门控制模块。
优选地，充泄气控制模块可根据各个气囊内的压力监测模块13发送的压力信号控制充气泵10的输出功率，使得气囊3之间的体积增长率保持一致，使得灌入闸室2的水流较为平稳。
优选地，充泄气控制模块可根据流速监测模块11和水位监测模块12发送的水位信号和流速信号控制充气泵10的输出功率，使得贮水池2内的水体全部灌入闸室时，气囊3体积恰好达到设计的最大体积。
如图5到图7所示，本发明的具体工作流程如下：船舶从上游通往下游时，充泄气控制模块控制充气泵10输出功率达到最大，使得贮水池2底部的气囊3以最快的速度泄气，阀门控制模块打开输水阀门一6，由于闸室2内的水位高于贮水池2的水位，在大气压力作用下，闸室2内的水体通过闸室底部的输水口4、输水廊道5以及输水阀门一6进入贮水池1。当闸室2内的水位与贮水池1的水位齐平(为1/2上游水位高度)时，阀门控制模块关闭输水阀门一6，此时闸室水体的1/2泄入贮水池1。最后打开输水廊道5中连通下游的输水阀门，将闸室2内剩余的部分水体泄入下游，使得闸室2内的水位与下游水位齐平，船舶驶出闸室2。
船舶从下游通往上游时，阀门控制模块打开输水阀门二7、输水阀门三8，同时充泄气控制模块启动充气泵10对设置在贮水池1底部上的气囊3进行充气，使得气囊3逐渐膨胀至设计的最大体积，充泄气控制模块控制充气泵10输出功率使得贮水池1内的水体全部灌入闸室时，气囊3体积恰好达到设计的最大体积。由于贮水池1内的水位高于闸室2水位，在大气压力作用下，贮水池1内的全部水体通过输水阀门二7、输水阀门三8、输水廊道5以及闸室2底部的输水口4进入闸室2。最后打开输水廊道5中连通上游的输水阀门，将上游的一部分水体输入闸室2，使得闸室2内的水位与上游水位齐平，船舶驶出闸室2。
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。
1.一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：包括贮水池(1)和控制系统，所述贮水池(1)上设有输水阀门，所述输水阀门与输水廊道(5)一端相连接，所述输水廊道(5)另一端连接至闸室(2)底部的输水口(4)，所述贮水池(1)底部固定有若干个气囊(3)，所述贮水池(1)上设置有用于给所述气囊(3)充泄气的充气泵，所述控制系统包括监测模块和控制模块，所述监测模块包括流速监测模块(11)、水位监测模块(12)和压力监测模块(13)，所述流速监测模块(11)设置在所述输水口(4)处，所述水位监测模块(12)设置在所述闸室(2)侧壁上，所述压力监测模块(13)设置在所述气囊(3)内部，所述控制模块与所述监测模块相连，所述控制模块包括充泄气控制模块和阀门控制模块，所述充泄气控制模块用于控制充气泵的启闭和输出功率，所述阀门控制模块用于控制输水阀门的启闭。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述贮水池(1)为长方体，所述贮水池(1)的水平面积与所述闸室(2)相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述贮水池(1)底部高程与下游水位相同，所述贮水池(1)深度大于3/4上下游最大水位差；所述气囊(3)充气后的最大体积大于1/2所述闸室(2)水体体积。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述气囊(3)底部设有连接绳，所述贮水池(1)底部上设有连接环(15)，所述气囊(3)与所述贮水池(1)底部之间通过所述连接绳与所述连接环(15)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述充气泵(10)与所述气囊(3)之间通过输气导管(9)相连接，所述输气导管(9)用管卡(14)固定在所述贮水池(1)侧壁上。
6.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述控制模块与电机连接，所述控制模块对所述监测模块进行供电。
7.根据权利要求1所述的一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统，其特征在于：所述控制模块包括依次相连的存储器、比较器和放大器，所述比较器分别连接所述流速监测模块(11)、水位监测模块(12)和压力监测模块(13)相连，所述放大器与所述充泄气控制模块和阀门控制模块相连。
技术总结