水利创新模型设计大赛（一）| 爆款作品，由你来定！！

长沙理工大学水利工程学院

2020-12-18 11:23 浏览量: 9206

活动背景

“十四五”时期将是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后，乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年，也是坚持创新驱动发展，全面落实交通强国战略、建设世界一流港口、推进新型基础设施、新型城镇化、全面提升水资源优化配置和水旱灾害防御能力、生态文明建设实现新进步的关键阶段，大学生科技创新活动必须立足新发展阶段，贯彻新发展理念。

在“十四五”即将开始之际，为贯彻落实党的十九届五中全会精神，面对新发展阶段，贯彻新发展理念，构建新发展格局，增强同学们的科技创新、团结协作、实践操作能力，营造科技创新氛围，由湖南省航海学会主办，长沙理工大学水利工程学院和中交天航湖南公司承办，湖南惟楚科教实训室设备有限公司协办的2020年“大禹杯”水利创新模型设计大赛。

“大禹杯”水利创新模型设计大赛

线上评比正式开始

让我们共同欣赏

“生态文明视角下的水环境保护与水生态修复”

“新型城镇化建设下的给水与排水工程”

两个主题下的优秀作品吧

快快动动小手指

选出你心中的全场最佳！！

（线上评比占总成绩的20%哦~）

生态文明视角下的水环境保护与水生态修复

建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的大计，是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。早在2013年9月7日习近平总书记在哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学发表演讲，回答学生问题时指出：“我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山。”党的十八大报告首次专章论述生态文明，首次提出“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”和“建设美丽中国”，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。在生态文明视角下，该如何开展水环境保护与水生态修复？让我们一起欣赏下同学们的相关作品吧。

指导老师：夏波

团队成员：殷楠、殷伟杰、肖伶智、孙远扬、段家漩、付茹萍

模型设计理念：城市污水主要是指城市日常运行中所产生的各种污水,包括居民的生活用水,工业废水以及截留雨水等等.城市污水如果得不到及时,有效的处理,将会给城市水源造成严重污染，而污水处理厂便可保护原有的干净的水资源被污水破坏，同时可以使水资源重复利用，从而达到可持续发展。

作品原理：首先通过中格栅，细格栅，平流式沉淀池以及辐流式沉淀池对污水中的污染物进行分离，其次通过SBR反应池和消毒池将难以分离的污染物转化为无害的物质。其中通过集泥井收集的污泥经过污泥脱水房的处理后可以用于制复合肥，有利于土壤改良和农作物增产。

指导老师：孙士权

团队成员：喻星顺、周洋、王艺文、郭依凡、周秀、刘丽娟

模型设计理念：运用生态护坡、生态浮岛以及底泥疏浚工程，并使三者立体式结合，高效彻底的修复被污染的富营养化水体。

作品原理：通过生态浮岛及生态护坡的植物吸收水体中的营养元素、河底淤泥疏浚使水域中N、P元素等营养得到转移，并就近修建底泥处理厂使部分产物得到资源化利用。

实际应用前景：可切实有效治理河道水体富营养化问题。

指导老师：曹周红

团队成员：汪磊、吴琪超、蔡志文、罗婉娇、刘湘、王欣

模型设计理念：河湖及水电站流域一直存在水面漂浮垃圾的问题，对水体安全和枢纽的正常运转有很大威胁，因此这个问题需要得到尽快而有效地解决。此装置从生态友好的角度出发，利用水力供能实现水面漂浮垃圾的自动收集。

作品原理：利用流动的水流带动涡轮旋转，在扰流柱附近形成流速稍快于周围流速的涡流，并通过扰流柱周围的水流运动将垃圾运送到两岸，从而实现垃圾的收集与运输。

指导老师：陈婧

团队成员：潘思豪、刘上游、李幸根、卿荣全、康子怡、李嗣宇

模型设计理念：在基于生态文明视角下对水环境保护与水生态修复，海绵城市也是一个热门的话题。那如何对城市建设进行科学规划，并且在建设的同时节约水资源已成为当今城市发展规划的首要问题，因此我们团队做出这个模型，以期能为海绵城市建设提供借鉴。

作品原理：海绵城市是指城市对水资源具有弹性控制能力，降雨时有蓄水、吸水、渗水、净水作用，保证城市水资源合理调配，同时在保证城市安全抗洪排涝的前提下，合理利用水资源，保护城市的生态环境，有效应对自然灾害。要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市通过海绵城市建设，科学、合理、高效地利用城市雨水资源，充分发挥雨水的利用效益是我国生态文明建设的一项重要任务。

一种农药污染水体的高效生态修复技术

指导老师：余关龙

团队成员：肖晓珍、陈力然、邓婕、朱炎聪、谭志斌、胡锦淋

模型设计理念：本装置采用人工湿地耦合光催化技术，将经光催化剂处理后的农药废水送至人工湿地中作进一步处理，实现难降解农药废水的彻底处理。既能克服光催化技术对农药分子分解的不彻底，又能提高人工湿地的处理效率，拓宽人工湿地的应用范围。实现水生态修复。

作品原理：农药废水进入光催化池后，采用可见光照射下能激发高活性的光催化剂，将农药大分子分解成小分子有机物。在光催化反应池内设置多级倾斜溢流板，作为光催化剂附着点，使催化剂与农药分子和光源充分接触，并且改善废水流态，以提高反应效率。此外，光催化剂日间采用自然光照射，夜间采用太阳能系统提供光源，从而保证进行连续光催化反应。经光催化分解后的废水进入人工湿地作进一步处理。通过在基质层引入抗农药共固定化微生物，经过基质-微生物-植物的协同作用，实现农药废水的彻底净化。

指导老师：夏波

团队成员：韩陆扬、高樱芷、王晨鸣、董文科、谈佳奇、邓钊鹏

模型设计理念：水体污染是当今社会亟待解决的问题,故我们想到一种生态浮岛：浮岛上的植物根系高效的降解水中的 COD 、氮、磷的含量,有效吸附水中悬浮物；曝气装置可以为生态浮岛供氧,；采用绿色能源——太阳能为曝气装置供能。

作品原理：利用生物的自然生态习性，吸收，吸附和降解水中的有机污染物。

实际应用前景：生态浮岛造价低廉，运行简便，造型美观；曝气充氧可以加强水体自净；人工水草耐污耐腐蚀。三种工艺结合，经济效益和净化效果大大提高。

指导老师：聂小保

团队成员：周清、刘子涵、戴添骥、黎维贺

模型设计理念：有效规划布局，合理节水灌溉，目的是提高供水灌溉的利用率，将水资源利用率提高到最大。

作品原理：“长藤结瓜”的灌溉系统以取水或配水渠道为“藤”和多个陂塘为“瓜”构成。该灌溉系统利用渠道把河水以及沿渠的坡面径流等灌入小水库或池塘存蓄起来，补充其蓄水不足，供灌水高峰期使用，弥补引入水量的不足。

新型城镇化建设下的给水与排水工程

2016年2月，国务院印发《关于深入推进新型城镇化建设的意见》，提出了新型城镇化要求，即“以提高质量为关键，推进海绵城市建设，坚持使用、经济、绿色、美观方针”。新型城镇化是现代化的必由之路，是最大的内需潜力所在，是经济发展的重要动力，也是一项重要的民生工程。在新型城镇化建设下，如何推进实施城市地下管网改造工程？如何建设海绵城市？如何建设节水型城市？如何建设安全可靠的水利和供水系统？让我们一起欣赏下同学们的相关作品吧。

指导老师：张伟

团队成员：罗双雪、周翔、蒋将、高银杰、周冰钰、张永超

模型设计理念：我们的模型是基于现代城镇化建设中对地面积水收集与地下管道铺设的模拟。地上采用虹吸路面，以快速收集雨水。另外，地下管道采用的是雨污分流的两个独立的系统，自控型排水管道，解决城市看海问题，可吸可排可利用，处理过的雨水可用于生态下沉式污水处理厂地表的绿化灌溉。

作品原理：生活污水经排水管网汇集至生态下沉式污水处理厂。雨水：降雨量小则通过自控型水量调节器最下方的管道进入污水处理厂，而当遇上暴雨或梅雨季节，雨量感应器通过对进水口处流量和流速的检测，自动开启阀门，打开两处泄水口，缓解泄洪压力。雨污分流器通过水位传感器控制阀门的关闭决定雨水是否能够利用。

指导老师：余志、聂小宝

团队成员：蔡彦博、周欣、邹建云、龙颖、孟庆康、周成杰

模型设计理念：

党的十八大以来，我国把生态文明建设摆在突出位置，本小组在基于海绵城市的建设上，打造了一个空中花园式的城镇给排水系统，在以收集利用雨水的大前提下，增设了消防，绿化，能量利用等创新点，不仅为城镇建设提供了一种新思路，且契合了当代生态理念。

作品适用场景：南方雨量较大的城镇。

作品原理：

1.采用楼顶泳池，在收集雨水后经过初步处理与居民用水作为泳池中的水源，同时作为高层楼房紧急备用水源。

2. 楼顶两侧采用斜面设计，方便雨水沿房屋两侧管道流入各层绿化带起到绿化的效果。同时楼顶花草对雨水进行初步过滤，阻挡泥沙(定时清理)。3. 地面收集的雨水与家庭废水流入蓄水池中进行初步沉降，放止流入市政管网的水堵塞。4. 地面筒车利用：筒车滚页采用百叶窗结构，两面用材分别为黑色硅板和耐水材料，配合筒车基座和支架内部光强和雨量感知系统，可实现筒车在晴雨天收集太阳能与水力发电的交替使用，提高利用率。5. 整个空中花园系统植被覆盖率非常高。对整个系统涵养水源，利用水源有很大的辅助作用。6. 利用海绵城市“渗-滞-蓄-净-用-排”的原理，涵养地下水，收集雨水，有效缓解城市内涝问题。

指导老师：危润初

团队成员：艾赣雄、周桢玉、张羽涵、王吾乡、王绪鹏、易祖新

团队精神：创新与实用并重，实践与交流同行，切实科学化美观化模型。

设计理念：本模型视雨洪为资源，认为城市发展应该给雨洪储蓄留有足够的空间。模型的目标是减少地表径流与及降低初期雨水的面源污染程度，同时降低洪峰和减少洪流量，保证城市的防洪安全。

作品原理：在垂直方向上，模型分为三层结构，其最上一层是基于小区的规划设计。第二层利用了海绵的吸水性来模拟土壤。在传统小区的地下利用概化模型理念来模拟管网。第三层是基于海绵城市下小区特有的地下蓄水池结构，用于收集集地面过量的径流。通过海绵城市设施与传统小区产汇流差异体现海绵城市在渗、滞、蓄、净、用、排方面的优势。

指导老师：聂小保

团队成员：杨依涵、刘子恺、吴琳娜、晏晨、邓雨泽、崔文波

设计理念：对城镇污水净化处理并再利用，既能减轻水体污染程度，改善生态环境，又能践行生态可持续发展原则。沟通城镇和乡村，让城乡一体化，共同发展。

作品原理：将城市居民的生活废水运输到污水处理厂，经过污水处理（过滤，净化消毒）将水质提升到农业灌溉标准，统一运输到给水厂，再经过地下管道运输到农村进行农业灌溉用途。

指导老师：武海鹏

团队成员：王品琪、彭柳、罗超群、蒋瑶珊、陈胜武

设计理念：双层设计，上层地上部分，下层给排水系统。城镇以“福”进行排列。我们的居民楼分布在地势较高的地段，在边缘部分有一个采集收集雨水的沟渠设计。我们的主旨是希望居民的生活能够有本质上的提高，在创新创造的同时，并不忘本保留了农田,同时在池塘以及污水处理厂的上部分设计湿地公园，为我们带来可观的经济收入。

作品原理：我们日常中收集到的雨水会通过沟渠流入四个联通的池塘，在上游的池塘中，会有一个防倒灌的拍门和外部的河流相流通，这样可以达到整个城镇一直有有活水可用的状态。城镇地势在一个落差较大，在这条河流的下游我们可以设置一个发电站，这部分发的电可以供给整个城镇使用这样就实现了一个电量的自我保障。

指导老师：孙士权

团队成员：刘超、王义、肖锐、王晓文、姜泽伦、邹端午

模型设计理念：目前，海绵城市的理念进入中国城市建设和规划的时间尚短，虽然取得了一些进步，但仍存在不足之处。1.雨水资源化利用不高。2.城市仅重视“看得见”的地上建设，轻视“看不见”的地下，对排水系统未给予足够的重视。

作品原理：根据以上特点，我们采取了以雨水花园为例的模型，集储水，净水，供水，排水等功能为一身。我们这一个城市“海绵体”包括公园、水库、可渗透路面、绿色屋顶等配套设施。雨水经过雨水花园“海绵体”中密布的孔隙下渗，以及透水路面，绿色屋顶通过管道集中到地下净水部分，多余雨水通过管网泵站外排，起到了集成和排洪的作用。然后依次通过砂滤,活性炭层，以及微生物净水层，最后集中到地下水库，实时地根据水位高低，补水和停水，自动化让水泵停机，最后水库水可以通过提升泵供给给城市消防系统，农业灌溉系统等。

指导老师：孙士权

团队成员：周立欣、李发越、何文慧，黄芸涛

模型设计理念：地下水位为静水位，来自空气压缩机的压缩空气由输气管经喷嘴输入扬水管，在扬水管中形成空气与水的水气乳浊液，水汽乳浊液由于重力密度小而沿扬水管上升，流入水气分离箱中，在该箱内，水汽乳浊液以一定的速度撞击在伞形钟罩上，由于冲击从而达到水气分离的目的。分离出来的空气经水气分离箱顶部的排气孔排出，水落入箱中，依靠重力流出，由管道流入网格反应池。创新点：其中当地下水中铁锰超标时，气提水时气中氧将氧化水中铁锰，达到既提升水又氧化除铁锰。

作品原理：网格反应池，是应用紊流理论的絮凝池。絮凝池分成许多面积相等的方格，水流上下交错流动，直至出口，在全池约三分之二的分格内，垂直水流方向放置网格或栅条，在水流通过时，形成了较好的絮凝效果。但当水量发生变化时影响絮凝效果，还存在某段池底积泥现象，甚至在网格上还会滋生藻类堵塞网眼等现象，所以要定期清理，随后就流入斜管沉淀池。

斜管沉淀池，占地面积小，沉淀效率高，但要耗费较多的斜管沉淀池，老化后需要定期更换。然后经斜管沉淀池处理的水就流入砂滤池。

砂滤池，滤池闲置期，石英砂在自身重力下，处于压实状态。运行初期，原水首先从进水阀进入配水渠，然后沿配水槽跌落经石英砂过滤后由滤池底部的清水管引至清水池。随着运行时间的延长，石英砂截留的杂志越来越多，滤层阻力不断增大，滤水池水位逐渐上升，当滤池水位上升到一定高度后，滤池过滤效果明显下降，此时需对滤池进行反冲洗。

（反冲洗时，开反冲洗水泵和滤池底部的反冲洗水阀，反冲洗逆流而上，待石英砂充分膨化后，开鼓风机，待鼓风机工作稳定后，打开进气阀反冲洗水排水阀门，对滤料进行气/水反冲，5~8min后，关闭进气阀和鼓风机，仅对滤料进行水反冲，2~4min后，冲洗结束，关闭冲洗水泵，反冲洗水阀，打开原水进水阀，进行表面扫洗，1~4min后，扫洗结束，关闭反冲洗水排水阀门，打开清水阀，进一步处理的水就流进清水池，砂滤池也进入下一周期的工作。）

清水池，过滤后的洁净澄清的滤后水沿着管道流往其内部进行贮存，并在清水中再次投加入液氯进行一段时间消毒，对水体的细菌、大肠杆菌等病菌进行杀灭。达到灭菌的效果。

可行性：气提升水的时候，水中大量的氧气将与水中铁锰发生氧化还原反应，铁锰被氧化成高价态，在中性条件形成不溶解的氢氧化物而被去除。