公开/公告号CN113204819A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-08-03
原文格式PDF
申请/专利权人 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院);
申请/专利号CN202110465457.X
申请日2021-04-28
分类号G06F30/13(20200101);G06F30/28(20200101);E02B1/02(20060101);G06F113/08(20200101);G06F119/14(20200101);
代理机构33101 杭州九洲专利事务所有限公司;
代理人王之怀;王洪新
地址 310020 浙江省杭州市江干区凤起东路50号
入库时间 2023-06-19 12:05:39
技术领域
本发明涉及一种水利工程设计方法,具体是感潮水闸闸前橄榄型调蓄湖的布置方法。
背景技术
感潮水闸是沿海平原地区常见的水工建筑物,其下游一般为开敞式海域,当关闭闸门时,具备拦洪、挡潮、蓄水等功能,可满足上游取水、通航及防御海洋灾害等需求;当开启闸门时,具备泄洪、排涝、甚至通航等功能,是平原河网中关键的控制性建筑。一般来说,影响感潮水闸排涝能力的主要因素有工程规模和布置、上游集雨面积、降雨量、河网布局、外海侧潮水位以及调度运行方式等,成为了决定区域河网洪涝灾情及减灾能力的关键控制因素。
根据《水闸设计规范SL265-2016》要求,水闸的“轴线宜与河道中心线正交,其上游河道直线段长度不宜小于5倍水闸进口处水面宽度”;因此水闸平面布置中上游河道(即闸上河道1)一般都是顺直河道(如图1),并通过两侧收缩导墙2与闸室3相连接(图中还有外海或下游河道4)。相对内河水闸,该类水闸具有以下几方面特点:一是河底纵向高程坡降平缓,在出口段几乎为零坡降状态,排涝时闸上河网水流的动力存在不足;二是排涝水闸闸下潮位变幅大,在平高潮位时需关闸挡潮,避免咸水入侵,低潮位时则开闸泄水,因此这类候潮排涝也叫“半夕排涝”;三是防冲压力严峻,在台风及强降雨期间,该类闸多为抢排、快排状态,闸室上下游水位落差接近或超过设计值,极易造成闸上河道及闸下防冲段冲刷严重,危及闸室及沿线堤防安全。
在以往设计及运行中,由于对平原河网及感潮水闸的排涝特性认识不足,按照规范或者经验进行设计的感潮水闸,普遍存在水闸规模和闸前河道规模不匹配的问题,即闸室规模偏大或河道规模偏小。具体表现为:当外海中低潮位时,水闸闸门全开泄洪,此时闸前水位坡降较陡,泄洪时甚至出现闸前小段河道水流几乎见底,而中上游河网中的水位却下降缓慢,甚至是毫无变化情况,该问题一方面降低了排涝闸的排涝能力,另一方面也将造成闸前河道普遍冲刷,危及两侧堤防的稳定与安全。如南台头闸在1993年至2004年间多次排涝后,闸上4km河道形成严重冲刷,河底最大冲深可达6m(河道断面冲刷状态见图2),为避免河道冲刷进一步加重,只能采取控制过闸流量等措施,导致工程的排涝效益大大降低。又如曹娥江支流上的新三江闸,闸室规模和河道宽度几乎等同,闸门开启瞬间闸上200m左右河段的水位几乎见底,导致了闸上段河床冲刷严重,严重制约着闸站的排涝效益。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足,提供一种适用于感潮水闸的橄榄型调蓄湖的布置方法。该方法能提高闸上河道(网)的排涝能力,降低上游河道(网)水位,保护闸前河道的防冲安全。
本发明提供的技术方案是:感潮水闸闸前橄榄型调蓄湖的布置方法,所述闸前橄榄型调蓄湖的设计参数按照以下公式确定:
S
S
θ=sin
S
式中:q为单宽流量(单位宽度流量),m
调蓄湖5布置时,其上游连接翼墙6设置为圆弧(上游连接翼墙的水平面投影为圆弧)。
作为优选,上游连接翼墙6可设置反弧连接。
作为优选,调蓄湖所在的河道长度L,位于河道直线段内。
本发明的原理是:本发明中,水力学模型采用基于平面二维不可压缩雷诺(Reynolds)的纳维埃-斯托克斯(Navier-Stokes)浅水方程模型,研究在明确水闸设计流量、闸上河道宽度、河底及闸底高程等设计参数基础上开展。分析结果表明,闸前设置橄榄型调蓄湖后,上游河道内的水位能够明显降低,同时过闸的排涝流量也有所增大,闸上水位降低幅度与S
本发明的有益效果是:本发明提出了感潮水闸闸前设置橄榄型湖泊及计算方法,通过该方法得到的闸前橄榄型湖泊方案可显著提高闸上河道(网)的排涝能力,降低上游河道(网)水位,保护闸前河道的防冲安全,是区域水网规划设计的一种新思路及方法,可为水网建设中快速排涝提供关键技术支撑。
附图说明
图1为常规水闸的结构布置图。
图2为常规水闸闸上河道冲刷前后横断面图。
图3为闸前橄榄型调蓄湖工程布置示意图。
图3-1为上游连接翼墙6采用反弧连接示意图。
图4为平面布置形式公式推导流程图。
图5为模型范围示意图。
图6为单宽流量q=15m
图7为沿程洪水位变化方案对比图。
图8为调蓄湖段流场图。
图9为调蓄湖面积比与单宽流量关系拟合曲线图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
本发明所述技术方案,经过以下步骤(流程见图4)推导获得:
步骤一,获取设计参数
根据浙江温州某水闸的布置,河道宽度B取55m,闸室净宽b为35m,河底高程为0m,闸室下游潮位h
步骤二,选择水力学分析模型
水力学分析可采用平面二维(三维)数学模型或水工物理模型,考虑计算的便利性,选用平面二维数学模型进行分析,模型下游边界至闸下100m范围,上游边界至闸上2.5km,符合常规计算要求,模型范围及网格布置见图5。
步骤三,确定在相同单宽流量下,最低水位对应的S
本次计算先取单宽流量q=15m
步骤四,获取不同单宽流量与最优S
继续计算单宽流量q为7、10、20、25m
S
步骤五,计算获得调蓄湖其余布置参数R、θ值
按上一步得到的相关性公式计算S
S
θ=sin
S
实施例1(浙江温州某水闸)
步骤一,获取水闸及上游河道设计参数,如流量Q=350m
步骤二,根据公式S
q=10m
S
S
R=902m
Θ=17.05°
L=550m。
获得的调蓄湖平面图见图8。
经测算,设置调蓄湖后,相对闸上顺直河道方案,调蓄湖中段最大流速可由顺直河道的2.04m/s降低至1.08m/s,降幅约50%;开闸初期闸前水位降幅减少0.5m以上,排涝稳定后闸上水位抬高约0.05m/s。
因此,调蓄湖方案能够显著降低闸前河道的流速,减少闸上冲刷对水闸两侧堤防及水闸自身基础稳定安全的影响;其次,调蓄湖方案还削弱了开闸初期闸上水位降幅,提高了排涝稳定后闸上的控制水位,能在一定程度上提高水闸及闸上河网的排涝能力,降低灾害影响。
尽管已结合优选的实施案例描述了本发明,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改,因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
机译: 蜂窝轮水闸包括蜂窝轮在壳体的闸室中旋转,该壳体设有前壁和后壁,入口连接到出口
机译: 前感测设备和前感测工具操作,地层评估和评估控制,井控,优化的压力钻探,激活和停用以及前感测设备的使用和进行参考测量以建立背景噪声的自动化方法
机译: 具有改进的转印带原位感测结构的图像形成设备以及用于图像形成设备的转印带的原位感测设备的布置方法