CN101881017A

CN101881017A - 排异重流复合型堰

Info

Publication number: CN101881017A
Application number: CN 201010232278
Authority: CN
Inventors: 李艳红; 竺奇乐; 喻国良
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: CN101881017B

Abstract

一种水利工程技术领域的排异重流复合型堰，包括：引水导墙、排水堰以及导墙支撑，其中：引水导墙的顶边缘高于排水堰的顶部，导墙支撑位于引水导墙底部并与水体底床固接支撑，实现引水导墙的悬空设置且底边缘高于水体底床。本发明可以使流向排水堰的水体中的底部密度较大的异重流优先通过引水导墙的底部空隙，继而越过堰顶，排出蓄水体外。因此，该排异重流复合型堰可以在不改变堰的排水能力的同时，提高排出底部异重流的能力，改善蓄水体内的水环境。

Description

排异重流复合型堰

技术领域

本发明涉及的是一种水利工程技术领域的建筑，具体是一种排异重流复合型堰。

背景技术

从水力学角度讲，对于在具有自由表面的重力流的水流中任何一种水工建筑物(或障壁)，只要它能起到壅水和溢流作用的都可称为“堰”。

从自然角度讲，异重流是两种密度相差不大、可以相混的流体，在条件适宜时因为密度的差异而发生的相对运动，各水流能保持其原来面貌，不因交界面上的紊动现象以及其他的紊动作用而发生全局性的混合现象。在湖泊或水库中，挟携泥沙的水流因其密度大于清水，在条件合适时，在水底以“浑水异重流”的方式向前运动。

目前，国内一些水体如湖泊和水库常使用堰作为其排水结构，此结构可以控制蓄水体内的水位，其主要不足之处在于：水流越过堰顶排出，往往水体中上层清水被排出，而位于底层的浑水却滞留在蓄水体内。

经对现有技术文献的检索发现：中国专利公开号CN2414110Y，公开日：2001.1.10，记载了一种“可调橡胶排水堰”，该技术包含橡胶袋、充胀介质、底垫片、基础、进水管、排水管控制阀组成。该技术发明的主要不足之处在于：虽然可通过调节水位来保证较大的排水量，但在排水过程中，完全是将蓄水体内的上层清水大量排出堰外，而含沙浓度较高的下层浑水却无法有效排出，“蓄清排浑”能力较差。

中国专利公开号CN2679249Y，公开日：2005.2.16，记载了一种“水库排泥沙装置”，它由跨在水坝上的管道构成，管道一端置于水坝内侧的水中，另一端置于坝外，该技术主要运用虹吸原理解决水库的泥沙沉积问题。该技术发明的主要不足之处在于：需要在原有堰结构的基础上，增设跨过堰顶的排沙管道，这无疑增大了排水堰的工程实施量，而且增加了排水系统的建设成本，并且不能直接控制蓄水体内水位。

发明内容

本发明针对现有排水堰存在的上述不足，提供一种排异重流复合型堰，使流向排水堰的水体中的底部密度较大的异重流优先通过引水导墙的底部空隙，继而越过堰顶，排出蓄水体外。因此，该排异重流复合型堰可以在不改变堰的排水能力的同时，提高排出底部异重流的能力，改善蓄水体内的水环境。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的复合型堰设置于湖泊或水库等蓄水体的出水口处，包括：引水导墙、排水堰以及导墙支撑，其中：引水导墙的顶边缘高于排水堰的顶部，导墙支撑位于引水导墙底部并与水体底床固接支撑，实现引水导墙的悬空设置且底边缘高于水体底床。

所述的引水导墙位于排水堰的迎水面一侧且为矩形体结构或圆筒形结构，包括：与来流方向平行的水平墙体和与来流方向垂直的直立墙体。

所述的引水导墙水平墙体迎水侧侧边缘距排水堰的水平距离为70-1000cm；

所述的引水导墙水平墙体相对于河底的高程为10-50cm；

所述的引水导墙直立墙体距排水堰的水平距离为20-1000cm；

所述的引水导墙直立墙体的顶端高出排水堰顶10-50cm；

所述的排水堰的堰坎厚度小于其上游水位与下游水位之差，即堰顶水头的0.67倍。

所述的引水导墙和排水堰可以由混凝土、钢筋混凝土或钢等金属材料制成。

本发明的工作过程如下：

当蓄水体内的水位低于正常水位时，所述的排异重流的复合型堰可以起到正常的蓄水作用。当蓄水体内的水位达到或者高于正常水位时，所述的排异重流的复合型堰起到排水的作用。蓄水体内的上层水体，杂质或污染物较少，水质较好，含沙浓度低，视为上层清水；蓄水体内的下层水体，因含有一定的杂质或污染物，如泥沙等，密度大于上层清水，视为下层浑水。当水体以行近流速运动至引水导墙前，由于上层清水的水位低于引水导墙顶边缘，故水体运动受到阻挡；而下层浑水因其密度大于上层清水，其在水底以“浑水异重流”的方式向引水导墙前进。下层浑水通过引水导墙的水平墙体与底床之间的空隙运动至引水导墙的直立墙体与薄壁堰之间，由于引水导墙前迎水面处的最高水位高于堰顶水位，两处之间的水体存在压差；外加异重流重力作用显著减弱、惯性力作用相对突出的特点，下层浑水可以沿堰的堰壁爬高，并溢过堰顶而最终排出堰外。当引水导墙前后无水位差时，本发明所述的排出异重流的过程结束。与现有的排水堰结构相比，本发明的优点在于：在所述的排异重流复合型堰排水系统中，合理地运用了异重流的运动特性，尽可能少地排出蓄水体内水质较好的上层水体，尽可能多地排出蓄水体内含沙较多、水质较差的下层水体，即提高所述排水系统的“蓄清排浑”的能力，可以减少蓄水体内的淤积，改善其水质。实现本发明中排出异重流的过程，只需在原有堰的前面增加一道引水导墙，无需改变或破坏原有的排水堰结构(如：无需采取在所述的薄壁堰堰底开设排沙闸孔等措施)，故所述的排异重流复合型堰结构简单，工程实施量小，成本低。

附图说明

图1是本发明半剖视图。

图2是本发明侧视图。

图3是本发明立体结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例位于湖泊的出水口处，本实施例中排水堰是一面矩形墙体，相应的该排异重流的复合堰中的引水导墙的垂直墙体和水平墙体也各为一面矩形墙体，如图1所示，该实施例包括：引水导墙1、排水堰2以及导墙支撑3，其中：引水导墙1包括水平墙体4和直立墙体5，直立墙体5的顶边缘高于排水堰2的顶部，导墙支撑3位于引水导墙1底部并与水体底床固接支撑，实现引水导墙1的悬空设置且底边缘高于水体底床。

所述的引水导墙1的墙体厚为15cm，水平墙体4迎水侧边缘距排水堰2的水平距离为70cm，水平墙体4的底部相对于河底的高程为10cm，引水导墙1的直立墙体5的距排水堰2的水平距离为20cm，其顶端高出排水堰顶30cm。

如图2所示，所述的排水堰2是一面矩形体墙体，壁厚为15cm，排水堰2顶端相对于河底的高程为230cm。

当排水堰前的水位低于2.5m(正常水位)时，所述的排异重流的复合型堰仅仅起到蓄水的作用。当蓄水体内的水位达到或者高于2.5m时，所述的排异重流的复合型堰起到排水的作用。当蓄水体内水体以行近流速运动至所述的引水导墙1前，由于上层清水的水位低于引水导墙1的顶边缘，故水体运动受到阻挡；下层浑水通过引水导墙1的水平墙体与底床之间的通道运动至引水导墙1的直立墙体与排水堰2之间的通道，由于引水导墙1迎水面处的最高水位高于排水堰2堰顶处的水位，两处之间存在20cm的水位差；外加异重流重力作用显著减弱、惯性力作用相对突出的特点，下层浑水可以沿排水堰2的堰壁爬高，并溢过排水堰2的堰顶而最终排出蓄水体。当引水导墙1前后无水位差时，本实施例所述的排出异重流的过程结束。

本实施例与现有的排水堰进行实验对比：分别测量配置引水导墙1时和无引水导墙1时距离所述排水堰2的迎水面一侧为150cm位置处(蓄水体内)的水体透明度及水体含沙量，以及排出排水堰以外(蓄水体外)的水体透明度和含沙量，结果表明：较之现有的无引水导墙排水堰，在使用本实施例所述的具有引水导墙结构30天后，蓄水体内的水体透明度由69.88cm提高至73.95cm、水体含沙量由0.081kg/m³降至0.0758kg/m³，即保存在蓄水体内的清水透明度增加了5.82％、水体含沙量减少了6.42％；排出蓄水体的浑水透明度由70.03cm降低至64.37cm、水体含沙量由0.08kg/m³提高至0.0853kg/m³，即排出蓄水体的浑水透明度降低了8.08％，水体含沙量增加了6.63％。

实施例2

本实施例位于湖泊的出水口处，本实施例中排水堰2是一面空心圆筒型墙体，相应的该排异重流的复合堰中的引水导墙的直立墙体5也是一面空心圆筒型墙体，其水平墙体4是一面圆环型墙体，如图3所示，该实施例的排异重流复合型堰包括：引水导墙1、排水堰2以及导墙支撑3，其中：引水导墙1包括水平墙体4和直立墙体5，直立墙体5的顶边缘高于排水堰2的顶部，导墙支撑3位于引水导墙1底部并与水体底床固接支撑，实现引水导墙1的悬空设置且底边缘高于水体底床。

如图3所示，所述的引水导墙1的直立墙体5的圆筒墙体内径为160cm，壁厚15cm，水平墙体4迎水侧边缘距排水堰2的水平距离为100cm，水平墙体4相对于河底的高程为20cm，直立墙体5距排水堰2的水平距离为20cm，其顶端高出排水堰顶30cm。

如图3所示，所述的排水堰2为空心圆筒结构，壁厚15cm，其内径为120cm，其堰顶相对于河底的高程为230cm。

当排水堰2前的水位低于2.5m(正常水位)时，所述的排异重流的复合型堰仅仅起到蓄水的作用。当蓄水体内的水位达到或者高于2.5m时，所述的排异重流的复合型堰起到排水的作用。当蓄水体内水体以行近流速运动至所述的引水导墙1前，由于上层清水的水位低于引水导墙1的顶边缘，故水体运动受到阻挡；下层浑水通过引水导墙1的水平墙体4与底床之间的通道运动至引水导墙1的直立墙体5与排水堰2之间的通道，由于引水导墙1的直立墙体5迎水面处的最高水位高于排水堰2堰顶处的水位，两处之间存在20cm的水位差；外加异重流重力作用显著减弱、惯性力作用相对突出的特点，下层浑水可以沿排水堰2的堰壁爬高，并溢过排水堰2的堰顶而最终排出蓄水体。当引水导墙1的直立墙体5前后无水位差时，本实施例所述的排出异重流的过程结束。

本实施例与现有的排水堰进行实验对比：测量配置引水导墙1时和无引水导墙1时距离所述排水堰2的迎水面一侧为150cm处(蓄水体内)以及排出排水堰2外(蓄水体外)的水体透明度及水体含沙量，结果表明：较之现有的无引水导墙排水堰，在使用本实施例所述的具有引水导墙复合堰30天后，蓄水体内的水体透明度由69.88cm提高至74.36cm、水体含沙量由0.081kg/m³降至0.0735kg/m³，即保存在蓄水体内的清水透明度增加了6.41％、水体含沙量减少了9.26％；排出蓄水体的浑水透明度由70.03cm降低至62.89cm、水体含沙量由0.08kg/m³提高至0.089kg/m³，即排出蓄水体的浑水透明度降低了10.19％，水体含沙量增加了11.25％。

Claims

1.一种排异重流复合型堰，该复合型堰设置于蓄水体的出水口处，其特征在于，包括：引水导墙、排水堰以及导墙支撑，其中：引水导墙的顶边缘高于排水堰的顶部，导墙支撑位于引水导墙底部并与水体底床固接支撑，实现引水导墙的悬空设置且底边缘高于水体底床。

2.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的引水导墙位于排水堰的迎水面一侧且为矩形体结构或圆筒形结构，包括：与来流方向平行的水平墙体和与来流方向垂直的直立墙体。

3.根据权利要求2所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的水平墙体左侧边缘距排水堰的水平距离为70-1000cm。

4.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的水平墙体相对于河底的高程为10-50cm。

5.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的直立墙体距排水堰2的水平距离为20-1000cm。

6.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的直立墙体的顶端高出排水堰顶10-50cm。

7.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的排水堰的堰坎厚度小于其上游水位与下游水位之差，即堰顶水头的0.67倍。

8.根据权利要求1所述的排异重流复合型堰，其特征是，所述的引水导墙和排水堰均为混凝土或钢筋混凝土制成。