CN105603942B - 堤坝超标准洪水分洪虹吸管带 - Google Patents
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Abstract
堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，属于堤坝分洪水利工程技术领域。本发明可向农田可控分泄超标准洪水保堤坝，动态浮体新型消能兼具挑流、面流、底流的优点，适用任何地形地质条件。结构简单、建造快捷、造价低。它包括：拦污栅（2）安装在虹吸管身（5）进口外侧，虹吸管身（5）连接注水管阀（6），虹吸管身（5）下游末端安装顺止蝴蝶阀门（8），虹吸管身（5）下游末端外侧与刚体骨架人工合成材料的输水带（9）连接，刚体骨架人工合成材料的输水带（9）与人工合成材料的输水带（10）相连，人工合成材料的输水带（10）末端与动态浮体（11）相连,本发明适用于堤防、大坝可控非常分洪及抗洪抢险。
Description
技术领域
本发明属于堤坝分洪水利工程技术领域，具体涉及堤坝超标准洪水分洪虹吸管带。
背景技术
2013年黑龙江发生人力无法抵御的超标准洪水，在现有的水利规范与技术条件下, 实现“确保抗洪抢险部队的安全”与堤坝安全这一目标的防汛预案难度很大，如果通过创新理论、创新方法实现这一目标，也就解决了堤坝超标准洪水漫顶溃决伤人毁物的世界性的难题。2015年日本9月10日发生溃堤，整栋房屋、成排车辆被冲走，造成多人伤亡失踪、大量财产损失，江河堤防普遍达标的情况下，洪水都汇到河道里，增加下游发生洪水的机率，堤防增高，河道存水量增大，一旦发生决堤，就是灭顶之灾；大量国内外水库大坝水毁产生的灭顶之灾与巨额经济损失的案例，说明解决超标准洪水堤坝水毁是保障国计民生急切需要解决的技术性难题，说明本发明将产生巨大的的社会经济效益。
超标准洪水堤坝面临的难题:遇到超标准洪水保堤坝不决口，采用手段只有三个，“蓄、挡、分”，“水库蓄、堤坝挡”都有限度，一旦遇到不可抗拒的洪水，三种手段达到极限而分洪建筑物又不能现建，决口不可避免，这是现有水利工程技术面临的难题，这三个选项中只有分洪保堤坝是万全之策。由于小型水库流域面积小、量大，罕见暴雨中心集中在小型水库的流域面积内的概率大，而小型水库重要性小社会经济效益低，防洪标准低，发生漫坝溃决不可避免，是小型水库遇到超标准洪水面临的难题。目前在土质堤坝上分洪（泄洪）建筑物形式有铪结构的分洪闸及溢洪道、过水土坝、坝下埋管、竖井式溢洪道、虹吸式溢洪道及人为决堤分洪，这些分洪溢洪建筑物均不可能在发生超标准洪水抢险时现建，竖井式溢洪道、虹吸式溢洪道超泄能力低不适合作为土石坝枢纽的非常溢洪道，虹吸式溢洪道必须达到一定水位条件才可自动启动，如果水库的虹吸式溢洪道需主动分洪，必须具备上下游闸阀及注水管阀以及消能防冲设施，这些设施造价高。现在自溃堰式分洪道，相当于无闸铪结构溢洪道，其造价也很高，而且一旦启动面临小水产生不可控的大溃，现在分洪建筑物的消能形式面流、消力戽、挑流，面流、消力戽需要一定水力条件，底流、面流、消力戽消能必须有铪结构护坦，挑流消能必有挑坎与水头形成安全冲坑。无消能设施的水库破副坝的非常溢洪道，一旦启动代价高且不可控，其它非常溢洪道不仅造价高还需要一定的地形、地质条件。
超标准洪水堤漫顶溃决的原因：这些水毁案例共同的特点就是遇到超标准洪水的重大自然灾害，经济发达的国家也一样存在，这是世界性的难题，世界各国通用的堤坝设计理论，是按照规范规定的具体量化洪水标准进行设计工程，确保在规范内不发生工程水毁，各国的社会经济条件不同仅仅是其规范标准不一样，发达国家标准高发生超标准洪水工程水毁概率低，而发展中国家标准低发生超标准洪水工程水毁概率高。在理论上用规范的有限量化洪水标准不能解决无限的超标准洪水工程水毁的问题；土石结构的堤坝无法抵御超标准洪水。目前也缺少水库的副坝分洪、非常溢洪道可控分洪的防灾减灾设计理论。
利用叶兴的泄洪滩地水毁机理，构建向农田、滩地分散分洪的新型分洪理论与措施，为解决以上一系列难题提供一种方法与结构。
发明内容
本发明的目的：为实现”确保抗洪抢险部队的安全”的目标，创建堤坝防灾减灾理论与方法，避免产生溃坝涌浪造成灭顶之灾，让人畜有逃生机会，减少工程水毁的财产损失，解决堤防超标准洪水漫顶溃决的世界性难题；提供一种堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，当遇到超标准洪水时，能够可控预泄分洪防止堤坝漫顶决口，提供一种技术可行、经济合理的方法，且结构简单、抢险临时建造快捷、使用管理方便、造价低、不永久占地。
本发明适用于堤坝利用河道、沟、塘、低洼地向农田分散分泄堤坝超标准洪水，也适用于堤坝直接向农田分散分泄堤坝超标准洪水，适用于水库非常溢洪道，还适于用于水库遇超标准洪水泄流能力不够的情况下分洪保坝，还适用于原设计副坝作为非常溢洪道的水库遇较小超标准洪水情况下可控分洪保副坝小水不分洪，还适于任何需要抗洪抢险、可控分洪的地方。
实现以上目的其技术方案如下：
堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于它包括拦污栅、拍门、虹吸管身、注水管阀、顺止蝴蝶阀门、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带、动态浮体。拦污栅安装在上游倾斜段虹吸管身进口外侧，拍门安装在上游倾斜段虹吸管身进口外侧，上游倾斜段虹吸管身进口内侧安装蝴蝶阀，上游倾斜段虹吸管身露天布置在堤坝上游坡上，上游倾斜段虹吸管身与坝内水平段虹吸管身相连，上游倾斜段虹吸管身固定在上游镇墩上，坝内水平段虹吸管身与下游倾斜段虹吸管身相连，坝内水平段虹吸管身下游与注水管阀相连，下游倾斜段虹吸管身露天布置在堤坝下游坡上，下游倾斜段虹吸管身末端布置在下游镇墩上，下游倾斜段虹吸管身下游末端外侧与刚体骨架人工合成材料的输水带相连，下游倾斜段虹吸管身下游末端安装顺止蝴蝶阀门，顺止蝴蝶阀门由蝴蝶阀、伸缩环组成，蝴蝶阀下游接触伸缩环，伸缩环下游与刚体骨架人工合成材料的输水带连接，刚体骨架人工合成材料的输水带与人工合成材料的输水带相连，人工合成材料的输水带末端与动态浮体相连。
为了进一步实现以上目的，按照泄洪滩地水毁机理设计虹吸管身，避免出现灾难性溃堤坝涌浪，构建堤坝超标准洪水分洪虹吸管带防灾减灾设计理论，它是在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪。超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水。泄洪滩地水毁机理：承担渠首工程部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，一次长历时洪水完成以上演变，多次短历时洪水逐渐形成以上演变，把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首工程泄洪滩地相关因素图，把渠首工程泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首工程、水库、堤防、桥梁、房屋，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的。如果春汛发生在2、3区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在2、3区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。
为了进一步实现以上目的，所述虹吸管身下游出口高程低于上游进口高程，高差大于水头损失保证形成虹吸流。虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带内腔直径、采用下述公式计算；
d=(4*Q/(π*µ c *n*(2*g*H 0 ) 1/2 )) 1/2 式一
µ c =1/(1+λ*l/d+∑ζ) 1/2 式二
H 0 =H+0.5*α*v 0 2 /g 式三
式中：d——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m3/s；π——为圆周率；µ c ——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带流量系数；n——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带数量；g——重力加速度，m2/s；H 0 、 H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带沿程阻力系数；l——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带计算段长度，m；∑ζ——为虹吸管身、刚体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v 0 ——为行近流速，m/s。
为了进一步实现以上目的，所述人工合成材料的输水带长度采用如下公式计算；
L=A+mT 式四
T=(0.66*q*(2*α 0 -z/h) 1/2 )/((r s /r-1)*g*d) 1/2 *(h/d)-h t 式五
式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；T——为冲坑深，m;q——为人工合成材料的输水带出口单宽流量，m3/s.m；α 0 ——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为流速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带出口水深，m；h t ——为分洪处下游水深，m；r s ,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm3；d——为d 50 的床沙粒径；cm。
本发明的有益效果是：本发明与现有的堤坝分洪设计与管理比较，根本区别在于利用泄洪滩地水毁机理增加堤防超标准洪水防灾减灾设计，利用沟、泡、塘、低洼地向农田分散分泄超标准洪水突破现有向滞洪区集中分洪的限制。填补堤防非常分洪设计理论的空白；填补非常溢洪道可控分洪设计理论的空白；填补水利工程超标准洪水防灾减灾设计理论的空白。使人畜有逃生机会，泄洪滩地水毁机理应用到堤防分洪中具有颠覆性，改变现有设计理念，解决了用有限的洪水标准无法解决无限超标准洪水堤防漫堤溃决的世界性难题，本发明还有如下具体效果与优点。
1.本发明对于无分洪的堤坝，可以实现构建可控分泄超标准洪水的分洪体系，确保堤防不决口，避免产生溃坝涌浪造成灭顶之灾，让人畜有逃生机会，减少工程水毁的财产损失。实现“确保抗洪抢险部队的安全”与堤坝安全。产生巨大社会效益、节约工程投资、减少水毁造成的巨额经济损失。
2.本发明与现有堤防与分洪设计理论比较，现在设计理论是按规范规定的洪水标准设计堤坝，超标准洪水漫堤溃决是必然，分洪必须有合适的湖泊低洼地，还要受到分洪闸、围堤巨大经济投入与工程永久占地的限制，而且一旦洪水超出滞洪区容纳能力围堤必溃。本发明在现有堤防设计理论、规范基础上，利用泄洪滩地水毁机理增加向农田分散分泄超标准洪水的堤防超标准洪水防灾减灾设计理论，突破现有向滞洪区集中分洪的限制。还实现不永久占地，利用洪水改良土壤的特点，实现化洪为涝、化洪为利。
3.本发明与现有虹吸管比较，现有虹吸管必须永久占地、集中分洪而且造价高昂，遇到超标准洪水无法增建，本发明可以向农田分散分洪、不永久占地，在汛期采用Pe、Pvc结构可临建，可以抵御任何级别超标准洪水，分洪保堤坝。与现有虹吸管闸阀比较，下游需要阀门或闸门，如果设置管径大的阀门造价高、抗洪抢险安装不便，如果设置闸门就需要一个闸室，造价高、抗洪抢险不可能现建；本发明采用顺止蝴蝶阀与伸缩环代替下游闸阀。与现有虹吸管管身比较，现有虹吸管管身采用铪、钢铁结构，本发明部分管身采用刚体骨架人工合成材料的输水带代替铪管把水输送到下游，形成有压流增加单位面积的过流能力，降低坝顶管身工程量。与现有虹吸管布置比较，虹吸管身布置在堤坝顶部，虹吸管身的长度短，增加的是价格低廉的刚体骨架人工合成材料的输水带，不但造价低而且施工容易，增加虹吸管身与人工合成材料的输水带数量可以解决遇超标准洪水虹吸管超泄能力低的缺点，也为采用低水头无启闭机的拍门、顺止蝴蝶阀提供条件，分洪管埋入堤坝内不影响交通，对有交通要求的堤坝极大降低造价。拦污栅保证人工合成材料的输水带过水安全。拍门、注水管阀，二重保障及时关闭分洪。上游端拍门设置启闭钢丝可以人为关闭。由于拍门的水深小，出现故障容易处理，可以不设检修闸门与检修桥，由于启闭力小人力可以拉起，关闭拍门无需启闭机也就不用建工作桥，极大降低工程造价，与现虹吸管消能防冲比较，人工合成材料的输水带，把水输送到远离堤坝安全地带，保证人工合成材料的输水带的无消能设施出口的冲坑不危机堤坝安全，人工合成材料的输水带取材广泛、运输组建方便、造价低廉。动态浮体消能，柔性人工合成材料的输水带动态浮体的浮体随水位上涨而上移或调整出口方向形成面流、中部淹没流、底流冲坑消能防冲，形成一种新型的无挑坎挑流的冲坑消能的动态浮体消能防冲形式，它适用于任何下游水位、地质条件、水头差条件的消能防冲。出口向下倾斜通过冲坑淹没底流消能防冲适用于两岸抗冲能力低的地质条件，出口远离基床但淹没的中部淹没底流消能防冲适用于下游水深大、地基抗冲能力低，这种无铪结构消力池、砌石防冲的底流式消能防冲结构突破现有底流消能需要高昂造价的铪结构消力池、砌石防冲的结构形式；出口向上挑自由出流形成面流消能防冲，适用于两岸抗冲能力高的地质条件或下游水位高的条件，这种无铪结构挑坎、无铪结构护坦、无砌石消能防冲的面流消能突破现有面流、消力戽消能需要较高下游水位的条件限制与结构形式；这种无铪结构挑坎形成安全冲坑的消能防冲，突破挑流冲坑消能需要一定的水头差限制条件及铪结构的挑坎的消能形式；柔性人工合成材料的输水带动态浮体安全冲坑消能防冲，具备挑流安全冲坑的设计原理但无需把水流挑射到空中，具备面流、底流、消力戽消能的水力特点但无需其铪结构与砌石结构，突破现有面流、底流、消力戽、挑流消能形式与结构，兼具面流、底流、消力戽、挑流消能的优点。人工合成材料的输水带及动态浮体取材广泛、运输组建方便、造价低廉，对抗洪抢险极其有利。分洪期过后取下人工合成材料的输水带恢复耕地，不永久占用耕地。拦污栅保证人工合成材料的输水带过水安全。
4.本发明与现有非常溢洪道比较，实现不具备建非常溢洪道（分洪闸）、没有非常溢洪道（分洪闸）或者副坝分洪的堤坝也可以可控分洪保堤坝的目标；本发明既可以代替不经常启用的非常溢洪道（分洪闸）还可以作为汛期分洪保堤坝的抢险措施；本发明的材料组合、结构布置形式、拆装与组合性的创新突破了现有土质坝上的分洪形式。
5.本发明与现有抗洪抢险比较，抢险可以现场快速组装，通过增加管带数量也解决虹吸管身与人工合成材料的输水带有压流超泄能力低的缺点。既可以作为水库非常溢洪道也可以作为水库超标准洪水抗洪抢险还可以避免启动副坝非常溢洪道可控分洪，既实现江河堤坝向农田临时分洪不永久占用耕地也实现任何地点可控分洪还实现分散分洪目标，既避免集中分洪带来灭顶之灾也避免全线抗洪。本发明通过材料组合、新型结构布置、新型消能防冲，形成可拆装、可组合的新型分洪建筑物也可用于抗洪抢险分洪保堤坝。
6.本发明与现有分洪建筑物比较，启用后受紫外线照射易老化的缺点，但是超标准洪水启动概率小可以弥补这个缺点；存在单管分洪量少的缺点，但是造价低可以用增加分洪管数弥补。
本发明输水带的适用流速小于17m/s,高速水流应专门论证空化空蚀。
附图说明：
图1堤坝超标准洪水分洪虹吸管带纵断面示意图；
图2堤坝超标准洪水分洪虹吸管带平面布置示意图。
具体实施方式：下面结合附图对本发明的最佳实施方式作详细说明（参见图1、图2）。
实施例1：堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其包括拦污栅2安装在上游倾斜段虹吸管身5-1进口外侧，防止漂浮物损坏土工合成材料及堵塞虹吸管，拍门3安装在上游倾斜段虹吸管身5-1进口外侧，便于关闭非虹吸流，上游倾斜段虹吸管身5-1进口内侧安装蝴蝶阀4，实现较低洪水位通过虹吸泄洪，上游倾斜段虹吸管身5-1露天布置在堤坝1上游坡上，上游倾斜段虹吸管身5-1与坝内水平段虹吸管身5-2相连，上游倾斜段虹吸管身5-1固定在上游镇墩7-1上，坝内水平段虹吸管身5-2与下游倾斜段虹吸管身5-3相连，坝内水平段虹吸管身5-2下游与注水管阀6相连，注水形成虹吸流，下游倾斜段虹吸管身5-3露天布置在堤坝1下游坡上，下游倾斜段虹吸管身5-3末端布置在下游镇墩7-2上，下游倾斜段虹吸管身5-3下游末端外侧与刚体骨架人工合成材料的输水带9相连，节省材料形成虹吸流，下游倾斜段虹吸管身5-3下游末端安装顺止蝴蝶阀门8，顺止蝴蝶阀门8由蝴蝶阀8-1、伸缩环8-2组成，关闭顺水流方向的蝴蝶阀8-1用伸缩环8-2顶住蝴蝶阀8-1，然后固定伸缩环8-2，实现关闭阀门形成虹吸水流，松开伸缩环8-2后虹吸泄流，伸缩环8-2下游与刚体骨架人工合成材料的输水带9连接，刚体骨架人工合成材料的输水带9与人工合成材料的输水带10相连，所述人工合成材料的输水带10末端与动态浮体11相连，人工合成材料的输水带把水输送到远离堤坝的安全地方，防止冲坑上延危及堤坝，动态浮体随着下游水位升高输水带出口也随之抬升，减少冲坑深度。
堤坝超标准洪水分洪虹吸管带的防灾减灾设计理论，解决用规范规定的有限洪水标准无法解决无限的超标准洪水的世界性难题，它是在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，按照泄洪滩地水毁机理设计虹吸管身5，避免出现灾难性溃堤坝涌浪。把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪。超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水。泄洪滩地水毁机理是：承担渠首工程部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，一次长历时洪水完成以上演变，多次短历时洪水逐渐形成以上演变。把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首工程泄洪滩地相关因素图，把渠首工程泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首工程、水库、堤防、桥梁、房屋，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的。如果春汛发生在2、3区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在2、3区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。
虹吸管身5下游出口高程低于上游进口高程，高差大于该段管路水头损失保证形成虹吸流。虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10内腔直径、采用下述公式计算；
d=(4*Q/(π*µ c *n*(2*g*H 0 ) 1/2 )) 1/2 式一
µ c =1/(1+λ*l/d+∑ζ) 1/2 式二
H 0 =H+0.5*α*v 0 2 /g 式三
式中：d——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m3/s；π——为圆周率；µ c ——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10流量系数；n——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10数量；g——重力加速度，m2/s；H 0 、H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10沿程阻力系数；l——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10计算段长度，m；∑ζ——为虹吸管身5、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v 0 ——为行近流速，m/s。
人工合成材料的输水带10长度采用如下公式计算；
L=A+mT 式四
T=(0.66*q*(2*α 0 -z/h) 1/2 )/((r s /r-1)*g*d) 1/2 *(h/d)-h t 式五
式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带10长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；T——为冲坑深，m;q——为人工合成材料的输水带10出口单宽流量，m3/s.m；α 0 ——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为流速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带10出口水深，m；h t ——为分洪处下游水深，m；r s ,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm3；d——为d 50 的床沙粒径；cm。
汛期使用与管理：当洪水越过预定水位进入防汛时，先安装拦污栅2、拍门3、蝴蝶阀4，水位达到相应警戒水位时，安装顺止蝴蝶阀门8、刚体骨架人工合成材料的输水带9（所述刚体骨架为钢筋铁丝网、钢筋绳网或塑料铁丝网构成输水带管状支撑骨架，所述人工合成材料为帆布衬胶、不透水布、厚塑料薄膜或复合土工膜）、人工合成材料的输水带10及动态浮体11。当水位达到堤坝分洪预案水位或者堤防下游出现险情需要上游分洪降低水位时，伸缩管8-2顶住蝴蝶阀8-1，用绳索绑固伸缩管8-2在虹吸管身5出口，关闭顺止蝴蝶阀门，向管阀门6注水，上游蝴蝶阀自动关闭，注满水后，关闭注水管阀门6，拉起拍门3，打开绑固绳索，蝴蝶阀8-1弹开伸缩管8-2，蝴蝶阀8-1开启进行分洪，分洪时有人值守。遇到异常情况及时打开注水管阀门6阻断虹吸流，停止分洪，当水位超过虹吸管内顶部非虹吸流需要停止分洪时，可以关闭拍门3。当水位降落，拍门开度也减少，来流量达到安全时，打开注水管阀门6，蝴蝶闸门4自动关闭分洪。汛期过后取下拦污栅2、顺止蝴蝶阀门8、刚体骨架人工合成材料的输水带9、人工合成材料的输水带10及动态浮体11，锁定拍门3。如向农田分洪形成冲坑采用吹填恢复耕地。如果虹吸管身5-2采用Pe、Pvc或Pp化工管，虹吸管身5的进出口应封堵防止虹吸管身5-2受紫外线照射老化。
实施例2：抗洪抢险临时分洪时,采用Pe、Pvc、Pp管作为虹吸管身5，无需镇墩7，如果无拍门可以把铁丝网绑在上游倾斜段虹吸管身5-1进口端作为拦污栅2，采用在进口放彩条布压沙袋关闭分洪，其它同上。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于：包括拦污栅（2）、拍门（3）、虹吸管身（5）、注水管阀（6）、顺止蝴蝶阀门（8）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）、动态浮体（11）；所述拦污栅（2）安装在上游倾斜段虹吸管身（5-1）进口外侧，所述拍门（3）安装在上游倾斜段虹吸管身（5-1）进口外侧，上游倾斜段虹吸管身（5-1）进口内侧安装蝴蝶阀(4)，所述上游倾斜段虹吸管身（5-1）露天布置在堤坝（1）上游坡上，上游倾斜段虹吸管身（5-1）与坝内水平段虹吸管身（5-2）相连，上游倾斜段虹吸管身（5-1）固定在上游镇墩（7-1）上，所述坝内水平段虹吸管身（5-2）与下游倾斜段虹吸管身（5-3）相连，坝内水平段虹吸管身（5-2）下游与注水管阀（6）相连，所述下游倾斜段虹吸管身（5-3）露天布置在堤坝（1）下游坡上，下游倾斜段虹吸管身（5-3）末端布置在下游镇墩（7-2）上，下游倾斜段虹吸管身（5-3）下游末端外侧与刚体骨架人工合成材料的输水带（9）相连，下游倾斜段虹吸管身（5-3）下游末端安装顺止蝴蝶阀门（8），所述顺止蝴蝶阀门（8）由蝴蝶阀（8-1）、伸缩环（8-2）组成，所述蝴蝶阀（8-1）下游接触伸缩环（8-2），所述伸缩环（8-2）下游与刚体骨架人工合成材料的输水带（9）连接，所述刚体骨架人工合成材料的输水带（9）与人工合成材料的输水带（10）相连，所述人工合成材料的输水带（10）末端与动态浮体（11）相连。
2.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于：堤坝超标准洪水分洪虹吸管带向滩、田非常分洪按照堤坝超标准洪水分洪虹吸管带防灾减灾设计理论设计，所述的堤坝超标准洪水分洪虹吸管带防灾减灾设计理论是，在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，按照泄洪滩地水毁机理设计虹吸管身（5），避免出现灾难性溃堤坝涌浪与严重冲刷，把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪，所述的超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水，所述的泄洪滩地水毁机理是：承担渠首工程部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，一次长历时洪水完成以上演变，多次短历时洪水逐渐形成以上演变，把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首工程泄洪滩地相关因素图，把渠首工程泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首工程、水库、堤防、桥梁、房屋，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的，如果春汛发生在2、3区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在2、3区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。
3.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于：虹吸管身（5）下游出口高程低于上游进口高程，高差大于该段管路水头损，保证形成虹吸流。
4.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于：所述虹吸管身(5)、刚体骨架人工合成材料的输水带(9)、人工合成材料的输水带(10)内腔直径、采用下述公式计算；
d=(4*Q/(π*µc*n*(2*g*H0)1/2))1/2 式一
µc =1/(1+λ*l/d+∑ζ)1/2 式二
H0=H+0.5*α*v0 2/g 式三
式中：d——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m3/s；π——为圆周率；µc——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）流量系数；n——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）数量；g——重力加速度，m2/s；H0、H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）沿程阻力系数；l——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带（9）、人工合成材料的输水带（10）计算段长度，m； ∑ζ——为虹吸管身（5）、刚体骨架人工合成材料的输水带(9)、人工合成材料的输水带(10)计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v0——为行近流速，m/s。
5.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪虹吸管带，其特征在于：人工合成材料的输水带(10)长度采用如下公式计算；
L=A+mT 式四
T=(0.66*q*(2*α0-z/h)1/2)/((rs/r-1)*g*d)1/2*(h/d)-ht 式五
式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带(10)长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；T——为冲坑深，m;q——为人工合成材料的输水带(10)出口单宽流量，m3/s.m；α0——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为流速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带(10)出口水深，m；ht——为分洪处下游水深，m；rs,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm3；d——为d50的床沙粒径；cm。
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