CN108385604A - 一种充气式潜坝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充气式潜坝，包括至少一个气囊、气泵以及控制装置，所述气囊放置于水体中，与所述气泵通过充排气管道连接，所述控制装置与所述气泵连接，用于控制所述气泵调节所述气囊的充气和排气，从而调节潜坝的坝高，以雍水导流。本发明选用气囊作为潜坝的主体，便于潜坝的移动和调节，以保证水体的连续性，保护生态环境的连续性，且减少水体对潜坝的冲刷而导致潜坝破坏。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体地，涉及一种充气式潜坝。
背景技术
潜坝是航道整治中应用较为广泛的整治建筑物，潜坝作为水工建筑物，其作用类似于漫水丁坝，常年淹没在河道内，坝顶过流。可雍高上游水位，调整局部河段水面比降、单宽流量及水流流速，改善水流流态。
以往许多水工建筑物不同程度的阻碍了河流的连通性，如大坝破坏了河流纵向的连续性，堤防破坏了河流侧向的连续性等，且许多建筑材料多采用混凝土、浆砌石，造成河道水流不畅，影响生态环境的连续性及天然性。
由于潜坝常年淹没在水下，主要的破坏力就是水流动力，在深水大流速情况下，对坝体的冲刷能力要求高，否则潜坝在短时间内将会彻底被破坏。现有潜坝多为硬质固定式潜坝，难以移动或改变形状，潜坝使得过坝处的过水断面骤减，坝前水流受阻雍高，比降减小，流速降低，到坝顶处，流速大幅度增加。水流与坝顶产生分离，同时由于翻坝水流与坝后静止水流之间存在的流速梯度而产生的切应力，带动坝后静水开始形成副流，此副流上层靠近运动水流的一部分在主流的携带下随主流一起流向水槽下游，按照流体的连续性，下层的静水必然向上补充，这样就在坝下形成一个很强的回流区。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种充气式潜坝，使得潜坝便于移动和调整，根据需求调节潜坝坝高以及导流效果，而不会阻碍河流的连通性，也不会在坝下形成回流区。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述充气式潜坝，包括至少一个气囊、气泵以及控制装置，所述气囊放置于水体中，与所述气泵通过充排气管道连接，所述控制装置与所述气泵连接，用于控制所述气泵调节所述气囊的充气和排气，从而调节所述充气式潜坝的坝高。
优选地，所述控制装置包括相互连接的控制器和感应装置，所述感应装置包括水位感应装置、雨量感应装置和流速感应装置中的一种或多种。
优选地，所述感应装置包括水位感应装置，所述水位感应装置放置于水体中，所述水位感应装置测得的水位低于设定的水位阈值时，所述控制器根据所述水位感应装置的充气输出信号控制所述气泵对所述气囊充气；所述水位感应装置测得的水位高于所述水位阈值时，所述控制器根据所述水位感应装置的排气输出信号控制所述气泵对所述气囊排气；所述水位感应装置测得的水位等于所述水位阈值时，所述控制器不动作。
优选地，所述感应装置包括雨量感应装置，所述雨量感应装置测得的降雨量低于或等于设定的降雨量阈值时，所述控制器不动作；所述雨量感应装置测得的降雨量高于所述降雨量阈值时，所述控制器根据所述雨量感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊排气。
优选地，所述感应装置包括流速感应装置，所述流速感应装置放置于水体中，所述流速感应装置测得的水体流速低于设定的流速阈值时，所述控制器不动作；所述流速感应装置测得的水体流速等于或高于所述流速阈值时，所述控制器根据所述流速感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊排气。
优选地，所述感应装置包括水位感应装置、雨量感应装置和流速感应装置中的至少两种，所述控制器优先根据所述流速感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊充气或排气，其次是所述雨量感应装置的输出信号，最后是所述水位感应装置的输出信号。
优选地，所述充气式潜坝还包括柔性防护网，所述柔性防护网包裹所述气囊，且与所述气囊存在间隙，所述柔性防护网随着所述气囊的充排气而变化，与所述气囊的表面非密闭式的贴合在一起。
优选地，所述充气式潜坝还包括锚固装置，所述锚固装置包括锚杆与绳索，所述锚杆固定在河道底部，所述绳索的两端分别连接所述锚杆和所述气囊的上表面，以控制所述气囊的上表面低于河道水平面，所述气囊的下表面与河道底面存在间隙。
优选地，所述气囊设置有开孔，所述开孔贯穿所述气囊，形成过水通道。
优选地，所述气囊的表面设置有过流通道，所述过流通道分层设置，所述过流通道顺水流方向成流线型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明选用气囊作为潜坝的主体，通过气泵调节气囊的充气和排气，进而可根据需求调节潜坝的坝高，以雍水导流，改善水流流态，且不会阻碍河流的连通性，保护生态环境的连续性。
本发明通过水位感应装置、雨量感应装置以及流速感应装置，传输水位、降雨量和流速的变化信号，根据水位感应装置、雨量感应装置以及流速感应装置的传输信号，结合雍水导流的实际需求，控制气泵对气囊充气或排气。
附图说明
图1是本发明所述充气式潜坝优选实施例的装置示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1来详细说明本实施例。
图1是本发明所述充气式潜坝优选实施例的装置示意图，如图1所示，本发明所述充气式潜坝包括至少一个气囊7、气泵1以及控制装置，其中，气囊7放置于水体中，与气泵1通过充排气管道6连接，控制装置与气泵1连接，用于控制气泵1调节气囊7的充气和排气，从而调节潜坝的坝高，以雍水导流。
本发明选用气囊7作为挡水、导流潜坝的主体，使得潜坝便于移动和调节坝高，不会阻碍河流的连续性，也不会在坝下形成回流区，根据需求调节气囊7的充气和排气，降低对潜坝的冲刷和破坏。
本发明对气囊7的形状、体积和数量均无具体限定，其根据实际地形以及水位调节幅度而定，例如：气囊7可以制作成长方体、椭圆形等形状，且可具有不同的尺寸。多个气囊7之间通过充排气管道6以并联或串联方式连接，适应不同位置的导流需求，且保证多个气囊7之间的连通性，使得可通过同一气泵1控制对多个气囊7的充气或排气。
为了使水流不仅通过潜坝顶端过流，也通过坝体过流，保证潜坝的透水性以及生态性，优选地，气囊7设置有开孔11，所述开孔11贯穿气囊7，形成过水通道。开孔11的位置优选设置于气囊7中部，沿顺水流方向形成过水通道，开孔11的数量根据实际地形以及水位调节幅度而定，使得水流或者水体中生物可以从中通过，以减少水体流动对气囊7稳定性的影响。
因开孔11的形状不同而形成不同剖面形状的过水通道，开孔形状根据水流流速、流向等实际情况可设置成圆形、方形和三角形等，但并不限于此。
优选地，气囊7的表面设置有过流通道，过流通道根据需求分层设置，过流通道根据过流需求顺水流方向设置成流线型，使得水体流过坝体的方式不仅仅是垂直穿透。
优选地，控制装置包括相互连接的控制器2和感应装置，感应装置包括水位感应装置4、雨量感应装置3和流速感应装置5中的一种或多种。控制装置用于控制气泵1对气囊7充气和排气的调节，以实现对所述充气式潜坝的自动控制。控制装置可以通过以下方式实现：
控制装置包括控制器2与水位感应装置4，水位感应装置4放置于水体中，控制器2根据水位感应装置4测得的水位控制气泵1对气囊7的充气或排气，根据水位感应装置4感应到的水位变化速度控制气泵1对气囊7的充排气速度。
具体地，水位感应装置4测得的水位低于设定的水位阈值时，控制器2根据水位感应装置4的充气输出信号控制气泵1对气囊7充气，当实际水位下降速度较快时，水位感应装置4传输反馈充气输出信号增强，控制器2控制气泵1对气囊7的充气速度加快；水位感应装置4测得的水位高于水位阈值时，控制器2根据水位感应装置4的排气输出信号控制气泵1对气囊7排气，气囊7放空，不影响水体过流，也避免气囊7在洪水期受到水体冲刷而损坏，当实际水位上升速度较快时，水位感应装置4传输反馈排气输出信号增强，控制器2控制气泵1对气囊7的排气速度加快；水位感应装置4测得的水位等于水位阈值时，控制器2不动作。
或者，控制装置包括控制器2与雨量感应装置3，控制器2根据雨量感应装置3测得的降雨量控制气泵1对气囊7的充气或排气。
具体地，雨量感应装置3测得的降雨量低于或等于设定的降雨量阈值时，控制器2不动作；雨量感应装置3测得的降雨量高于降雨量阈值时，控制器2根据雨量感应装置3的输出信号控制气泵1对气囊7排气，停止挡水，排出降雨。控制器2根据雨量感应装置3测得的降雨强度控制气泵1对气囊7的充排气速度，例如，实际降雨量越大，雨量感应装置3输出信号越强，控制器2控制气泵1对气囊7的排气速度越快。
或者，控制装置包括控制器2与流速感应装置5，流速感应装置5放置于水体中，控制器2根据流速感应装置5测得的流速控制气泵1对气囊7的充气或排气。
具体地，流速感应装置5测得的水体流速低于设定的流速阈值时，控制器2不动作；流速感应装置5测得的水体流速等于或高于流速阈值时，控制器2根据流速感应装置5的输出信号控制气泵1对气囊7排气。控制器2根据流速感应装置5测得的流速高低控制气泵1对气囊7的充排气速度，例如，实际流速高于流速阈值之后，流速越大，流速感应装置5的输出信号越强，控制器2控制气泵1对气囊7的排气速度越快。
或者，控制装置包括水位感应装置4、雨量感应装置3和流速感应装置5中的至少两种，以及控制器2。当控制器2根据水位感应装置4的输出信号、雨量感应装置3的输出信号和流速感应装置5的输出信号对气泵1的控制出现矛盾时，控制器2优先根据流速感应装置5的输出信号控制气泵1对气囊7充气或排气，其次是雨量感应装置3的输出信号，最后是水位感应装置4的输出信号。例如：水位感应装置4的输出信号与雨量感应装置3的输出信号对气泵1的控制出现矛盾时，一方面，控制器2根据雨量感应装置3的输出信号控制气泵1对气囊7排气，而另一方面，由于降雨发生时，人为对水位的调节导致水位下降等因素，使得水位感应装置4测得的水位在下降，低于设定的水位阈值，从而使控制器2需要根据水位感应装置4的输出信号控制气泵1对气囊7充气时，控制器2优先根据雨量感应装置3输出信号控制气泵1对气囊7排气，以提高气囊的安全性。
本发明中，水位感应装置4和流速感应装置5均位于河流水体中，优选地，水位感应装置4和流速感应装置5位于充气式潜坝的前方50～100米。对于水位感应装置4和流速感应装置5的安装深度并无具体要求，只要两者分别能实时监测水位、流速即可。
本发明中，控制装置中所使用的控制器2可以是可编辑逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)。
为了避免气囊7在水体中受到水体中可能存在的尖锐物体的破坏，优选地，所述充气式潜坝还包括柔性防护网10，柔性防护网10包裹气囊7，覆盖于气囊7表面且与气囊7存在间隙，柔性防护网10随着气囊7的充排气而变化，与气囊7的表面非密闭式的贴合在一起。当气囊7设置有开孔11时，柔性防护网10包裹气囊7时，留出空隙，使过水通道畅通，保证潜坝的透水性。
优选地，所述充气式潜坝还包括锚固装置，锚固装置包括锚杆9与绳索8，其中，锚杆9固定在河道底部，绳索8的两端分别连接锚杆9和气囊7的上表面。锚杆9用于固定气囊7，根据实际地形、地质以及气囊7的大小确定锚杆9的材质、数量以及长度。采用绳索8对气囊7塑形固定，以控制气囊7充气后的最大高度，使得气囊7的上表面低于河道水平面，保证气囊7不会露出水面，发挥最大的调节效果，保证气囊7的稳定性和安全性，同时不会影响气囊7排气后的充分塌落，以腾出足够水体容量，不影响水体流动。锚固系统的绳索8长度根据实际需要确定，优选地，绳索8留出一定的余量，保证气囊7在充气状态下，气囊7的下表面与河道底面存在间隙，以减少坝前淤积。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种充气式潜坝，其特征在于，包括至少一个气囊、气泵以及控制装置，所述气囊放置于水体中，与所述气泵通过充排气管道连接，所述控制装置与所述气泵连接，用于控制所述气泵调节所述气囊的充气和排气，从而调节所述充气式潜坝的坝高。
2.根据权利要求1所述的充气式潜坝，其特征在于，所述控制装置包括相互连接的控制器和感应装置，所述感应装置包括水位感应装置、雨量感应装置和流速感应装置中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的充气式潜坝，其特征在于，所述感应装置包括水位感应装置，所述水位感应装置放置于水体中，所述水位感应装置测得的水位低于设定的水位阈值时，所述控制器根据所述水位感应装置的充气输出信号控制所述气泵对所述气囊充气；所述水位感应装置测得的水位高于所述水位阈值时，所述控制器根据所述水位感应装置的排气输出信号控制所述气泵对所述气囊排气；所述水位感应装置测得的水位等于所述水位阈值时，所述控制器不动作。
4.根据权利要求2所述的充气式潜坝，其特征在于，所述感应装置包括雨量感应装置，所述雨量感应装置测得的降雨量低于或等于设定的降雨量阈值时，所述控制器不动作；所述雨量感应装置测得的降雨量高于所述降雨量阈值时，所述控制器根据所述雨量感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊排气。
5.根据权利要求2所述的充气式潜坝，其特征在于，所述感应装置包括流速感应装置，所述流速感应装置放置于水体中，所述流速感应装置测得的水体流速低于设定的流速阈值时，所述控制器不动作；所述流速感应装置测得的水体流速等于或高于所述流速阈值时，所述控制器根据所述流速感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊排气。
6.根据权利要求2所述的充气式潜坝，其特征在于，所述感应装置包括水位感应装置、雨量感应装置和流速感应装置中的至少两种，所述控制器优先根据所述流速感应装置的输出信号控制所述气泵对所述气囊充气或排气，其次是所述雨量感应装置的输出信号，最后是所述水位感应装置的输出信号。
7.根据权利要求1所述的充气式潜坝，其特征在于，所述充气式潜坝还包括柔性防护网，所述柔性防护网包裹所述气囊，且与所述气囊存在间隙，所述柔性防护网随着所述气囊的充排气而变化，与所述气囊的表面非密闭式的贴合在一起。
8.根据权利要求1所述的充气式潜坝，其特征在于，所述充气式潜坝还包括锚固装置，所述锚固装置包括锚杆与绳索，所述锚杆固定在河道底部，所述绳索的两端分别连接所述锚杆和所述气囊的上表面，以控制所述气囊的上表面低于河道水平面，所述气囊的下表面与河道底面存在间隙。
9.根据权利要求1所述的充气式潜坝，其特征在于，所述气囊设置有开孔，所述开孔贯穿所述气囊，形成过水通道。
10.根据权利要求1所述的充气式潜坝，其特征在于，所述气囊的表面设置有过流通道，所述过流通道分层设置，所述过流通道顺水流方向成流线型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180810 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |