CN110725329A - 一种滩区恒流补水系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滩区恒流补水系统及方法，包括：蓄水池，恒流放水子系统和均匀出流子系统。本发明的恒流放水子系统能够实现根据蓄水池水位变化自动调节堰板高度，维持堰上水头恒定，从而保持出流量的恒定。同时，匹配均匀出流子系统，能够保持水位以设置的溢流深度均匀漫滩。从而有效的节省人力物力，提高滩区补水效率和效益，同时避免直接放水漫滩带来的滩区冲刷侵蚀和滩地补水覆盖面积小的问题。系统操作简单，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明属于滩区生态补水技术领域，具体涉及一种滩区恒流补水系统及方法。
背景技术
三角洲即河口冲积平原，是一种常见的地表外貌。江河奔流中所裹挟的泥沙等杂质，在入海口处遇到含盐量较淡水高得多的海水，凝絮淤积，逐渐成为河口岸边新的湿地，继而形成三角洲平原。三角洲的顶部指向河流上游，外缘面向大海，可以看作是三角形的“底边”。
随着经济社会发展，为了防洪安全，众多入海河流修筑了防洪堤坝。这样虽然保障了三角洲区域河流两岸免受洪水的威胁，但同时也造成了三角洲区域滩地丧失了洪水漫滩机会，使得河口滩地在海水日益蒸发积盐等作用下不断咸化，从而造成滩区生态不断退化。
目前，我国水资源紧缺，实施了最严格的水资源管理制度，河流水资源可利用量已经进行严格的红线管理制度，在当前我国生态文明建设提升为国家战略要求的条件下，在水资源紧缺的大背景下，需要合理调控水资源，提升有限淡水资源的生态综合效益。
可见滩区生态的改善是一项巨大挑战，滩区生态补水也一直是相关领域研究的重点，特别是对于出流量恒定均匀控制更是难以实现。为了利用有限的水资源实现最大化的生态效益，解决现今黄河三角洲等沿海地段面临的盐碱化问题，消除目前生态补水技术中存在的冲刷，出流量不稳定等问题。本发明提出一种滩区恒流补水系统及方法，实现滩区生态补水过程的科学高效。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的滩区恒流补水系统及方法解决了现有的生态补水技术中存在冲刷、出流量不稳定的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种滩区恒流补水系统，包括蓄水池、恒流放水子系统和均匀出流子系统；
所述蓄水池、恒流放水子系统和均匀出流子系统依次连接；
所述蓄水池的一侧设置有出水口，所述出水口与恒流放水子系统连通；
所述恒流放水子系统包括水流过道、升降围堰装置和浮球；
所述水流过道的一端与蓄水池的出水口连通，其另一端与均匀出流子系统连接；
所述升降围堰装置设置于水流过道上，将蓄水池和均匀出流子系统分隔；
所述浮球与升降围堰装置连接。
进一步地，所述升降围堰装置包括稳波器、传动机构和围堰；
所述稳波器通过传动机构与围堰连接；
所述围堰设置于水流过道上，将蓄水池和均匀出流子系统分隔；
所述稳波器中放置有浮球，且所述稳波器设置于围堰靠近蓄水池侧的水流过道中。
进一步地，所述稳波器包括从上至下一体连接的空心圆柱体和空心圆台；
所述空心圆台的底面封闭，且其表面均匀设置有若干孔隙。
进一步地，所述围堰包括卡槽、矩形薄壁堰和若干滚珠；
所述卡槽设置于水流过道下方，所述矩形薄壁堰的一端可升降地活动设置于卡槽内，其另一端设置于水流过道中；
所述矩形薄壁堰的宽度大于水流过道的宽度，且无缝接触；
若干所述滚珠均匀设置于卡槽内表面；
所述卡槽顶端与进行薄壁堰接触处通过可滑动橡胶片活动密封连接；
所述矩形薄壁堰的高度与蓄水池的围堰高度相同，所述矩形薄壁堰的高度小于卡槽的高度。
进一步地，所述传动机构包括准备滑动导轨、两个滑槽、水平杆、动滑轮组连接杆、动滑轮组和薄壁堰连接杆；
所述准备滑动导轨的一端与稳波器中的浮球连接，其另一端与水平杆的一端连接，所述水平杆设置在两个滑槽上，所述水平杆的另一端与动滑轮组连接杆的一端连接，所述动滑轮组连接杆的另一端与动滑轮组中的主动轮连接，动滑轮组中的从动轮与所述薄壁堰连接杆的一端连接，所述薄壁堰连接杆的另一端与矩形薄壁堰的顶端两侧连接；
所述准备滑动导轨与水平杆的连接点、水平杆与动滑轮组连接杆的连接点均为钢节点。
进一步地，所述浮球为空心铁球；
所述浮球的参数为：
浮球的重量为矩形薄壁堰重量的1.2-1.5倍，浮球的浮力为浮球本身重量与1.2-1.5倍矩形薄壁堰重量之和。
进一步地，所述均匀出流子系统包括溢流池和弧形过水挡板；
所述溢流池的剖面为半圆形，所述溢流池的一端顶部与所述水流过道的另一端顶端平齐且无缝衔接，所述溢流池的另一端与待补水滩区一端平滑衔接；
所述弧形过水挡板的一端固定设置于溢流池内，其另一端悬空在溢流池中，且所述弧形过水挡板的开口端朝向矩形薄壁堰侧；
所述弧形过水挡板上均匀设置有若干过水孔洞。
一种滩区恒流补水方法，包括以下步骤：
S1、根据待补水滩区的实际情况，确定均匀出流子系统的放流水深，进而确定恒流放水子系统的补水参数；
S2、根据恒流放水子系统的补水参数设定恒流放水时的堰上水头值；
S3、根据浮球当前监测的水位的高度，调节传动机构的初始状态，进而带动矩形薄壁堰移动，使初始堰上水头为设定值；
S4、在初始堰上水头达到设定值后，通过升降围堰装置将蓄水池中的水输入均匀出流子系统中并通过传动机构带动矩形薄壁堰上下移动，使当前堰上水头保持在设定值，进而实现恒流放水；
S5、通过弧形过水挡板将流入均匀出流子系统中的水均匀输入待补水滩区，实现滩区的恒流均匀补水。
进一步地，所述步骤S1中均匀出流子系统的放流水深h出流的计算公式为：
h出流＝K*t+h蒸发
式中，K为渗透系数；
t为均匀出流子系统中的水到达海洋的时间，
L为均匀出流子系统至海洋的距离，v为流速；
h蒸发为蒸发量；
所述均匀出流子系统的补水参数包括单宽出流流量q出流和恒流放水子系统的出流量Q；
所述单宽出流量q出流为：
q出流＝m0(2g)1/2H3/2
式中，m0为包含行近流速水头影响在内的流量系数；
g为重力加速度；
H为恒流放水时的堰上水头值，且H＝0.1～0.6；
所述恒流放水子系统的出流量Q为：
Q＝m0b(2g)1/2H3/2
式中，b为矩形薄壁堰堰宽，且b＝0.2～2.0。
进一步地，所述步骤S4中，通过传动机构带动矩形薄壁堰上下移动的方法具体为：
当蓄水池中水位上升，使当前堰上水头大于堰上水头设定值时，浮球在其自身浮力作用下推动准备滑动导轨上升，进而间接推动水平杆上升，水平杆在上升过程中牵引动滑轮组连接杆向上移动，带动动滑轮组上升，并牵引薄壁堰连接杆向上移动后使矩形薄壁堰上升，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值；
当蓄水池中水位下降，使当前堰上水头小于堰上水头设定值时，浮球在其自身重力作用下拉动准备滑动导轨下降，进而间接拉动水平杆下降，水平杆在下降过程中牵引动滑轮组连接杆向下移动，带动动滑轮组下降，并牵引薄壁堰连接杆向下移动后使矩形薄壁堰下降，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种滩区恒流补水系统及方法，能够实现根据蓄水池水位变化自动调节堰板高度，维持堰上水头恒定，从而保持出流量的恒定。同时，匹配均匀出流子系统，能够保持水位以设置的溢流深度均匀漫滩。从而有效的节省人力物力，提高滩区补水效率和效益，同时避免直接放水漫滩带来的滩区冲刷侵蚀和滩地补水覆盖面积小的问题。系统操作简单，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明提供的滩区恒流补水系统结构的剖面图。
图2为本发明提供的滩区恒流补水系统结构的俯视图。
图3为本发明提供的围堰结构的正视图。
图4为本发明提供的围堰结构的侧视图。
图5为本发明提供的传动结构连接示意图。
图6为本发明提供的均匀出流子系统结构图。
图7为本发明提供的滩区恒流补水方法流程图。
其中：1、蓄水池；2、恒流放水子系统；3、均匀出流子系统；4、滩区；21、稳波器；22、矩形薄壁堰；23、卡槽；24、浮球；25、水流过道；26、准备滑动导轨；27、滑槽；28、水平杆；29、动滑轮组连接杆；210、主动轮；211、从动轮；212、薄壁堰连接杆；213、滚珠；31、弧形过水挡板；32、溢流池；33、过水孔洞。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
如图1-图2所示，一种滩区恒流补水系统，其特征在于，包括蓄水池1、恒流放水子系统2和均匀出流子系统3；
蓄水池1、恒流放水子系统2和均匀出流子系统3依次连接；
蓄水池1具有作为水源、沉沙和模拟生态湖泊的功能；
恒流放水子系统2用于调节蓄水池1的出流量，实现恒流放水；
均匀出流子系统3用于控制漫滩水量均匀出流，保持水位以设置的溢流深度均匀漫滩。
在本发明实施例中，蓄水池1围堰高H1为1.5m、；设计水位高H2为1.2米、死水位高H3为0.3米，该蓄水池1兼具水源、沉沙和生态湖泊的功能；在汛期时，当河道内多余的水量存储起来，经过沉淀后，在滩区4需要补水时将沉淀后的清水排向滩地，实现对滩区4盐度稀释，同时补充滩区4的生态需水量。
本发明实施例中的恒流放水子系统2利用浮球24实时监测蓄水池1中的水位，通过传动结构调节矩形薄壁堰22的高度，进而调节蓄水池1的出流量，保证当前堰上水头始终为设定值，实现向滩区4的恒流放水。
本发明实施例中的均匀出流子系统3大体为一个漫滩水池，用于控制漫滩水量均匀出流，保持水位以设定溢流深度均匀漫滩。
实施例2：
上述实施例1中的蓄水池1的一侧设置有出水口，出水口与恒流放水子系统2连通；
图1中的恒流放水子系统2包括水流过道25、升降围堰装置和浮球24；水流过道25的一端与蓄水池1的出水口连通，其另一端与均匀出流子系统3连接；升降围堰装置设置于水流过道25上，将蓄水池1和均匀出流子系统3分隔；浮球24与升降围堰装置连接。
其中，水流过道25形成蓄水池1和均匀出流子系统3间的过渡段，为设置升降围堰装置提供空间；浮球24设置于蓄水池1中并与升降围堰装置连接，浮球24监测出的水位高度，为升降围堰装置的上下移动提供了数据支持；升降围堰装置将蓄水池1和均匀出流子系统3分隔，根据滩区4的实际尺寸等，调节升降围堰装置的高度，进而控制水流量，实现全覆盖且均匀漫滩。
本发明实施例中的升降围堰装置包括稳波器21、传动机构和围堰；
稳波器21通过传动机构与围堰连接；
围堰设置于水流过道25上，将蓄水池1和均匀出流子系统3分隔；
稳波器21中放置有浮球24，且稳波器21设置于围堰靠近蓄水池1侧的水流过道25中。
上述稳波器21包括从上至下一体连接的空心圆柱体和空心圆台；空心圆台的底面封闭，且其表面均匀设置有若干孔隙。本发明实施例中的稳波器21的原理类似于连通器，空心圆柱体的高度范围为蓄水池1中的水位波动范围，最高处高于水位最高点，最低处低于蓄水池1的死水位，空心圆台上的若干孔隙，使水能够通过孔隙进入稳波器21，随后稳波器21与外界形成连通器，其内部水位和外部水位达到平衡，水位持平。
如图3-图4所示，上述围堰包括卡槽23、矩形薄壁堰22和若干滚珠213；
卡槽23设置于水流过道25下方，矩形薄壁堰22的一端可升降地活动设置于卡槽23内，其另一端设置于水流过道25中；
矩形薄壁堰22的宽度大于水流过道25的宽度，且无缝接触；
若干滚珠213均匀设置于卡槽23内表面；
卡槽23顶端与进行薄壁堰接触处通过可滑动橡胶片活动密封连接；
矩形薄壁堰22的高度与蓄水池1的围堰高度相同，矩形薄壁堰22的高度小于卡槽23的高度。
其中，卡槽23顶端与矩形薄壁堰22接触处通过可滑动橡胶片活动密封连接，防止蓄水池1中的水在通过薄壁堰时，水进入卡槽23内，影响可升降围堰的正常工作；滚珠213均匀设置于卡槽23内表面，保证了矩形薄壁堰22在卡槽23内顺利的上下移动，同时减少矩形薄壁堰22与卡槽23内壁的摩擦，延长围堰的使用寿命；矩形薄壁堰(22)的宽度大于水流过道(25)的宽度，保证了蓄水池中的水是通过矩形薄壁堰上面进入均匀出流子系统中，而不会从矩形薄壁堰两侧流出，确保了蓄水池的恒流出流。
如图5所示，上述传动机构包括准备滑动导轨26、两个滑槽27、水平杆28、动滑轮组连接杆29、动滑轮组和薄壁堰连接杆212；
准备滑动导轨26的一端与稳波器21中的浮球24连接，其另一端与水平杆28的一端连接，水平杆28设置在两个滑槽27上，水平杆28的另一端与动滑轮组连接杆29的一端连接，动滑轮组连接杆29的另一端与动滑轮组中的主动轮210连接，动滑轮组中的从动轮211与薄壁堰连接杆212的一端连接，薄壁堰连接杆212的另一端与矩形薄壁堰22的顶端两侧连接；
准备滑动导轨26与水平杆28的连接点、水平杆28与动滑轮组连接杆29的连接点均为钢节点，且角度为90度；
其中，水平杆28连接滑槽27，通过两个滑触始终保持水平，能够在滑槽27内竖直滑动，动滑轮组安装在特定的卡槽23内，受到外界迁移能够上下移动，通过动滑轮组连接杆29和薄壁堰连接杆212分别与水平杆28和矩形薄壁堰22相连接。
本发明实施例中的传动机构的工作方式为：
当蓄水池1中水位上升，使当前堰上水头大于堰上水头设定值时，浮球24在其自身浮力作用下推动准备滑动导轨26上升，进而间接推动水平杆28上升，水平杆28在上升过程中牵引动滑轮组连接杆29向上移动，带动动滑轮组上升，并牵引薄壁堰连接杆212向上移动后使矩形薄壁堰22上升，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值；当蓄水池1中水位下降，使当前堰上水头小于堰上水头设定值时，浮球24在其自身重力作用下拉动准备滑动导轨26下降，进而间接拉动水平杆28下降，水平杆28在下降过程中牵引动滑轮组连接杆29向下移动，带动动滑轮组下降，并牵引薄壁堰连接杆212向下移动后使矩形薄壁堰22下降，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值。
通过上述矩形薄壁堰22自动上升(下降)调节动作，形成一个完整的自动调节系统，实现当水位上升(下降)时，矩形薄壁堰22上升(下降)高度与水位上升(下降)高度一致，达到实时调节的效果，保障出流量恒定。
本发明实施例中的浮球24为空心铁球，连接准备滑动导轨26，连接处形成刚性连接，空心铁球24通过自身重力保证准备滑动导轨26始终保持竖直状态，同时也有一定的浮力；
浮球24的参数为：
浮球24的重量为矩形薄壁堰22重量的1.2-1.5倍，即G浮＝(1.2-1.5)G堰，浮球24的浮力为浮球24本身重量与1.2-1.5倍矩形薄壁堰22重量之和，即F浮＝G浮+(1.2-1.5)G堰，以此来保证随着蓄水池1中水位的上升或下降，浮球24能够牵引矩形薄壁堰22的上升或下降，达到实时调节的效果。
实施例3：
如图6所示，上述实施例2中的均匀出流子系统3包括溢流池32和弧形过水挡板31；
溢流池32的剖面为半圆形，溢流池32的一端顶部与水流过道25的另一端顶端平齐且无缝衔接，溢流池32的另一端与待补水滩区4一端平滑衔接；
弧形过水挡板31的一端固定设置于溢流池32内，其另一端悬空在溢流池32中，且弧形过水挡板31的开口端朝向矩形薄壁堰22侧；
弧形过水挡板31上均匀设置有若干过水孔洞33。
在本发明实施例中，弧形过水挡板31将溢流池32分隔成两部分，弧形过水挡板31的开口侧与溢流池32形成均匀流出子系统的前半段，弧形过水挡板31的闭口侧与溢流池32形成均匀流出子系统的后半段；当蓄水池1中的水通过恒流放水子系统2进入均匀出流子系统3后，来水迅速流向两侧，来水流进溢流池32遇到弧形过水挡板31形成翻滚，进而消除水能，然后水先通过弧形过水挡板31的前半段后充满均匀出流子系统3的后半段，进而漫出均匀出流子系统3的后半段，并均匀进入滩区4，实现滩区4的恒流均匀补水。其中，弧形过水挡板一方面起着消能的作用，另一方面有着削弱来水的集中性引起的冲刷影响，同时弧形过水挡板上均匀设置的过水孔洞，方便了来水出流，实现均匀漫滩。
实施例4：
如图7所示，本发明还提供了一种滩区恒流补水方法，包括以下步骤：
S1、根据待补水滩区的实际情况，确定均匀出流子系统的放流水深，进而确定恒流放水子系统的补水参数；
S2、根据恒流放水子系统的补水参数设定恒流放水时的堰上水头值；
S3、根据浮球当前监测的水位的高度，调节传动机构的初始状态，进而带动矩形薄壁堰移动，使初始堰上水头为设定值；
S4、在初始堰上水头达到设定值后，通过升降围堰装置将蓄水池中的水输入均匀出流子系统中并通过传动机构带动矩形薄壁堰上下移动，使当前堰上水头保持在设定值，进而实现恒流放水；
S5、通过弧形过水挡板将流入均匀出流子系统中的水均匀输入待补水滩区，实现滩区的恒流均匀补水。
在本发明实施例中，上述步骤S1中，为了更加精准且全覆盖的实现滩区补水，均匀出流子系统的放流水深h出流的确定过程为：
设置均匀出流子系统至海洋的距离为L、滩区水力坡降为i、糙率为n、渗透系数为K；
根据谢才公式进行推算如下：
式中，V为流速，m/s；C为谢才系数；R为水力半径，m；J＝i；
均匀出流子系统中的水到达海洋的时间为：
式中，t为时间，s；L为坡长，m；v为流速，m/s；
考虑到蒸发因素，蒸发量设定为h蒸发，即放流水深h出流为：
h出流＝K*t+h蒸发 (3)
根据具体的滩区尺寸及其他各项参数代入到式(1)、式(2)和式(3)中，进行试算，R近似于h出流，给定一个R确定一个h出流，经过计算，当R与h出流基本相等时，即确定出流水深为h出流。
均匀出流子系统的补水参数包括单宽出流流量q出流和恒流放水子系统的出流量Q，其中，单宽出流流量q出流的确定方法具体为：
基于本发明系统中均匀出流子系统的构造，对于漫滩流量的计算采用明渠的流量公式，进行推算如下：
式中，Q出流为出流流量，m3/s；A为过水断面面积，m2/s；x为湿周，m；
即单宽出流流量q出流为：
恒流放水子系统出流量Q的确定方法为：
可升降为堰采用堰流公式，其堰上水头为H，自由出流，矩形薄壁堰挡水宽度与水流过道宽度相等，无侧向收缩力，即采用公式：
Q＝mb(2g)1/2H0 3/2 (6)
式中，m为流量系数；b为过流堰宽，m；g为重力加速度，m/s2；H0为堰上的全水头，m；
为便于使用堰上水头H计算流量，可将公式(6)中行近流速水头的影响归集于流量系数m中一并考虑，即将式(6)改写为：
Q＝m0b(2g)1/2H3/2 (7)
其中，
式(8)中的m0称为包含行近流速水头影响在内的流量系数，可按巴赞经验公式计算：
式中，p1为上游堰高，m；
上述计算过程中，部分参数的适用范围为：
堰上水头(恒流放水时的堰上水头值)：H＝0.1～0.6；
矩形薄壁堰堰宽：b＝0.2～2.0；
H/p1≤2；
即，得到放水流量Q＝m0b(2g)1/2H3/2；
单宽放水流量q出流＝m0(2g)1/2H3/2。
基于上述过程，在确定生态补水系统的工作参数时：
恒流放水子系统单宽放水流量为q，当过流堰宽为b时，其放水流量为Q，均匀出流子系统单宽出流为q出流，根据物质守恒定律，确定其对应的关系为，过流堰宽为b时能实现Q/q出流宽滩区均匀补水，根据实际需要，可结合滩区的宽度，每隔Q/q出流修建一座过流堰宽为b的闸门，实现整个滩区补水的全覆盖。也可根据特定需要灵活调整堰宽，堰上水头等其他参数，重新确定新的对应比例关系。
需要说明的是，本发明提供的滩区恒流补水方法是针对待补水滩区参数已经确定的情况下进行的；因此，可以通过上述方法，首先确定待补水滩区的实际情况，再根据其计算得到本发明补水系统的参数，进而实现滩区的恒流均匀补水。
在本发明实施例中，上述步骤S4中传动机构带动矩形薄壁堰上下移动的方法具体为：
当蓄水池中水位上升，使当前堰上水头大于堰上水头设定值时，浮球在其自身浮力作用下推动准备滑动导轨上升，进而间接推动水平杆上升，水平杆在上升过程中牵引动滑轮组连接杆向上移动，带动动滑轮组上升，并牵引薄壁堰连接杆向上移动后使矩形薄壁堰上升，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值；
当蓄水池中水位下降，使当前堰上水头小于堰上水头设定值时，浮球在其自身重力作用下拉动准备滑动导轨下降，进而间接拉动水平杆下降，水平杆在下降过程中牵引动滑轮组连接杆向下移动，带动动滑轮组下降，并牵引薄壁堰连接杆向下移动后使矩形薄壁堰上升，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值。
在本发明实施例中，上述步骤S5中的弧形过水挡板将溢流池分隔成两部分，弧形过水挡板的开口侧与溢流池形成均匀流出子系统的前半段，弧形过水挡板的闭口侧与溢流池形成均匀流出子系统的后半段；因此上述步骤S5具体为：
当蓄水池中的水通过恒流放水子系统进入均匀出流子系统后，来水迅速流向两侧，来水流进溢流池遇到弧形过水挡板形成翻滚，进而消除水能，然后水先通过弧形过水挡板的前半段后充满均匀出流子系统的后半段，进而漫出均匀出流子系统的后半段，并均匀进入滩区，实现滩区的恒流均匀补水。其中，弧形过水挡板一方面起着消能的作用，另一方面有着削弱来水的集中性引起的冲刷影响，同时弧形过水挡板上均匀设置的过水孔洞，方便了来水出流，实现均匀漫滩。
实施例5：
为了对滩区精准补水，提供了该系统的在待补水滩区中的设置方式：
当恒流放水子系统单宽放水流量为q，当过流堰宽为b时，其放水流量为Q，均匀出流子系统单宽出流为q出流，根据物质守恒定律，确定其对应的关系为，过流堰宽为b时能实现Q/q出流宽滩区均匀补水，根据实际需要，可结合滩区的宽度，每隔Q/q出流修建一座过流堰宽为b的闸门，实现整个滩区补水的全覆盖。也可根据特定需要灵活调整堰宽，堰上水头等其他参数，重新确定新的对应比例关系。
实施例6：
本发明实施例中提供了利用本发明补水系统及方法进行滩区补水的具体实例：
确定放水水深：
针对黄河三角洲滩地，滩区参数：均匀出流子系统至海洋的距离L为3500m，滩区水力坡降i为1/10000，糙率n为0.025，渗透参数K为0.005m/d，将这些参数代入前述的(1)(2)(3)式中，进行试算，给定一个R确定一个h出流，经过多次计算，当R为0.0175时，v为0.026962m/s，t为129812m，误差为6％，满足要求；即设定放水水深h出流为0.0175m。
确定单宽出流流量：
将粗糙率系数n为0.025，i为1/10000，设计溢流水深h出流为0.0175m，代入式(5)，可求得其单宽漫滩流量q出流为0.0005m2/s；
确定恒流放水子系统出流量：
恒流放水子系统堰上水头H恒为0.1m，将矩形薄壁堰的各种参数进行验证，出流堰宽b为1.0m，H/P1为0.09～0.33，适用于该经验公式(7)，代入(9)式中进行放水流量的计算，其各参数如下：
即该恒流放水子系统流量为0.0607～0.0626m3/s。最大流量与最小流量之间误差范围为3％，其放水流量Q为0.0607m3/s.
确定生态补水系统的工作参数：
已知恒流放水子系统工作流量Q为0.0607m3/s，均匀出流子系统单宽流量q出流为0.0005m2/s，根据物质守恒定律，其对应的关系为：单宽恒流放水子系统对应121m均匀出流子系统，即1:121，过流堰宽为1米时能实现121米宽滩区均匀补水，其出流流量为0.0605m3/s，略低于恒流放水子系统的工作流量，恒流放水子系统的流量始终能够满足均匀出流子系统的流量要求。根据实际需要，可结合滩区的宽度，每隔121m修建一座单宽过流闸门，实现整个滩区补水的全覆盖。
补水系统的运行过程：
根据上述计算结果，预先根据水位条件设定恒流放水子系统参数，调节动滑轮组装置最初状态，根据浮球监测水位高度，调节准备滑动导轨长度，通过动滑轮组的牵引进而调节矩形薄壁围堰高度，保证最初堰上水头H为0.1m，随后随着蓄水池水位的升降，通过浮球监测，连接杆传导，动滑轮组调控，实时自动调节围堰的高度，稳定堰上水头恒为0.1m。通过恒流放水子系统的水进入均匀出流子系统，在溢流池中间进行翻滚消能，迅速遍布溢流池两侧，一部分通过弧形过水挡板进入均匀出流子系统后半段，另一部分漫过弧形过水挡板进入均匀出流子系统后半段。最终经过均匀出流子系统的水以h出流厚度向滩地漫流，实现对滩区的恒流均匀补水。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种滩区恒流补水系统及方法，能够实现根据蓄水池水位变化自动调节堰板高度，维持堰上水头恒定，从而保持出流量的恒定。同时，匹配均匀出流子系统，能够保持水位以设置的溢流深度均匀漫滩。从而有效的节省人力物力，提高滩区补水效率和效益，同时避免直接放水漫滩带来的滩区冲刷侵蚀和滩地补水覆盖面积小的问题。系统操作简单，自动化程度高。
Claims (10)
1.一种滩区恒流补水系统，其特征在于，包括蓄水池(1)、恒流放水子系统(2)和均匀出流子系统(3)；
所述蓄水池(1)、恒流放水子系统(2)和均匀出流子系统(3)依次连接；
所述蓄水池(1)的一侧设置有出水口，所述出水口与恒流放水子系统(2)连通；
所述恒流放水子系统(2)包括水流过道(25)、升降围堰装置和浮球(24)；
所述水流过道(25)的一端与蓄水池(1)的出水口连通，其另一端与均匀出流子系统(3)连接；
所述升降围堰装置设置于水流过道(25)上，将蓄水池(1)和均匀出流子系统(3)分隔；
所述浮球(24)与升降围堰装置连接。
2.根据权利要求2所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述升降围堰装置包括稳波器(21)、传动机构和围堰；
所述稳波器(21)通过传动机构与围堰连接；
所述围堰设置于水流过道(25)上，将蓄水池(1)和均匀出流子系统(3)分隔；
所述稳波器(21)中放置有浮球(24)，且所述稳波器(21)设置于围堰靠近蓄水池(1)侧的水流过道(25)中。
3.根据权利要求2所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述稳波器(21)包括从上至下一体连接的空心圆柱体和空心圆台；
所述空心圆台的底面封闭，且其表面均匀设置有若干孔隙。
4.根据权利要求3所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述围堰包括卡槽(23)、矩形薄壁堰(22)和若干滚珠(213)；
所述卡槽(23)设置于水流过道(25)下方，所述矩形薄壁堰(22)的一端可升降地活动设置于卡槽(23)内，其另一端设置于水流过道(25)中；
所述矩形薄壁堰(22)的宽度大于水流过道(25)的宽度，且无缝接触；
若干所述滚珠(213)均匀设置于卡槽(23)内表面；
所述卡槽(23)顶端与进行薄壁堰接触处通过可滑动橡胶片活动密封连接；
所述矩形薄壁堰(22)的高度与蓄水池(1)的围堰高度相同，所述矩形薄壁堰(22)的高度小于卡槽(23)的高度。
5.根据权利要求4所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述传动机构包括准备滑动导轨(26)、两个滑槽(27)、水平杆(28)、动滑轮组连接杆(29)、动滑轮组和薄壁堰连接杆(212)；
所述准备滑动导轨(26)的一端与稳波器(21)中的浮球(24)连接，其另一端与水平杆(28)的一端连接，所述水平杆(28)设置在两个滑槽(27)上，所述水平杆(28)的另一端与动滑轮组连接杆(29)的一端连接，所述动滑轮组连接杆(29)的另一端与动滑轮组中的主动轮(210)连接，所述动滑轮组中的从动轮(211)与所述薄壁堰连接杆(212)的一端连接，所述薄壁堰连接杆(212)的另一端与矩形薄壁堰(22)的顶端两侧连接；
所述准备滑动导轨(26)与水平杆(28)的连接点、水平杆(28)与动滑轮组连接杆(29)的连接点均为钢节点。
6.根据权利要求4所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述浮球(24)为空心铁球；
所述浮球(24)的参数为：
浮球(24)的重量为矩形薄壁堰(22)重量的1.2-1.5倍，浮球(24)的浮力为浮球(24)本身重量与1.2-1.5倍矩形薄壁堰(22)重量之和。
7.根据权利要求1所述的滩区恒流补水系统，其特征在于，所述均匀出流子系统(3)包括溢流池(32)和弧形过水挡板(31)；
所述溢流池(32)的剖面为半圆形，所述溢流池(32)的一端顶部与所述水流过道(25)的另一端顶端平齐且无缝衔接，所述溢流池(32)的另一端与待补水滩区(4)一端平滑衔接；
所述弧形过水挡板(31)的一端固定设置于溢流池(32)内，其另一端悬空在溢流池(32)中，且所述弧形过水挡板(31)的开口端朝向矩形薄壁堰(22)侧；
所述弧形过水挡板(31)上均匀设置有若干过水孔洞(33)。
8.一种滩区恒流补水方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据待补水滩区的实际情况，确定均匀出流子系统的放流水深，进而确定恒流放水子系统的补水参数；
S2、根据恒流放水子系统的补水参数设定恒流放水时的堰上水头值；
S3、根据浮球当前监测的水位的高度，调节传动机构的初始状态，进而带动矩形薄壁堰移动，使初始堰上水头为设定值；
S4、在初始堰上水头达到设定值后，通过升降围堰装置将蓄水池中的水输入均匀出流子系统中并通过传动机构带动矩形薄壁堰上下移动，使当前堰上水头保持在设定值，进而实现恒流放水；
S5、通过弧形过水挡板将流入均匀出流子系统中的水均匀输入待补水滩区，实现滩区的恒流均匀补水。
9.根据权利要求8所述的滩区恒流补水方法，其特征在于，所述步骤S1中均匀出流子系统的放流水深h出流的计算公式为：
h出流＝K*t+h蒸发
式中，K为渗透系数；
t为均匀出流子系统中的水到达海洋的时间，
L为均匀出流子系统至海洋的距离，v为流速；
h蒸发为蒸发量；
所述均匀出流子系统的补水参数包括单宽出流流量q出流和恒流放水子系统的出流量Q；
所述单宽出流量q出流为：
q出流＝m0(2g)1/2H3/2
式中，m0为包含行近流速水头影响在内的流量系数；
g为重力加速度；
H为恒流放水时的堰上水头值，且H＝0.1～0.6；
所述恒流放水子系统的出流量Q为：
Q＝m0b(2g)1/2H3/2
式中，b为矩形薄壁堰堰宽，且b＝0.2～2.0。
10.根据权利要求8所述的滩区恒流补水方法，其特征在于，所述步骤S4中通过传动机构带动矩形薄壁堰上下移动的方法具体为：
当蓄水池中水位上升，使当前堰上水头大于堰上水头设定值时，浮球在其自身浮力作用下推动准备滑动导轨上升，进而间接推动水平杆上升，水平杆在上升过程中牵引动滑轮组连接杆向上移动，带动动滑轮组上升，并牵引薄壁堰连接杆向上移动后使矩形薄壁堰上升，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值；
当蓄水池中水位下降，使当前堰上水头小于堰上水头设定值时，浮球在其自身重力作用下拉动准备滑动导轨下降，进而间接拉动水平杆下降，水平杆在下降过程中牵引动滑轮组连接杆向下移动，带动动滑轮组下降，并牵引薄壁堰连接杆向下移动后使矩形薄壁堰下降，进而实时调节堰上水头始终保持在设定值。
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