CN112081137B - 一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统 - Google Patents

一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，包括窨井、连接管道、主管道、排水逃生管道及堵头，其中，窨井为正方形窨井，连接管道、主管道、排水逃生管道均为聚乙烯塑料管；所述窨井位于硬质化渠道底部位置，窨井底部与连接管道相通，连接管道的管径D由所在硬质化渠道的设计流量Q确定。可帮助随着水泵抽送到渠道内的鱼类等不便通过现有的斜坡式逃生通道的水中生物逃离渠道，减少了因人类正常的生产活动给生物带来的因生存环境骤变导致的死亡数量的激增，体现了人与自然和谐共处的美好愿望。同时本发明还解决了斜坡式逃生通道带来的大量的占用耕地的问题。

Description

一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统
技术领域
本发明涉及一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，特别是梯形渠道和U型渠道，属于农田水利工程技术领域。
背景技术
近年来，随着我国农村社会经济发展，农田基础设施的改善提升逐渐满足了当前农业生产的需要。硬质化渠道作为农田基础设施建设中的重点部分，其在农业生产中起到了高效输水的作用，渠道硬质化相对于上世纪广泛应用于农村地区的土渠来说，无论是在整体美观，还是在能最大限度地利用灌溉水方面都远胜于土渠。但是随着经济条件的发展，人们对生态环境的要求越来越高，近年来，越老越多的专家学者不断地在硬质化渠道建造中提出了生态渠道的概念，提倡人与生态共存。目前阶段在生态渠道中大力推广的是在渠道设计中，每隔二十米左右设置一个边坡比，即横向和垂直比大于2的斜坡式生态逃生通道，该通道科学的设计能帮助掉入到渠道中的蛇类和蛙类等能顺着坡比较缓的逃生通道脱离渠道。但是对于其他不能通道的生物来说，其目前还是有很大的局限性。通常在泵站提水到渠道的过程中，会有少量的鱼类会被水泵抽送到渠道中，由于鱼类只能顺着水游走，因此上述的斜坡式生态逃生通道不能有效地帮助鱼类逃离渠道，当渠道中的水干了，渠道内的鱼类及其他不变逃脱的生物只能在无水的环境下脱水而死。目前的这种斜坡式生态逃生通道，不能最大限度地减少由于人类必要的生产活动造成的环境变化对生物的影响。针对上述的问题，设计一款能帮助类似于鱼类等不便通过斜坡式逃生通道的水中生物回到适合生存的地点是必要的，也是体现人类愿意与大自然和谐共存的美好愿望。
发明内容
本发明专利针对上述现有的技术不足，设计了一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，主要用以解决现有的硬质化渠道及改良后的斜坡式逃生通道只能帮助蛇类蛙类等有条件攀爬通过斜坡式逃生通道脱困，而不能有效地帮助误被水泵抽送到渠道内，且不能通过现有的斜坡式逃生通道的鱼类等水生物脱困的技术难题。方便了水生物脱困，达到了人与自然和谐相处的目的，同时本发明在建设过程中投资较小，不存在过多的占用项目资金的问题，也解决了现有的斜坡式逃生通道占用耕地的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，其特征是：包括窨井、连接管道、主管道、排水逃生管道及堵头，其中，窨井为正方形窨井，连接管道、主管道、排水逃生管道均为聚乙烯塑料管；
所述窨井位于硬质化渠道底部位置，窨井底部与连接管道相通，连接管道的管径D由所在硬质化渠道的设计流量Q确定，具体计算如下所示：
首先计算硬质化渠道的设计流量Q，根据计算得到的硬质化渠道的设计流量Q后，连接管道的流量Q连不能大于硬质化渠道的设计流量Q，按照连接管道的流量
Figure GDA0003757243200000021
计算；聚乙烯塑料管经济流速v选取为v＝1.2m/s；连接管道的管径D的计算公式按照公式(八)计算：
Figure GDA0003757243200000022
式中：D为连接管道的管径，单位为m；Q连为连接管道的流量，单位为m3/s；v为连接管道的经济流速，单位为m/s；π为圆周率，取值为3.14；
根据公式(八)计算得到的连接管道的管径D确定实际应用中的连接管道的管径时，选用厂家提供的实际应用中的连接管道的管径D不能小于根据公式(八)计算得到的连接管道的管径D；
所述窨井的数量为若干个，每个窨井底部均相通有连接管道，若干连接管道均与主管道接通；所述主管道和排水逃生管道的管径大小一致，主管道与连接管道接通，主管道设置于自窨井底部向下深入10cm处，由于主管道不承担输水作用，故主管道的管径只需要和连接管道的管径相同；排水逃生管道自最后一个窨井位置开始，相对高度与主管道平齐并接通，到田间排水沟为止，即排水逃生管道起始端与主管道末端相通，排水逃生管道末端延伸至田间排水沟。排水逃生管道的末端设置堵头，当硬质化渠道输水时用堵头将排水逃生管道堵住，硬质化渠道停止输水时将堵头拿掉，方便排水。
当硬质化渠道为U型渠道时，硬质化渠道的设计流量Q按照公式(一)计算；
Figure GDA0003757243200000023
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；ω为U型渠道过水断面面积，单位为㎡；n为渠道糙率，取0.015；R为渠道水力半径，单位为m；i为渠道比降，取值范围为1/1200～1/1500；
过水断面面积ω按照公式(二)、公式(三)和公式(四)计算：
Figure GDA0003757243200000024
Figure GDA0003757243200000025
Figure GDA0003757243200000031
式中：ω为过水断面面积，单位为㎡；b为弧形低的弦长，单位为m；r为U型渠道渠底圆弧半径，单位为m；H为U型渠道断面水深，单位为m；θ为U型渠道渠底圆弧的圆心角，单位为rad；m为U型渠道上部直线段的边坡系数；Kr为U型渠道过水断面系数；
当硬质化渠道为梯形渠道时，硬质化渠道的设计流量Q按照明渠均匀流计算，具体计算公式如下：
Figure GDA0003757243200000032
Figure GDA0003757243200000033
Figure GDA0003757243200000034
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；A为梯形渠道过水断面面积，单位为m2；R为水力半径；C为谢才系数；i为渠道比降，取值范围为1/1200～1/1500；B为梯形渠道底部宽度；m为梯形渠道的边坡系数；h为梯形渠道的设计水深，单位为m；n为渠道糙率，取0.015。
所述窨井整体结构采用砖砌结构，水泥砂浆抹面。
所述窨井的顶部四周边缘与硬质化渠道渠底混凝土平齐，窨井的深度为20cm。
本发明先进科学，通过本发明，提供的一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统：
(1)一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统由正方形窨井、连接管道、主管道、排水逃生管道及堵头组成，其中连接管道、主管道、排水逃生管道均为聚乙烯塑料管。
(2)正方形窨井位于硬质化渠道底部位置，窨井的顶部四周边缘与硬质化渠道渠底混凝土平齐，窨井的深度为20cm。为了不过多占用项目建设资金，正方形窨井整体结构采用砖砌结构，水泥砂浆抹面。底部与连接管道相通，连接管道的管径D由所在渠道的设计流量Q确定，具体计算如下所示：
常见的硬质化渠道为梯形渠道和U型渠道，U型渠道的设计流量Q按照公式(一)计算；梯形渠道的设计流量Q按照公式(五)计算：
Figure GDA0003757243200000035
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；ω为U型渠道过水断面面积，单位为㎡；n为硬质化渠道糙率，取0.015；R为U型渠道水力半径，单位为m；i为硬质化渠道比降，建议取值范围为1/1200～1/1500。
U型渠道过水断面面积ω按照公式(二)、公式(三)和公式(四)计算：
Figure GDA0003757243200000041
Figure GDA0003757243200000042
Figure GDA0003757243200000043
式中：ω为U型渠道过水断面面积，单位为㎡；b为U型渠道弧形的弦长，单位为m；r为U型渠道渠底圆弧半径，单位为m；H为U型渠道断面水深，单位为m；θ为U型渠道渠底圆弧的圆心角，单位为rad；m为U型渠道上部直线段的边坡系数；Kr为U型渠道过水断面系数。
梯形渠道的设计流量Q按照明渠均匀流计算，具体计算公式如下：
Figure GDA0003757243200000044
Figure GDA0003757243200000045
Figure GDA0003757243200000046
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；A为梯形渠道过水断面面积，单位为m2；R为梯形渠道水力半径；C为梯形渠道谢才系数；i为硬质化渠道比降，建议取值范围为1/1200～1/1500；B为梯形渠道渠道底部宽度；m为梯形渠道的边坡系数；h为梯形渠道的设计水深，单位为m；n为硬质化渠道糙率，取0.015。
根据计算得到的硬质化渠道的设计流量Q后，连接管道的流量Q连不能大于渠道的设计流量Q，本发明建议连接管道的流量
Figure GDA0003757243200000047
根据管道的经济流速与管网的布局、管道的价格、电价等多种因素有关，一般聚乙烯塑料管经济流速v在1.0m/s至2.5m/s之间，本发明建议取值为v＝1.2m/s。连接管道的管径D的计算公式按照公式(八)计算：
Figure GDA0003757243200000048
式中：D为连接管道的管径，单位为m；Q连为连接管道的流量，单位为m3/s；v为连接管道的经济流速，单位为m/s；π为圆周率，建议取值为3.14。
根据由公式(八)计算得到的连接管道的管径D确定实际应用中的连接管道的管径D时，应在厂家能提供的不同规格的管道中寻找最适合的管径，原则上一般是实际应用的管径D略大于由公式(八)计算得到的管径D。
(3)主管道和排水逃生管道的管径大小一致，与连接管道接通，自窨井底部向下深入10cm，由于主管道不承担输水作用，故主管道的管径只需要和连接管道的管径相同。排水逃生管道自最后一个窨井位置开始，相对高度与主管道平齐并接通，到田间排水沟为止。排水逃生管道的末端设置堵头，当渠道输水时用堵头将排水逃生管道堵住，渠道停止输水时将堵头拿掉，方便排水。
本发明的有益效果：
所述的基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，可帮助随着水泵抽送到渠道内的鱼类等不便通过现有的斜坡式逃生通道的水中生物逃离渠道，减少了因人类正常的生产活动给生物带来的因生存环境骤变带来的死亡数量，体现了人与自然和谐共处的美好愿望。同时本发明还解决了斜坡式逃生通道带来的大量的占用耕地的问题。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图；
图2为本发明的侧面示意图；
图3为本发明的平面示意图；
图中：1窨井、2连接管道、3主管道、4排水逃生管道、5堵头。
具体实施方式
结合实施例对本发明技术方案进一步说明，但本发明的内容并不局限于此。
下面结合附图和附图说明对本发明作进一步说明：
一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统由正方形窨井1、连接管道22、主管道3、排水逃生管道4及堵头5组成，其中连接管道2、主管道3、排水逃生管道4均为聚乙烯塑料管，根据本发明专利的专利权项进行实施。正方形窨井1位于硬质化渠道底部位置，窨井1的顶部四周边缘与硬质化渠道渠底混凝土平齐，窨井1的深度为20cm。为了不过多占用项目建设资金，正方形窨井1整体结构采用砖砌结构，水泥砂浆抹面。底部与连接管道2相通，连接管道2的管径D由所在渠道的设计流量Q确定。
现以U50渠道为例计算连接管道直径，其设计水深为0.45m，过水断面面积为0.174㎡，水力半径为0.153，渠道比降取1/1500，设计流速为0.44m/s。具体计算过程如下：
U50渠道的设计流量Q按照公式(一)计算：
Figure GDA0003757243200000061
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；ω为U型渠道过水断面面积，单位为㎡；n为混凝土渠道糙率，取0.015；R为U型渠道水力半径，单位为m；i为混凝土渠道比降，建议取值范围为1/1200～1/1500。
根据计算得到的硬质化U50渠道的设计流量Q后，连接管道2的流量Q连不能大于渠道的设计流量Q，本发明建议连接管道2的流量
Figure GDA0003757243200000062
根据管道的经济流速与管网的布局、管道的价格、电价等多种因素有关，一般聚乙烯塑料管经济流速v在1.0m/s至2.5m/s之间，本发明建议取值为v＝1.2m/s。连接管道2的管径D的计算公式按照公式(八)计算：
Figure GDA0003757243200000063
式中：D为连接管道2的管径，单位为m；Q连为连接管道2的流量，单位为m3/s；v为连接管道2的经济流速，单位为m/s；π为圆周率，建议取值为3.14。
根据得到的连接管道2的管径D确定实际应用中的连接管道2的管径时，应在厂家能提供的不同规格的管道中寻找最适合的管径，原则上一般是实际应用的管径不小于计算得到的管径D。根据U50渠道的连接管道直径的计算结果0.14m，选用直径为0.16m的管道。
主管道和排水逃生管道的管径大小一致，与连接管道接通，自窨井底部向下深入10cm，由于主管道不承担输水作用，故主管道的管径只需要和连接管道的管径相同。排水逃生管道自最后一个窨井位置开始，相对高度与主管道平齐并接通，到田间排水沟为止。排水逃生管道的末端设置堵头，当渠道输水时用堵头将排水逃生管道堵住，渠道停止输水时将堵头拿掉，方便排水。
当渠道内开始输水之前，工作人员将排水逃生管道4末端的堵头5堵上。当水泵抽送水时，少量的鱼类等水生物会随着水泵被抽送到渠道内。当水泵停止工作时，渠道内的水位急剧下降，由于渠道存在比降和坐落于渠道底部的窨井1，鱼类等水生物会随着水流向位于低处的窨井1位置流动。当渠道内的水位下降到约10cm高度时，打开排水逃生管道4末端的堵头5，此时渠道内的鱼类等水生物会随着连接管道产生的旋涡进入到主管道3内，流经排水逃生管道4直到排水沟，成功脱离渠道。

Claims (3)

1.一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，其特征是：包括窨井(1)、连接管道(2)、主管道(3)、排水逃生管道(4)及堵头(5)，其中，窨井(1)为正方形窨井，连接管道(2)、主管道(3)、排水逃生管道(4)均为聚乙烯塑料管；
所述窨井(1)位于硬质化渠道底部位置，窨井(1)底部与连接管道(2)相通，连接管道(2)的管径D由所在硬质化渠道的设计流量Q确定，具体计算如下所示：
首先计算硬质化渠道的设计流量Q，根据计算得到的硬质化渠道的设计流量Q后，连接管道(2)的流量Q连不能大于硬质化渠道的设计流量Q，按照连接管道(2)的流量
Figure FDA0003740918730000011
计算；聚乙烯塑料管经济流速v选取为v＝1.2m/s；连接管道(2)的管径D的计算公式按照公式(八)计算：
Figure FDA0003740918730000012
式中：D为连接管道(2)的管径，单位为m；Q连为连接管道(2)的流量，单位为m3/s；v为连接管道(2)的经济流速，单位为m/s；π为圆周率，取值为3.14；
根据公式(八)计算得到的连接管道(2)的管径D确定实际应用中的连接管道(2)的管径D时，选用的实际应用中的连接管道(2)的管径D不能小于根据公式(八)计算得到的连接管道(2)的管径D；
所述窨井(1)的数量为若干个，每个窨井(1)底部均相通有连接管道(2)，若干连接管道(2)均与主管道(3)接通；所述主管道(3)和排水逃生管道(4)的管径大小一致，主管道(3)与连接管道(2)接通，主管道(3)设置于自窨井(1)底部向下深入10cm处，由于主管道(3)不承担输水作用，故主管道(3)的管径只需要和连接管道(2)的管径相同；排水逃生管道(4)起始端与主管道(3)末端相通，排水逃生管道(4)末端延伸至田间排水沟；排水逃生管道(4)的末端设置堵头(5)，当硬质化渠道输水时用堵头(5)将排水逃生管道(4)堵住，硬质化渠道停止输水时将堵头(5)拿掉，方便排水；
所述窨井(1)整体结构采用砖砌结构，水泥砂浆抹面。
2.根据权利要求1所述的一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，其特征是：当硬质化渠道为U型渠道时，硬质化渠道的设计流量Q按照公式(一)计算；
Figure FDA0003740918730000013
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；ω为U型渠道过水断面面积，单位为㎡；n为渠道糙率，取0.015；R为渠道水力半径，单位为m；i为渠道比降，取值范围为1/1200～1/1500；
过水断面面积ω按照公式(二)、公式(三)和公式(四)计算：
Figure FDA0003740918730000021
Figure FDA0003740918730000022
Figure FDA0003740918730000023
式中：ω为过水断面面积，单位为㎡；b为弧形低的弦长，单位为m；r为U型渠道渠底圆弧半径，单位为m；H为U型渠道断面水深，单位为m；θ为U型渠道渠底圆弧的圆心角，单位为rad；m为U型渠道上部直线段的边坡系数；Kr为U型渠道过水断面系数；
当硬质化渠道为梯形渠道时，硬质化渠道的设计流量Q按照明渠均匀流计算，具体计算公式如下：
Figure FDA0003740918730000024
Figure FDA0003740918730000025
Figure FDA0003740918730000026
式中：Q为渠道设计流量，单位为m3/s；A为梯形渠道过水断面面积，单位为m2；R为水力半径；C为谢才系数；i为渠道比降，取值范围为1/1200～1/1500；B为梯形渠道底部宽度；m为梯形渠道的边坡系数；h为梯形渠道的设计水深，单位为m；n为渠道糙率，取0.015。
3.根据权利要求1所述的一种基于硬质化渠道的井式管道逃生系统，其特征是：所述窨井(1)的顶部四周边缘与硬质化渠道渠底混凝土平齐，窨井(1)的深度为20cm。
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