CN112144470B - 可移动式透水桩柱丁坝及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可移动式透水桩柱丁坝及其运行方法，该桩柱丁坝包括固定轨道、多个移动轨道、安置在固定轨道和多个移动轨道上的多个可移动式透水桩柱、布置在各可移动式透水桩柱外侧壁上各监测点处的多个压力传感器和流速仪、以及控制平台；控制平台根据来自各压力传感器和各流速仪的监测数据进行分析计算，调整各移动轨道和各移动式透水桩柱的位置，以使各监测点处的水流流速和丁坝压力均小于相应的流速阈值和压力阈值，且使丁坝透水率在设定范围内。本发明适用于各种河流情况，根据水流流速及坝体承受压力的变化，自适应调整丁坝的透水率及丁坝坝体的形态，有效提高丁坝稳定性及生态友好的应用效果。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种可移动式透水桩柱丁坝及运行方法。
背景技术
丁坝是一种广泛使用在河道整治和维护的水工建筑物，其一端与堤岸相接，另一端深入河道中，呈现“T”字型。由于天然河道常存在枯水期水深不足、水流流态险恶、滩险群集等碍航现象以及沿海海岸常受到侵蚀现象，因此采用丁坝这种水工建筑物减轻河岸受来流因直接冲蚀而产生掏刷破坏，束水攻沙，改善航道，维护河相以及在保护水生态多样化方面发挥着重要作用。
随着时代的发展及对丁坝周围流场等研究的深入，丁坝逐渐也可分为透水型丁坝与传统丁坝。传统丁坝主要是固定、连续、不透水的重力丁坝，坝体周围水流结构复杂，坝体多为单一纵坡形式，与河岸的适应性较差，一旦建成就不可轻易拆除。在水流的长期冲刷下，易使坝头冲损、基础掏空，造成坝体局部失稳，日常对丁坝的维护工作量大，经济效益与工程效果均降低。
透水丁坝较传统丁坝减小了水流对坝体冲刷的侵蚀，因考虑生态因素在一定程度上降低了对水生生物与自然岸坡之间的隔断，具有更好的生态保护功能。但面对河流年内环境变化较大等情况时，因丁坝长度恒定及丁坝透水率处于固定范围，丁坝运行不具有普适性，仍缺乏较好的自适应调节能力，不利于丁坝的长期使用。此外，在实际工程中，为有效提高河道整治使用效果，会将单丁坝改用丁坝群的方式，但丁坝群中丁坝之间的回流区域固定，其调节能力与单丁坝同样有限。
已有的专利技术中如CN106677121B防护海岸侵蚀的活动式透水丁坝结构，运用若干排间隔排列的镂空沉井形式组成的丁坝，既有良好的海岸防侵蚀效果，也可减少工程量，但仍不具备及时对海岸流量的变化做出自适应的快速调节反应机制；CN109853465A一种根据水位自动调节高度的自升降式丁坝，虽然可根据水位的变化，实现丁坝高度的自动调节，加强了对丁坝基础的防护，但是长久使用，丁坝仍避免不了冲刷侵蚀而造成的基础掏空，坝体失稳等问题。
发明内容
发明目的：为克服现有技术中的不足，本发明的一个目的是提供一种可移动式透水桩柱丁坝，用于复杂的河道环境中，能够根据控制改变形态和透水率，以增强坝体的稳固布置。
本发明的另一目的在于提供一种可移动式透水桩柱丁坝的运行方法，以根据河道流速的改变以及丁坝承压大小变化等，控制可移动式透水桩柱丁坝形成适应周围环境变化的形态和透水率，使之减少河岸边坡因来流直接冲蚀而产生掏刷破坏，提高可移动式透水桩柱丁坝自身的保护效果及稳定性，更好地满足河流的通航、防洪与生态保护要求。
技术方案：为了实现上述目的，本发明一方面提供一种可移动式透水桩柱丁坝。所述可移动式透水桩柱丁坝包括：固定轨道和多个移动轨道，每个移动轨道的一端与所述固定轨道的背水面一侧滑动连接，且能够沿所述固定轨道的延伸方向相对移动；安置在所述固定轨道和所述多个移动轨道上的多个可移动式透水桩柱；布置在各可移动式透水桩柱外侧壁上各监测点处的压力传感器和流速仪，分别用于监测各监测点所受水压的变化与周围水流流速的变化；及与所述多个移动轨道、所述多个可移动式透水桩柱、各压力传感器和各流速仪通信连接的控制平台，用于根据来自各压力传感器和各流速仪的监测数据进行分析计算，调整各移动轨道和各可移动式透水桩柱的位置，以使各监测点处的水流流速和丁坝压力均小于相应的流速阈值和压力阈值，且使丁坝透水率在设定范围内。
优选地，各可移动式透水桩柱包括空心圆柱体；所述空心圆柱体的迎水面由上至下设置有孔径依次增大的多个迎水面透水孔，背水面由上至下设置有孔径依次减小的多个背水面透水孔，各迎水面透水孔和背水面透水孔均贯穿至所述空心圆柱体的中空处，且迎水面透水孔和背水面透水孔沿垂直方向呈现完全交错形式。
优选地，所述固定轨道和所述多个移动轨道上表面均设有桩柱滑槽，每一桩柱滑槽两侧设有齿状卡槽；各可移动式透水桩柱底部设有两列或更多列桩柱滚轮组；每列桩柱滚轮组与一条桩柱滑槽对应；每列桩柱滚轮组包括一或多个桩柱滚轮单元，每一桩柱滚轮单元包括连接件、桩柱滚轮和电磁组；所述连接件顶部嵌入所述可移动式透水桩柱内，中部为中空连接块，底部两端向下延伸并通过连接杆相连，所述连接杆穿过所述桩柱滚轮的中心；所述连接杆上还套设有桩柱固定夹；所述电磁组设置在所述连接件的所述中空连接块内；所述桩柱滚轮和所述电磁组分别与所述控制平台通信连接，以分别在所述控制平台的控制下进行滚动和对所述桩柱固定夹进行磁力吸附；当所述电磁组未对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述桩柱固定夹在重力作用下嵌入所在轨道的所述齿状卡槽内；当所述电磁组对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述桩柱固定夹离开所述齿状卡槽。
优选地，所述桩柱固定夹包括两块U形弯折铁片，每块U形弯折铁片的两端分别套设在所述连接杆上，且能绕所述连接杆转动；当所述电磁组未对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述两块U形弯折铁片受重力作用，分别以相反方向嵌入所在轨道的齿状卡槽内。
优选地，每块U形弯折铁片的两直线端的侧面呈扇形。
优选地，所述两块U形弯折铁片之间通过伸缩链网相连；所述伸缩链网由弹性耐磨材料制成；当所述电磁组对所述两块U形弯折铁片进行磁力吸附时，所述伸缩链网为收缩状态；当所述电磁组未对所述两块U形弯折铁片进行磁力吸附时，所述伸缩链网两端受拉后展开并覆盖在所述桩柱滚轮上。
优选地，所述固定轨道为不规则的曲线型轨道或由多段直线型子轨道拼接而成的折线型轨道。
优选地，所述固定轨道的下表面设有没入河床中的一或多个四面镂空锥体；所述四面镂空锥体的四边形底面嵌入所述固定轨道的下表面，锥体外框架采用金属丝构成，各镂空面也有多条金属丝横穿缠绕在棱边上；所述多个四面镂空锥体沿对应轨道边沿及长端中轴线呈三条直线排列，且相邻两条直线中的四面镂空锥体均穿插交错。
优选地，所述固定轨道的背水面一侧设有凹槽，所述凹槽内设有移动轨道滑槽；各移动轨道与固定轨道连接的一端设有移动滑块，远离所述固定轨道的一端底部设有移动轨道滚轮；所述移动滑块以镶嵌连接的方式连接在所述凹槽内的所述移动轨道滑槽上；所述移动轨道滚轮与所述控制平台通信连接，且能够在所述控制平台的控制下沿固设在河床上的配套凸型单轨滚动，从而带动所述移动滑块滑动，以调节对应移动轨道的位置。
本发明另一方面还提供上述可移动式透水桩柱丁坝的运行方法。所述方法包括如下步骤：
（S1）基于各年际或年内河流的数据结果进行统计分析，设定所述可移动式透水桩柱丁坝的透水率范围以及所述多个可移动式透水桩柱和多个移动轨道的初始位置布置；控制平台按照所述初始位置布置，对所述多个可移动式透水桩柱和多个移动轨道进行控制调整，形成初始状态的可移动式透水桩柱丁坝；
（S2）各流速仪实时监测所在丁坝监测点处水流的流速，包括纵向流速u x 、横向流速u y ；其中各流速仪的采样间隔时期记为∆t，监测周期记为T，采样周期T内的纵向流速平均值记为U x ，横向流速平均值记为U y ；各流速仪将U x 和U y 作为监测数据发送给所述控制平台；各压力传感器实时监测所在丁坝监测点处所受压力，包括静水压力P 1 ，动水压力P 2 ；其中各压力传感器的采样间隔时期也为∆t，监测周期也为T，采样周期T内静水压力与动水压力总和的平均值记为P；各压力传感器将P作为监测数据发送给所述控制平台；
（S3）控制平台基于来自各压力传感器和各流速仪的实时监测数据，基于下式计算可移动式透水丁坝的实时透水率：
其中，a为丁坝的透水率；K a 为修正误差的函数，须由模型试验和原型观测确定；
L i 为透水桩柱间距之和；U为各采样周期内各监测点的平均水流速度，由各流速仪采集的数据计算得到；P为各采样周期内丁坝静水压力与动水压力总和的平均值，由各压力传感器采集的数据计算得到；D 1 为丁坝总长；
为透水桩柱的透水率；
（S4）控制平台基于所述实时透水率、各流速仪的实时监测数据和各压力传感器的实时监测数据，对所述多个可移动式透水桩柱和多个移动轨道的位置布置进行调整，具体包括：判断当前监测周期内各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P是否均小于预定阈值；若均小于预定阈值且实时透水率在透水率范围内，则透水桩柱间距不改变，即丁坝的透水率满足丁坝的稳定性且对水流有良好响应机制；若当前监测周期内存在一或多个监测点处水流流速U或者丁坝压力P大于预定阈值的情况，不利于丁坝稳定性，则模拟逐渐增大对应监测点处移动式透水桩柱的间距，直至各监测点处的水流流速U和丁坝压力P均小于相应预定阈值且模拟计算出的透水率在所述透水率范围内，并根据最终模拟结果进行调整；若各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P均小于预定阈值，但丁坝透水率超过透水率范围，则控制平台通过调整各移动轨道及其上各移动式透水桩柱的位置以使丁坝整体更加密集从而减小透水率，包括减小各移动轨道之间的距离，将各移动轨道上的可移动式透水桩柱向固定轨道方向靠进，减小两种轨道上可移动式透水桩柱的间距，或增加丁坝内可移动式透水桩柱个数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）透水桩柱采用中空桩柱，迎水面及背水面均设置有孔径不一，前后交错排列的透水孔，水流从各桩柱的透水孔穿过，减少丁坝坝头绕流，影响了丁坝坝头及坝身附近的水流三维流场的分布规律，丁坝坝轴线处坝头的局部最大流速有效减小，减轻了丁坝坝头的水流冲刷及坝身基础掏空，利于坝体的稳固布置，也减轻丁坝的修建对河流生态环境的影响，一定程度上降低了水生生物与岸坡联系的隔断。（2）丁坝均由各可移动式透水桩柱组形成，桩柱底部滚轮具有桩柱固定夹的简单结构，即时移动及停稳，每组装置下表面均嵌入金属材质的四面镂空锥体，与装置底部没入河床，增大丁坝底部与河床的接触面，增强坝体的稳定性。（3）丁坝长度可以根据河流的实际情况，采用合理的可移动式透水桩柱组数，亦可将若干排的多个透水桩柱组形成可移动式透水桩柱丁坝群，前后交错布置各透水桩柱组位置，利用各丁坝之间的水流区域，进行混掺消能。（4）丁坝拆除后部件也可以进行循环利用，减少建筑材料的浪费，减少工程损耗。（5）通过运用压力传感器、水流流速监测等技术手段，得到河流变化的情况，反馈数据信号至河岸上的控制平台，由控制平台根据所述运行方法来实现透水桩柱的合理移动，充分运用可移动式透水丁坝的自适应调节能力，改变丁坝的透水率及坝体形态，对河流变化形成有效响应机制。
附图说明
图1为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例的俯视图结构示意图；
图2为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例的正视结构示意图；
图3为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例的侧视结构示意图；
图4为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例中透水桩柱不同侧面的结构示意图；
图5为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例中固定轨道与移动轨道整体侧视结构示意图；
图6为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例中固定轨道的结构示意图；
图7为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例中桩柱固定夹被吸附时的结构示意图；
图8为本发明可移动式透水桩柱丁坝的一个实施例中桩柱固定夹未被吸附时的结构示意图；
图9为本发明可移动式透水桩柱丁坝运用在丁坝群布置中的俯视图结构示意图；
图10为本发明可移动式透水桩柱丁坝的其他实施例中运用的多种固定轨道的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但是本发明的保护范围不局限于所列举的实施例。
如图1-6所示，本实施例提供了一种可移动式透水桩柱丁坝，包括水平安置的固定轨道2和多个移动轨道3、多个可移动式透水桩柱1、压力传感器11、流速仪12和控制平台4。其中，固定轨道沿垂直水流方向固定在河床上。每个移动轨道3的一端与所述固定轨道2的背水面一侧滑动连接，且能够沿所述固定轨道2的延伸方向相对移动。多个可移动式透水桩柱1安置在固定轨道2和所述多个移动轨道3上。压力传感器11和流速仪12布置在各可移动式透水桩柱1外侧壁上各监测点处，分别用于监测各监测点所受水压的变化与周围水流流速的变化。各移动轨道3、可移动式透水桩柱1、压力传感器11和流速仪12分别与控制平台4通信连接，控制平台4根据来自各压力传感器11和各流速仪12的监测数据进行分析计算，调整各移动轨道3和各可移动式透水桩柱1的位置，以使各监测点处的水流流速和丁坝压力均小于相应的流速阈值和压力阈值，且使丁坝透水率在设定范围内。此外，丁坝坝体从河岸岸坡处依次沿垂直水流方向至河道中心，控制平台4可以设置在河岸处。丁坝坝体所需的透水桩柱的个数和透水桩柱高度均可根据河流来流情况进行选择，若河流流量大，年均水深较高，汛期水流流速快或丁坝承受水压力较大时，可以增加丁坝固定轨道与移动轨道上的透水桩柱个数，或采用较大直径与高度的透水桩柱，增强丁坝的稳定性及挑流效果。
各可移动式透水桩柱1包括空心圆柱体，或者说为圆柱形混凝土材质桩柱，内部镂空。迎水面为圆弧形且其中心线上设置有3个透水孔，背水面亦为圆弧形，且同样在其中心线上设置有3个透水孔，迎水面的透水孔自上而下孔径依次增大，其背水面的透水孔自上而下孔径则逐渐减小，可设置为直径50cm、20cm、10cm等多孔径透水孔组合形式，透水桩柱两面的透水孔均贯穿透水桩柱至其中空处，且两面的透水孔在垂直方向上呈现完全交错形式。通过这种方式，水流从各桩柱的透水孔穿过，减少丁坝坝头绕流，影响了丁坝坝头及坝身附近的水流三维流场的分布规律，丁坝坝轴线处坝头的局部最大流速有效减小，减轻了丁坝坝头的水流冲刷及坝身基础掏空，利于坝体的稳固布置，也减轻丁坝的修建对河流生态环境的影响，一定程度上降低了水生生物与岸坡联系的隔断。
为了实现可移动式透水桩柱1沿固定轨道2和移动轨道3的移动，固定轨道2和各个移动轨道3上表面均设有桩柱滑槽21，该桩柱滑槽21以两条平行直线的方式分别布置在固定轨道2或移动轨道3上表面，桩柱滑槽21的两侧边设置有对称的齿形卡槽2101。各可移动式透水桩柱1底部设有两列桩柱滚轮组；每列桩柱滚轮组与一条桩柱滑槽21对应；每列桩柱滚轮组包括两个桩柱滚轮单元。每一桩柱滚轮单元包括连接件、桩柱滚轮61和电磁组6301。桩柱滚轮61上还设有桩柱固定夹。具体而言，连接件的顶部嵌入相应可移动式透水桩柱1的底部两侧，中部为用于放置驱动器和电磁组6301的中空连接块6203，底部两端处向下延伸后形成连接片6202，两连接片6202通过连接杆6201连接。该连接杆6201穿过桩柱滚轮61的中心，如图7和图8所示。桩柱滚轮61的1/3没入各固定轨道和移动轨道两侧的滑槽中，滚轮剩余的2/3部分则无滑槽约束。桩柱固定夹由弹性耐磨材料（例如，弹性耐磨的金属材料或塑料制品）制成的伸缩链网两端各连接一个U形弯折铁片6302组成，每块U形弯折铁片6302的两端分别套设在连接杆6201上，且能绕连接杆6201转动，每块U形弯折铁片6302的两直线端的侧面呈扇形，以与桩柱滚轮61的外圆周相匹配但却相隔一定距离。电磁组6301设置在连接件的中空连接块6203内且与控制平台5通信连接。根据控制平台发出的指令控制电磁组的通电状态，从而控制桩柱固定夹的运行状态，使得透水桩柱移动时可以即时停止。具体而言，当需要控制指定的可移动式透水桩柱1正常移动时，电磁组6301内的电磁铁处于通电状态，两块U形弯折铁片6302之间的夹角成30度且稳定布置在桩柱滚轮61上方，伸缩链网收缩成直线状态，桩柱滚轮61在控制平台4的作用下顺利在轨道内移动；当需要控制指定的可移动式透水桩柱1停止移动时，驱动器停止驱动桩柱滚轮61，同时电磁组6301处于断电状态，两个U形弯折铁片6302在重力作用下以远离对方的旋转方向下落至桩柱滑槽21的齿状卡槽2101内，伸缩链网6303张开呈网状覆盖在桩柱滚轮61表面，增大桩柱滚轮61的摩擦阻力，减缓桩柱滚轮61移动速度，此时桩柱滚轮61受阻碍，可移动式透水桩柱1在对应轨道上停止移动，如图8所示。通过这种方式，桩柱滚轮61与桩柱固定夹连接安置在可移动式透水桩柱1底部，使得透水桩柱可以在固定轨道或者移动轨道上进行自由移动。优选地，电磁阻布置在两块U形弯折铁片6302上方的连接件的中空连接块6203内部，其结构结单，稳定效果好。此外，在其他实施例中，桩柱滑槽的条数可以大于两条，桩柱滚轮组的数目也可以相应增加，且每列桩柱滚轮组内桩柱滚轮单元的数目也可以进行调整和改变。
固定轨道2主体优选地可以采用钢筋混凝土浇筑而成，1/2没入河床，下表面设有没入河床中的多个四面镂空锥体22。各四面镂空锥体22且其锥尖向下，四边形底面嵌入固定轨道2的下表面，与其内的钢筋混凝土相连，采用金属丝构成锥体外框架，各镂空面也有多条金属丝横穿缠绕在棱边上。上述多个四面镂空锥体22 沿轨道边沿及长端中轴线呈现三条直线排列，且相邻两条直线中的四面镂空锥体均穿插交错，增大与河床接触面积，以利于丁坝坝体稳定。
固定轨道2的背水面1/2高度处向内部水平切入，形成一个垂直边设有移动轨道滑槽2202的凹槽2201。各移动轨道3与固定轨道2连接的一端设有移动滑块33，远离所述固定轨道的一端底部设有移动轨道滚轮31；所述移动滑块33以镶嵌连接的方式连接在所述凹槽2201内的所述移动轨道滑槽2202上，移动滑块33能够在凹槽2201内的移动轨道滑槽2202中移动。移动轨道滚轮31与所述控制平台4通信连接，且能够在所述控制平台的控制下沿固设在河床上的配套凸型单轨32滚动，从而带动所述移动滑块33沿着垂直水流方向顺利滑动，以调节对应移动轨道3的位置。该凸型单轨32与固定轨道平行，用于移动轨道的移动，随水流所带的沉积物亦不会阻碍移动轨道滚轮31的滚动。
在本实施例中，固定轨道2为一体成型的直线型轨道。需要说明的是，在其他实施例中，固定轨道2还可以为不规则的折线形轨道、曲线型轨道或由多段直线型子轨道拼接而成的直线型轨道、折线型轨道或曲线型轨道，如图10所示。
本实施例中，控制平台4布置在河岸边，且包括信号传递装置、控制系统及部分机电设备，信号传递装置接收压力传感器、测速仪的数据信号，再传递给控制系统，由控制系统将接收的河流变化及丁坝局部承压情况的数据进行分析、处理，做出合适透水桩柱丁坝调整方案，再由控制平台发出指令给机电设备，从而使得可移动式透水桩柱进行移动做出合适调整措施，改变丁坝坝体的透水率及丁坝形态，应对河流及丁坝的情况变化。其他实施例中，控制平台4还可以设置在其他位置，且其包含的部分机电设备也可以经防水处理后安装在丁坝上合适的位置处例如，移动轨道滚轮31或桩柱桩柱滚轮61附近。
丁坝布置在河流中，水流分别以坝头绕流，穿过透水桩柱，过透水桩柱之间自由流区域进行分流，丁坝的透水桩柱可在各轨道上自由移动。
在河流枯水期时，在丁坝压力及水流数值均在相应设定阈值内时，相比于汛期而言所需的透水率范围要小，可以减小透水桩柱之间的距离L i ，减小丁坝透水率a，增大了阻水效果，壅高水位，利于维持河道的通航水深。当丁坝局部所受水压力逐渐大于阈值H为例，丁坝压力P增大时，局部透水桩基冲刷严重，不利于坝体自身的稳定。通过模拟优化计算知丁坝透水率a需增大。由控制平台4在控制系统模拟出在丁坝压力与水流流速均小于预定阈值的丁坝最优透水率的方案，通过信号传递装置增大局部固定轨道桩柱之间的间距，由此增大坝体的过流量，减缓丁坝局部承压，同时，部分移动轨道上的透水桩柱减小与固定轨道之间的间距，平行的移动轨道之间增大间距，由此增强丁坝整体的抗压强度，保证丁坝稳定性及有效的丁坝工作效果。
在河流汛期时，根据往年汛期前期的水文实测数据，预先推算出一个优化方案进行布置，可预先增多轨道上的透水桩柱个数。随着河流汛期的来临，河流流量增大，丁坝压力或水流流速超过相应设定的阈值时，控制平台接收到当前预警数据信号，模拟预测出最优的坝体调整方案，将丁坝坝体中间段的桩柱之间的间距L i 增大，移动轨道均移动至相邻各桩柱之间水平中心线处，呈穿插形式排列，移动轨道上的桩柱远离固定轨道移动，增大丁坝坝体过流的流量，缓解坝头冲刷，稳定丁坝坝体，使得丁坝坝体承受水压力与水流流速逐渐小于设定阈值。
由此，本发明还提供一种可移动式透水桩柱丁坝的运行方法，包括以下步骤：
（S1）基于各年际或年内河流的数据结果进行统计分析，设定所述可移动式透水桩柱丁坝的透水率范围以及所述多个可移动式透水桩柱1和多个移动轨道3的初始位置布置；控制平台4按照所述初始位置布置，对所述多个可移动式透水桩柱和多个移动轨道进行控制调整，形成初始状态的可移动式透水桩柱丁坝；
（S2）各流速仪12实时监测所在丁坝监测点处水流的流速，包括纵向流速u x 、横向流速u y ；其中各流速仪的采样间隔时期记为∆t，监测周期记为T，采样周期T内的纵向流速平均值记为U x ，横向流速平均值记为U y ；各流速仪12将U x 和U y 作为监测数据发送给所述控制平台；各压力传感器11实时监测所在丁坝监测点处所受压力，包括静水压力P 1 ，动水压力P 2 ；其中各压力传感器的采样间隔时期也为∆t，监测周期也为T，采样周期T内静水压力与动水压力总和的平均值记为P；各压力传感器11将P作为监测数据发送给所述控制平台4；
（S3）控制平台4基于来自各压力传感器11和各流速仪12的实时监测数据，基于下式计算可移动式透水丁坝的实时透水率：
其中，a为丁坝的透水率；K a 为修正误差的函数，须由模型试验和原型观测确定；
为透水桩柱间距之和；U为各采样周期内各监测点的平均水流速度，由各流速仪采集的数据计算得到；P为各采样周期内丁坝静水压力与动水压力总和的平均值，由各压力传感器采集的数据计算得到；D 1 为丁坝总长；
为透水桩柱的透水率；
（S4）控制平台4基于所述实时透水率、各流速仪12的实时监测数据和各压力传感器11的实时监测数据，对所述多个可移动式透水桩柱1和多个移动轨道3的位置布置进行调整，具体包括：
判断当前监测周期内各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P是否均小于预定阈值；
若均小于预定阈值且实时透水率在透水率范围内，则透水桩柱间距不改变，即丁坝的透水率满足丁坝的稳定性且对水流有良好响应机制；
若当前监测周期内存在一或多个监测点处水流流速U或者丁坝压力P大于预定阈值的情况，不利于丁坝稳定性，则模拟逐渐增大对应监测点处可移动式透水桩柱1的间距，直至各监测点处的水流流速U和丁坝压力P均小于相应预定阈值且模拟计算出的透水率在所述透水率范围内，并根据最终模拟结果进行调整；
若各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P均小于预定阈值，但丁坝透水率超过透水率范围，则控制平台4通过调整各移动轨道3及其上各可移动式透水桩柱1的位置以使丁坝整体更加密集从而减小透水率，包括减小各移动轨道3之间的距离，将各移动轨道3上的可移动式透水桩柱1向固定轨道2方向靠进，减小两种轨道上可移动式透水桩柱1的间距，或增加丁坝内可移动式透水桩柱1个数。
上述实施例中的可移动式透水丁坝也可以运用到丁坝群的组建中，可分别调整丁坝群内各透水丁坝的透水率与丁坝的形态，使得丁坝群可以增强阻水效果，逐级分解水流对丁坝坝体的冲击力，减缓水流流速，保证丁坝挑流效果良好且丁坝群稳定性好。
如图9所示，一种可移动式透水丁坝群先由本实施例可移动式透水丁坝逐级等长、等距间隔排列安装完成。首坝移动调节方式与本实施例相同，后续丁坝所受水流流速与丁坝压力数值，均由水流通过前一级丁坝后产生的，再将所测得数据值反馈给控制系统进行分析，处理，各级可移动式透水丁坝运行方法亦与本实施例相同，以此类推直至丁坝群内各级丁坝都可根据水流过前一级丁坝产生的影响，做出数据值小于设定阈值的坝体透水桩柱调整方案，使得丁坝群在河道中实用效果良好。
上述实例并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通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，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，包括：
固定轨道（2）和多个移动轨道（3），每个移动轨道（3）的一端与所述固定轨道（2）的背水面一侧滑动连接，且能够沿所述固定轨道（2）的延伸方向相对移动；
安置在所述固定轨道（2）和所述多个移动轨道（3）上的多个可移动式透水桩柱（1）；
布置在各可移动式透水桩柱（1）外侧壁上各监测点处的压力传感器（11）和流速仪（12），分别用于监测各监测点所受水压的变化与周围水流流速的变化；
与所述多个移动轨道（3）、所述多个可移动式透水桩柱（1）、各压力传感器（11）和各流速仪（12）通信连接的控制平台（4），用于根据来自各压力传感器（11）和各流速仪（12）的监测数据进行分析计算，调整各移动轨道（3）和各可移动式透水桩柱（1）的位置，以使各监测点处的水流流速和丁坝压力均小于相应的流速阈值和压力阈值，且使丁坝透水率在设定范围内。
2.根据权利要求1所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，各可移动式透水桩柱（1）包括空心圆柱体；所述空心圆柱体的迎水面由上至下设置有孔径依次增大的多个迎水面透水孔（14），背水面由上至下设置有孔径依次减小的多个背水面透水孔（15），各迎水面透水孔（14）和背水面透水孔（15）均贯穿至所述空心圆柱体的中空处，且迎水面透水孔（14）和背水面透水孔（15）沿垂直方向呈现完全交错形式。
3.根据权利要求1或2所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述固定轨道（2）和所述多个移动轨道（3）上表面均设有平行铺设的两条或更多条桩柱滑槽（21），每一条桩柱滑槽（21）两侧均设有齿状卡槽（2101）；
各可移动式透水桩柱（1）底部设有两列或更多列桩柱滚轮组；每列桩柱滚轮组与一条桩柱滑槽（21）对应；每列桩柱滚轮组包括一或多个桩柱滚轮单元，每一桩柱滚轮单元包括连接件、桩柱滚轮（61）和电磁组（6301）；所述连接件顶部嵌入所述可移动式透水桩柱（1）内，中部为中空连接块（6203），底部两端向下延伸形成连接片（6202），两连接片（6202）通过连接杆（6201）相连，所述连接杆（6201）穿过所述桩柱滚轮（61）的中心；所述连接杆（6201）上还套设有桩柱固定夹；所述电磁组（6301）设置在所述连接件的所述中空连接块（6203）内；所述桩柱滚轮（61）和所述电磁组（6301）分别与所述控制平台（4）通信连接，以分别在所述控制平台（4）的控制下进行滚动和对所述桩柱固定夹进行磁力吸附；
当所述电磁组（6301）未对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述桩柱固定夹在重力作用下嵌入所在轨道的所述齿状卡槽（2101）内；当所述电磁组（6301）对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述桩柱固定夹离开所述齿状卡槽（2101）。
4.根据权利要求3所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述桩柱固定夹包括两块U形弯折铁片（6302），每块U形弯折铁片（6302）的两端分别套设在所述连接杆（6201）上，且能绕所述连接杆（6201）转动；当所述电磁组（6301）未对所述桩柱固定夹进行磁力吸附时，所述两块U形弯折铁片（6302）受重力作用，分别以相反方向嵌入所在轨道的齿状卡槽（2101）内。
5.根据权利要求4所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，每块U形弯折铁片（6302）的两直线端的侧面呈扇形。
6.根据权利要求4所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述两块U形弯折铁片（6302）之间通过伸缩链网相连；所述伸缩链网（6303）由弹性耐磨材料制成；当所述电磁组（6301）对所述两块U形弯折铁片（6302）进行磁力吸附时，所述伸缩链网（6303）为收缩状态；当所述电磁组（6301）未对所述两块U形弯折铁片（6302）进行磁力吸附时，所述伸缩链网（6303）两端受拉后展开并覆盖在所述桩柱滚轮（61）上。
7.根据权利要求1所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述固定轨道（2）为不规则的曲线型轨道或由多段直线型子轨道拼接而成的折线型轨道。
8.根据权利要求1所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述固定轨道（2）的下表面设有没入河床中的一或多个四面镂空锥体（22）；所述四面镂空锥体（22）的四边形底面嵌入所述固定轨道（2）的下表面，锥体外框架采用金属丝构成，各镂空面也有多条金属丝横穿缠绕在棱边上；所述多个四面镂空锥体（22）沿对应轨道边沿及长端中轴线呈三条直线排列，且相邻两条直线中的四面镂空锥体均穿插交错。
9.根据权利要求1所述的可移动式透水桩柱丁坝，其特征在于，所述固定轨道（2）的背水面一侧设有凹槽（2201），所述凹槽（2201）内设有移动轨道滑槽（2202）；各移动轨道（3）与固定轨道（2）连接的一端设有移动滑块（33），远离所述固定轨道的一端底部设有移动轨道滚轮（31）；所述移动滑块（33）以镶嵌连接的方式连接在所述凹槽（2201）内的所述移动轨道滑槽（2202）上；所述移动轨道滚轮（31）与所述控制平台（4）通信连接，且能够在所述控制平台的控制下沿固设在河床上的配套凸型单轨（32）滚动，从而带动所述移动滑块（33）滑动，以调节对应移动轨道（3）的位置。
10.根据权利要求1-9中任一者所述的一种可移动式透水桩柱丁坝的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
（S1）基于各年际或年内河流的数据结果进行统计分析，设定所述可移动式透水桩柱丁坝的透水率范围以及所述多个可移动式透水桩柱（1）和多个移动轨道（3）的初始位置布置；控制平台（4）按照所述初始位置布置，对所述多个可移动式透水桩柱和多个移动轨道进行控制调整，形成初始状态的可移动式透水桩柱丁坝；
（S2）各流速仪（12）实时监测所在丁坝监测点处水流的流速，包括纵向流速u x 、横向流速u y ；其中各流速仪的采样间隔时期记为∆t，监测周期记为T，采样周期T内的纵向流速平均值记为U x ，横向流速平均值记为U y ；各流速仪（12）将U x 和U y 作为监测数据发送给所述控制平台；各压力传感器（11）实时监测所在丁坝监测点处所受压力，包括静水压力P 1 ，动水压力P 2 ；其中各压力传感器的采样间隔时期也为∆t，监测周期也为T，采样周期T内静水压力与动水压力总和的平均值记为P；各压力传感器（11）将P作为监测数据发送给所述控制平台（4）；
（S3）控制平台（4）基于来自各压力传感器（11）和各流速仪（12）的实时监测数据，基于下式计算可移动式透水丁坝的实时透水率：
其中，a为丁坝的透水率；K a 为修正误差的函数，须由模型试验和原型观测确定； 
L i 为透水桩柱间距之和；U为各采样周期内各监测点的平均水流速度，由各流速仪采集的数据计算得到；P为各采样周期内丁坝静水压力与动水压力总和的平均值，由各压力传感器采集的数据计算得到；D 1 为丁坝总长；
为透水桩柱的透水率；
（S4）控制平台（4）基于所述实时透水率、各流速仪（12）的实时监测数据和各压力传感器（11）的实时监测数据，对所述多个可移动式透水桩柱（1）和多个移动轨道（3）的位置布置进行调整，具体包括：
判断当前监测周期内各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P是否均小于预定阈值；
若均小于预定阈值且实时透水率在透水率范围内，则透水桩柱间距不改变，即丁坝的透水率满足丁坝的稳定性且对水流有良好响应机制；
若当前监测周期内存在一或多个监测点处水流流速U或者丁坝压力P大于预定阈值的情况，不利于丁坝稳定性，则模拟逐渐增大对应监测点处可移动式透水桩柱（1）的间距，直至各监测点处的水流流速U和丁坝压力P均小于相应预定阈值且模拟计算出的透水率在所述透水率范围内，并根据最终模拟结果进行调整；若各监测点处的水流流速U和丁坝所受压力P均小于预定阈值，但丁坝透水率超过透水率范围，则控制平台（4）通过调整各移动轨道（3）及其上各可移动式透水桩柱（1）的位置以使丁坝整体更加密集从而减小透水率，包括减小各移动轨道（3）之间的距离，将各移动轨道（3）上的可移动式透水桩柱（1）向固定轨道（2）方向靠进，减小两种轨道上可移动式透水桩柱（1）的间距，或增加丁坝内可移动式透水桩柱（1）个数。
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