CN112912568A - 用于控制与水道水位上升相关联的洪水的设备 - Google Patents

用于控制与水道水位上升相关联的洪水的设备 Download PDF

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CN112912568A CN201980052427.7A CN201980052427A CN112912568A CN 112912568 A CN112912568 A CN 112912568A CN 201980052427 A CN201980052427 A CN 201980052427A CN 112912568 A CN112912568 A CN 112912568A
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Abstract

本发明涉及一种用于控制与水道水位上升相关联的洪水的设备(1)，所述设备包括：移动式水坝(17)；加速站(11)，所述加速站(11)被布置成当所述水坝处于有效配置时，将水从所述移动式水坝(17)的上游区穿过所述移动式水坝或在所述移动式水坝下方泵送到下游区，以增加水坝上游的水流的梯度并增加流速。

Description

用于控制与水道水位上升相关联的洪水的设备
技术领域
本发明涉及用于抗击与水道涨水相关联的洪水的方法和设备。
背景技术
水道水位上升、特别是在春季和秋季或长时间降雨后的水道水位上升可导致涨水和洪水，造成严重的财产损失。
为了防止水道在涨水中运转，已知的做法是采用例如以下方法：
-在水道周围修建堤防；然而，在大雨和持续降雨的情况下，该解决方案可被证明是无效的；此外，一旦涨水引起的水位高于堤防的顶部，该解决方案则是无效的；存在这些建筑物决堤的风险，并可能造成比涨水更大的破坏；
-通过清淤和加宽来改善水道的排水；该解决方案可能仅在长距离上有效，而且，在城市地区可能无法实现加宽；
-通过将水存储在蓄水池中来降低水道的流速；该解决方案的可行性取决于这些蓄水池的存储能力；因此，在季末有大雨的情况下，这些蓄水池可能已经满了；因此，有必要建造大型蓄水池，这需要创建大量且昂贵的设备。
申请FR 2560244A1描述了一种能够限制水道涨水的方法和设备。该方法包括在涨水的情况下将水道的部分流量泵入旁路，该旁路在正常情况下是干的，并且可以用于其他目的(例如公路或铁路隧道)。这种方法需要创建昂贵的基础设施。
申请EP 2888413A1描述了一种用于抗击由海啸引起的洪水的方法，在该方法中，水被泵送以存储在蓄水池中。
发明内容
由于仍然存在进一步改进抗洪系统的需求，为此提供这种设备：与由涨水造成的损失的价值相比，该设备的费用是可接受的，并且该设备可以容易地安装在通航水道上而不永久地妨碍通航，而且对环境的影响有限。
本发明使用一种用于抗击与水道涨水相关联的洪水的设备来实现该目的，该设备包括：
-移动式水坝，
-加速站，其优选地布置在所述移动式水坝下方，被设计成当该水坝处于有效配置时，将水从所述移动式水坝的上游穿过所述移动式水坝或在所述移动式水坝下方泵送到下游，以增加水坝上游的水流的梯度并增加流速。
水道的流速对应于给定横截面S的水的平均速度V除以横截面的面积。作为第一种方法，平均速度V通过以下关系与流量梯度i相关：
Figure BDA0002936065460000021
其中，K是常数，并且R对应于横截面与该横截面的周长之比。
可以看出，可以通过加速水流的速度V来增加水流梯度i。该加速是使用根据本发明的设备获得的。这使得可以降低移动式水坝上游的水位线，从而最小化上游涨水的影响。
根据本发明的设备的水坝的移动性使得可以抗击洪水，从而在不需要抗击涨水时不过度地影响水道的流动；特别是，该水道可仍然是通航的；本发明还使得可以最小化对鱼类养殖和沉积物的影响。
加速站可包括至少一个泵装置、特别是灯泡形的泵装置。在涨水的情况下，该泵装置可以以泵送模式运行，从而将水从水坝的上游泵送到下游。该泵装置可具有大于5MW、特别是5MW至15MW、例如约10MW的功率，大于200m3/s、特别是200m3/s至400m3/s、例如约260m3/s的平均流速，以及大于3m、特别是3m至8m、例如约5m的直径。
加速站可包括在进水之前在加速站的入口处的至少一个拦污栅。拦污栅能够保护该设备免受不需要的大漂浮物和/或大体积颗粒(这些可以不利地影响泵送的效率)的影响。拦污栅优选地筛出尺寸大于50mm的颗粒。
加速站可嵌入在水道的河床中。因此，因为没有挖掘堤岸来容纳该设备，所以加速站几乎不干扰水流，并且对环境的影响是有限的。
加速站可安置在锚固在水道的河床中的基座上，并且移动式水坝可由加速站的基座和/或由该加速站或以其他方式来支承。因此，基座可以用于支承加速站和移动式水坝两者。举例来说，基座可包括安置在桩上的普通筏式基座、特别是由混凝土制成的基座。
加速站可具有无装配的水道的能力的至少105％的泵送能力。
加速站可具有至少200m3/s或更好的泵送能力，至少250m3/s的泵送能力。
加速站的进水口可距上游水位至少0.5m，例如距上游水位小于3m。尽管由于泵送导致水位下降，但该进水口允许水具有使得加速站保持淹没的深度。
该设备可有利地包括用于检测移动式水坝上游的水道水位的装置，并且泵送功率可至少根据检测到的水位实时地调节。
移动式水坝可永久地存在于现场，并采用缩回配置或形成水坝的有效配置。在缩回配置中，水坝能够不阻碍水道通航。
移动式水坝可包括以下元件中的至少一者：
-翻板闸门，该翻板闸门被降低以使水通过，
-闸板，各种矩形板，其通过一侧附接到加速站，可以通过机械系统(例如机架)升高和楔入就位，或
-任何其他合适的装置。
移动式水坝可以是可运输的，从而使得在需要使用加速站时可以安装该移动式水坝，并在之后移除。在这种情况下，移动式水坝包括例如至少一根可充气管。
根据本发明的设备可包括淹没或嵌入在水道的河床中的结构(例如基座)，当不使用加速站时，这些结构不形成对通航的障碍，并且当需要使用加速站时，这些结构能够将加速站的一个或多个淹没的泵装置保持就位。在这种情况下，加速站可设计成是通过河流可运输的。
该设备可包括至少一个闸墙，该闸墙被配置为允许移动式水坝和/或加速站锚固到其上。一个或多个闸墙可由混凝土制成或以任何其他形式制成，例如可包括金属板桩。
一个或多个闸墙可固定在筏上，或可以是独立的。
本发明的另一个主题是一种用于抗击与水道涨水相关联的洪水的风险的方法、特别是通过使用如上文所定义的根据本发明的设备来抗击所述风险，其中，移动式水坝跨过水道安装，并且使用加速站以足够高的流速泵送水以降低移动式水坝上游的水位。
可穿过移动式水坝或在移动式水坝下方进行泵送，这意味着当俯视时，被泵送的水在移动式水坝下方通过和/或穿过为此目的而设置在其中的至少一个开口。
加速站可永久地存在于现场，特别是被完全淹没和/或嵌入在水道的河床中。水泵站优选是完全淹没的。
替选地，加速站可在待使用的时候被输送到现场，并且可包括一个或多个泵，这些泵被淹没并通过现场已经存在的基座和/或通过至少一个闸墙被保持就位。这使得安装维护更加容易，并且在不需要使用该设备时可以不妨碍水道的通航。
移动式水坝可以几乎不阻碍水流的配置永久存在于现场，尤其是在闲置时被完全淹没。因此，当处于闲置状态时，它对水道的横截面不引起任何明显的减小。当不使用时，移动式水坝可特别地淹没在至少0.5m的深度，例如至少3m的深度，以免阻碍表面处的河道交通。
替选地，移动式水坝可在要使用时、例如与加速站同时被输送到现场，该运输例如通过河流进行。
因此，移动式水坝可被锚固到至少一个预先存在的闸墙或一些其他预先存在的锚固结构。也可将移动式水坝负重和/或锚固在水道的底部。与泵送前的初始水位相比，通过加速站的泵送可使水位线降低至少0.5m、更好的是至少1m、还更好的是至少3m。选择的值可取决于流速、水道的地形以及所安装的泵送能力。水位线降低可以大于3m。
有利的是检测移动式水坝上游的水道水位并且至少根据检测到的水位实时地调节泵送功率。
附图说明
通过阅读以下对本发明的一些非限制的示例性实施方式的详细描述并通过研究附图，可以更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的用于抗洪的设备的纵向截面示意图，
-图2是根据本发明的泵装置的示例，
-图3是用于抗洪的设备的变型的俯视图，并且
-图4A、图4B和图4C示出从上方看到的图3的设备的安装。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于抗洪的设备1的示例，水道E装备有设备1。
该设备1包括加速站11，该加速站11被埋在水道的河床中并且例如安置在混凝土基座13上。因此，加速站在其投入使用的阶段以外很少对水流引起干扰或没有干扰。设备1还包括移动式水坝17。加速站11所淹没的深度p优选地选择为使得在没有移动式水坝17时或在移动式水坝17闲置且设备1未使用时使水道保持通航。例如，淹没深度p在水道的自由表面以下至少3m。
可以以各种方式、例如如图所示，使用基座13将加速站11保持就位。
加速站11包括至少一个泵装置，在设备运行时，该泵装置允许将水坝17上游的水泵送到下游，以将上游水位降低高度ΔH。
加速站11可包括适合于期望的流速的任何泵装置。
如图2所示，这种泵装置包括安装在灯泡形防水壳体23内的螺旋桨式涡轮机19和电动机21。
拦污栅18可位于进水口的前面，以防止该设备不需要地吸入大漂浮物和/或大体积颗粒，该不需要的吸入可以降低泵送操作或涡轮机工作的效率。
移动式水坝17可以是现场永久存在的，并且被设计成采用不过度地阻碍水道通航或水流动的闲置配置，或者可被设计成采用形成对抗水流的水坝的有效配置，如图1所示。
移动式水坝17可包括至少一个水坝元件，其可以在两个位置之间移动，一个是缩回的位置，另一个是展开的位置。在缩回配置中，移动式水坝完全淹没在足够的深度，以便不妨碍水道通航，并且优选地不过度地阻碍水流。
移动式水坝例如是“翻板闸门水坝”类型的，其包括被称为“翻板闸门”的遮板，该遮板在其底部枢转并且可以被升高以用作水流的障碍。
图1示意性地示出水坝17，因为本发明不限于一种特定类型的移动式水坝。移动式水坝17的宽度可以为100m至400m或更大，例如约130m。
在确定涨水或可能涨水的情况下，将水坝17置于有效位置，并用作水循环的障碍。启动加速站11，以便以比在安装水坝和启动泵送设施之前水道的流速更高的流速从上游向下游泵送水。出于此目的，加速站11可特别地具有无装配的水道的能力的至少105％的泵送能力。这导致上游水道的水位下降ΔH，使得可以增加梯度并加速上游水道，从而降低涨水的风险或限制其影响。
举例来说，给定简化的水道配置，如果上游的水流梯度为i，水流的横截面为S，假设乘积S3i变化只有很小，则将梯度i加倍可以将S3减少一半，横截面S减小20％，水位至少降低1m，从而可以避免洪水或将其影响最小化。
在适当的情况下，加速站11的操作取决于在水坝17处测得的水位的下降ΔH。可以自动输入设定点数值ΔH0或任何其他相关参数，也可以由操作员输入，并且可以调节泵送功率，以将水位下降保持在该设定点数值。
可以使用自动控制器在现场执行该操作，或者远程执行该操作，可以通过任何方式(有线或非有线)从控制站传输设备1的控制数据。
水位的下降ΔH0选择为例如0.5m至3m。
一旦已经消除了涨水的风险，则将移动式水坝17停用，并且在其包括翻板闸门时，将这些翻板闸门缩回。将加速站11关闭。
在图1的示例中，加速站11是现场永久存在的，其至少部分地、并且还更好地完全淹没并嵌入在水道的河床中。作为变型，在涨水的风险的情况下，将加速站11输送到现场并在那里淹没。这意味着在没有加速站11的情况下，无需将加速站11淹没，水流不被干扰。
在这种情况下，可以将加速站11锚固到预先存在的基座上，例如在水道的底部的基座上。作为替选或另外地，将加速站11锚固到至少一个闸墙上，如图3所示。
该图描绘了在水道的堤岸上建成的两个闸墙20。如图4A所示，这些闸墙20不过度地阻碍水道的通航。这些闸墙例如使用常规的土木工程技术由混凝土制成，或者替选地，使用金属结构或由其他材料制成的结构制成。
闸墙20可以是单独的或通过筏连接。
在涨水的风险的情况下，将加速站11通过河流输送就位并暂时下沉在期望的位置，如图4B所示。闸墙20和筏用于锚固加速站11以便将其保持就位。
如图4C所示，将移动式水坝17通过河流输送到两个闸墙20之间就位，并且优选地定位在加速站11上方，该加速站例如锚固在闸墙20上。
该设备的操作则类似于上文所描述的。
一旦消除了涨水的风险，就可以通过河流移除水坝和加速站，并将其存储以备后用。
当然，本发明不限于刚刚描述的示例。特别地，根据本发明的设备可以与用于抗洪的其他技术(特别是加深河床和/或将水存储在蓄水池中)结合使用。
移动式水坝可尤其以一些其他方式制成；例如，它可包括由膜保持就位的充气管。
在适当的情况下，移动式水坝和加速站构成一件式组件，该组件被输送到现场(例如通过河流拖曳)，然后淹没在期望的位置。

Claims (21)

1.一种用于抗击与水道涨水相关联的洪水的设备(1)，包括：
-移动式水坝(17)，
-加速站(11)，所述加速站(11)被设计成当所述移动式水坝处于有效配置时，将水从所述移动式水坝(17)的上游穿过所述移动式水坝或在所述移动式水坝下方泵送到下游，以增加所述移动式水坝上游的水流的梯度并增加流速。
2.如权利要求1所述的设备，所述加速站(11)包括至少一个泵装置。
3.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述加速站(11)包括在所述加速站(11)的进口处的至少一个拦污栅(18)。
4.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述加速站(11)被嵌入在所述水道的河床中和/或位于所述移动式水坝的下方。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述加速站安置在被锚固于所述水道的河床中的基座(13)上，并且所述移动式水坝(17)由所述加速站(11)的基座支承。
6.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述加速站(11)具有无装配的水道的能力的至少105％的泵送能力。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述加速站(11)的进水口距离上游水位至少0.5m。
8.如前述权利要求中任一项所述的设备，包括用于检测所述移动式水坝(17)上游的水道水位的装置，并且泵送功率至少根据检测到的水位被实时地调节。
9.如前述权利要求中任一项所述的设备，所述移动式水坝(17)永久存在于现场，并且能够采用缩回配置和形成水坝的有效配置。
10.如权利要求9所述的设备，所述移动式水坝(17)具有翻板闸门。
11.如权利要求1至10中任一项所述的设备，所述移动式水坝(17)是可运输的，使得其能够在需要使用所述加速站时被安装。
12.如权利要求11所述的设备，包括淹没的基座，所述基座在所述加速站(11)不使用时不对通航形成障碍，并且能够在需要使用所述加速站(11)时将一个或多个淹没的泵保持就位。
13.如前述权利要求中任一项所述的设备，包括至少一个闸墙(20)，所述闸墙(20)被配置为允许所述移动式水坝(17)和/或所述加速站(11)被锚固到所述闸墙上。
14.一种用于抗击与水道涨水相关联的洪水的风险的方法，特别是通过使用如前述权利要求中任一项所述的设备来抗击所述风险，其中，移动式水坝(17)跨过所述水道(E)安装，并且水以足够高的流速穿过所述移动式水坝(17)或在所述移动式水坝(17)下方被泵送，以降低所述移动式水坝上游的水位。
15.如权利要求14所述的方法，使用永久存在于现场的加速站(11)泵送水，所述加速站特别是完全淹没和/或嵌入在所述水道的河床中。
16.如权利要求14和15中任一项所述的方法，所述移动式水坝(17)永久地存在于现场，特别是在闲置时被完全淹没。
17.如权利要求16所述的方法，所述移动式水坝(17)在不使用时被淹没在至少0.5m的深度。
18.如权利要求14所述的方法，使用加速站(11)泵送水，所述加速站(11)在使用时被输送到现场，所述加速站(11)包括一个或多个泵，所述一个或多个泵被淹没并通过已经存在于现场的基座被保持就位。
19.如权利要求14和18中任一项所述的方法，在使用所述移动式水坝(17)时将所述移动式水坝(17)输送到现场。
20.如权利要求19所述的方法，将所述移动式水坝(17)锚固到预先存在的闸墙(20)。
21.如权利要求14至20中任一项所述的方法，其中，检测所述移动式水坝(17)上游的水道的水位，并且至少根据检测到的水位实时地调节泵送功率。
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