CN115262471A - 一种小型河道整治装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小型河道整治装置及工作方法，包括主体和固定结构，所述固定结构设置于河岸，所述主体整体呈垂直于河床矩形框架结构，所述主体靠近河岸的侧边与固定结构可拆卸连接，另一侧边伸入河道且其底边固定于河床，所述主体中部包括垂直于河床布置且开度可调的百叶闸门，所述百叶闸门包括若干上下分布的过水孔，若干所述过水孔直径由下至上逐渐增大，所述矩形框架结构内包括控制百叶闸门开合的驱动机构，所述主体的另一侧边和底边分别包括第一导流结构和第二导流结构。本发明结构简单，操作便捷，可降低河道流速并约束水流，减轻对河道水环境和水生态的影响，同时可在河道流速处于一般状态时不影响正常流态。
Description
技术领域
本发明属于河道整治建筑物技术领域，具体涉及一种小型河道整治装置及工作方法。
背景技术
强降雨、上游放水是河流常面临的外部扰动因素，在此期间水流流速急剧增大，对河道底质形成强烈的冲刷和扰动，不仅会影响河道内水生植物的存活，而且会对泥水界面形成扰动，加速底泥营养盐的释放，进一步加剧水体的污染情况，对水生态系统造成一定程度的破坏。
在现有的河道整治工程中，丁坝是最常用的整治建筑物之一，可发挥缓流促淤、控导水流、保护边坡、冲刷航槽的功能。但是丁坝由于建成后结构固定，不能较好的适应河道在不同时期对流控制的不同需求，同时在坝头附近易出现局部冲刷，对自身稳定性存在影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，操作便捷，可降低河道流速并约束水流，减轻对河道水环境和水生态的影响，同时可在河道流速一般时不影响正常流态的小型河道整治装置及工作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种小型河道整治装置，包括主体和固定结构，所述固定结构设置于河岸，所述主体整体呈垂直于河床矩形框架结构，所述主体靠近河岸的侧边与固定结构可拆卸连接，另一侧边伸入河道且其底边固定于河床，所述主体中部包括垂直于河床布置且开度可调的百叶闸门，所述百叶闸门包括若干上下分布的过水孔，若干所述过水孔直径由下至上逐渐增大，所述矩形框架结构内包括控制百叶闸门开合的驱动机构，所述主体的另一侧边和底边分别包括第一导流结构和第二导流结构。
进一步地，所述第一导流结构为伸入河道的T字型导流柱，所述T字型导流柱的纵部与主体另一侧边一体成型，横部与水流方向平行，且所述纵部与横部的衔接处呈圆角。T字型导流柱与矩形框架结构一体成型，形成主体并通过底部固定于河床，用于引导河道水流回转，减少端头处水流对河道的冲刷。
进一步地，所述第二导流结构为设置于迎水面的弧形导流部，所述弧形导流部由矩形框架结构底边迎水面的顶部位置弧形凹陷形成，且所述弧形导流部与百叶闸门关闭状态下的迎水面形成平滑过渡。弧形导流部用于将水流挑离装置底部，避免水流对底泥形成扰动，同时可利用底部水流与上部紊流掺混消能。
进一步地，所述弧形导流部的下缘高于泥水界面。弧形导流部的下缘优选位于泥水界面以上，以防止被淤泥掩埋而失去导流作用。
进一步地，所述百叶闸门包括水平布置的若干个叶片，若干所述叶片通过驱动结构实现同步转动，若干所述叶片与水流方向垂直时相互衔接形成一片式结构。优选每个叶片完全相同，且均匀布置，其转动角度优选限制为90°，即可处于与水流方向垂直位和平行位，当其处于垂直位时，叶片及其上的过水孔起到降低河道流速并约束水流的作用，可减轻对河道水环境和水生态的影响，当其处于平行位时，不影响河道水流的正常流态，适用范围广，而若干个叶片处于平行位时占用空间小，处于垂直位时相邻叶片衔接呈一体。
进一步地，所述驱动结构包括蜗轮、转动轴、水平蜗杆和固定支架，每个所述叶片的顶部和底部中心处均连接用于与矩形框架结构的顶边和底边转动配合的转动轴，每根所述转动轴端部均连接有蜗轮，所述水平蜗杆沿垂直于转动轴方向布置于矩形框架结构对应位置且与每根转动轴上的蜗轮均啮合，所述固定支架支撑水平蜗杆并与矩形框架结构连接，所述第一导流结构内包括控制水平蜗杆旋转的驱动电机。通过驱动电机控制水平蜗杆的转动，从而带动与其啮合的蜗轮转动，蜗轮转动带动其连接的转动轴及转动轴所在的叶片随之一起转动，实现百叶闸门的开合控制，结构简单，方便实用，优选水平蜗杆通过固定支架可拆卸地固定于矩形框架结构的框体内，转动轴分别伸入矩形框架结构的上框体和下框体内，以保证叶片转动时的稳定性。
进一步地，所述矩形框架结构的框体内设有在水平蜗杆移动到位后锁定其位置的锁止机构。锁止机构包括但不限于电磁铁驱动的锁销与销孔结构，用于在水平蜗杆移动到位后锁定其位置，避免在装置工作过程中叶片出现晃动影响工作效果，结构简单，方便实用。
进一步地，还包括拦污网，所述矩形框架结构底边包括用于插入式安装拦污网的固定槽，所述拦污网通过螺栓和固定槽分别安装于矩形框架结构的上游侧和下游侧，所述拦污网顶部包括把手。优选上游侧和下游侧的拦污网安装后二者的间距大于等于叶片宽度，既保证不会影响叶片的转动，又可拦截河道漂浮物，避免河道漂浮物缠绕或者卡住百叶闸门，其上的把手方便拆装，以便对拦污网进行清理与检修。
进一步地，所述固定结构为带插槽的固定板，所述主体靠近河岸侧包括与插槽匹配的插块。优选插槽为C型插槽，插块为向外凸出的与C形插槽匹配的T型插块，二者可快速组合实现装置的安装固定，操作便捷。
本发明还提供一种小型河道整治装置的工作方法，在大水量短时间涌入河道时关闭百叶闸门，阻挡部分水流并在上游形成一定范围的壅水，部分水流经过装置端头位置流向下游，被主体阻挡的水流在通过过水孔的过程中损失一部分动能，流速降低，而被导流至百叶闸门后方的水流进一步掺混、对冲，同时通过百叶闸门上部和下部不同直径的过水孔的水流流速不一致，不同流速的水流通过摩擦进一步增强消能的效果，此外过水孔引导更多的水流从百叶闸门的上部通过，在主体的迎水侧和背水侧附近区域、在河道底部形成相对于河道表层的缓流区，T字形导流柱引导水流回转，在实现水流对冲消能的同时，避免端头处被高速水流冲刷；在河道流速处于一般状态时，开启百叶闸门，水流从百叶闸门间隙通过，减少装置对河道自然状态的扰动。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明结构简单，操作便捷，可降低河道流速并约束水流，减轻对河道水环境和水生态的影响，同时可在河道流速一般时不影响正常流态。该小型河道整治模块可关闭百叶闸门，形成挡水结构，百叶闸门上设有从下至上孔径由小至大变化的过水孔。本装置可阻挡部分水流，迫使水流通过百叶闸门的过水孔出流，并通过不同方向水流的对冲、掺混、不同流速层水流的摩擦等作用实现消能并降低流速；导流结构可降低装置迎水面的冲刷强度、减缓装置附近的紊流，降低结构破坏风险，其中，第一导流结构可引导水流回转，消耗水流动能，有利于缓流促淤，第二导流结构用于引导靠近河床的水流向上，与上部水流进一步混合消能，并减少水流对装置底部的冲刷；多个本装置交错分布设置于河道左右岸，形成小型河道整治群组，可引导水流沿河道中心线成S型流动，并通过各小型河道整治装置进行消能，减少水流对河道淤泥、水生植物等的冲刷造成的内源污染和生态破坏；河道流速处于一般状态时，开启百叶闸门，则形成水流通道，不再阻挡水流流动，可避免对河道自然流态的扰动。
附图说明
图1为本发明实施例百叶闸门关闭结构图。
图2为本发明实施例百叶闸门开启结构图。
图3为本发明叶片结构图。
图4为图1中A部剖面放大图。
其中，1-主体，11-矩形框架结构，111-插块，112-弧形导流部，113-固定槽，12-百叶闸门，121-叶片，122-过水孔，13-驱动机构，131-蜗轮，132-转动轴，133-水平蜗杆，134-固定支架，14-T字型导流柱，2-拦污网，21-把手，3-固定结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图中所示的小型河道整治装置，包括主体1和固定结构3，固定结构3设置于河岸，主体1整体呈垂直于河床矩形框架结构11，主体1靠近河岸的侧边与固定结构3可拆卸连接，另一侧边伸入河道且其底边固定于河床，主体1中部包括垂直于河床布置且开度可调的百叶闸门12，百叶闸门12包括若干上下分布的过水孔122，若干过水孔122直径由下至上逐渐增大，矩形框架结构11内包括控制百叶闸门12开合的驱动机构13，主体1的另一侧边和底边分别包括第一导流结构和第二导流结构。优选地，百叶闸门的过水孔整齐排布；优选地，可依据当地水文资料以及实际需求选择合适的重现期并推算洪水位，据此确定装置整体高度；优选地，主体、固定结构的材质可以为铁、钢、不锈钢、混凝土等中的一种至几种组合。在发生强降雨、上游放水等河道水流流速急剧增大的情形时，本装置可阻挡部分水流，迫使水流通过百叶闸门的过水孔出流，并通过不同方向水流的对冲、掺混、不同流速层水流的摩擦等作用实现消能并降低流速；导流结构可降低装置迎水面的冲刷强度、减缓装置附近的紊流，降低结构破坏风险，其中，第一导流结构可引导水流回转，消耗水流动能，有利于缓流促淤，第二导流结构用于引导靠近河床的水流向上，与上部水流进一步混合消能，并减少水流对装置底部的冲刷；多个本装置交错分布设置于河道左右岸，形成小型河道整治群组，可引导水流沿河道中心线成S型流动，并通过各小型河道整治装置进行消能，减少水流对河道淤泥、水生植物等的冲刷造成的内源污染和生态破坏；河道流速处于一般状态时，开启百叶闸门，则形成水流通道，不再阻挡水流流动，可避免对河道自然流态的扰动。本发明结构简单，操作便捷，可降低河道流速并约束水流，减轻对河道水环境和水生态的影响，同时可在河道流速处于一般状态时不影响正常流态。
作为优选，第一导流结构为伸入河道的T字型导流柱14，T字型导流柱14的纵部与主体1另一侧边一体成型，横部与水流方向平行，且纵部与横部的衔接处呈圆角。T字型导流柱与矩形框架结构一体成型，形成主体并通过底部固定于河床，用于引导河道水流回转，减少端头处水流对河道的冲刷。
作为优选，第二导流结构为设置于迎水面的弧形导流部112，弧形导流部112由矩形框架结构11底边迎水面的顶部位置弧形凹陷形成，且弧形导流部112与百叶闸门12关闭状态下的迎水面形成平滑过渡。弧形导流部用于将水流挑离装置底部，避免水流对底泥形成扰动，同时可利用底部水流与上部紊流掺混消能。
作为优选，弧形导流部112的下缘高于泥水界面。弧形导流部的下缘优选位于泥水界面以上，以防止被淤泥掩埋而失去导流作用。
作为优选，百叶闸门12包括水平布置的若干个叶片121，若干叶片121通过驱动结构13实现同步转动，若干叶片121与水流方向垂直时相互衔接形成一片式结构。优选地，每个叶片完全相同，且均匀布置，其转动角度优选限制为90°，即可处于与水流方向垂直位和平行位；优选地，叶片最小宽度不低于10cm，过水孔最大直径不超过叶片宽度的1/2。当叶片处于垂直位时，叶片及其上的过水孔起到降低河道流速并约束水流的作用，可减轻对河道水环境和水生态的影响，当其处于平行位时，不影响河道水流的正常流态，适用范围广，而若干个叶片处于平行位时占用空间小，处于垂直位时相邻叶片衔接呈一体。
作为优选，驱动结构13包括蜗轮131、转动轴132、水平蜗杆133和固定支架134，每个叶片121的顶部和底部中心处均连接用于与矩形框架结构11的顶边和底边转动配合的转动轴132，每根转动轴132远端均连接有蜗轮131，水平蜗杆133沿垂直于转动轴132方向布置于矩形框架结构11对应位置且与每根转动轴132上的蜗轮131均啮合，固定支架134支撑水平蜗杆133并与矩形框架结构11连接，第一导流结构内包括控制水平蜗杆133旋转的驱动电机。通过驱动电机控制水平蜗杆的转动，从而带动与其啮合的蜗轮转动，蜗轮转动带动其连接的转动轴及转动轴所在的叶片随之一起转动，实现百叶闸门的开合控制，结构简单，方便实用，优选水平蜗杆通过固定支架可拆卸地固定于矩形框架结构的框体内，转动轴分别伸入矩形框架结构的上框体和下框体内，以保证叶片转动时的稳定性。优选地，驱动结构可以是且不限于齿轮、齿条、链条以及拉绳等。
作为优选，矩形框架结构11的框体内设有在水平蜗杆133移动到位后锁定其位置的锁止机构。锁止机构包括但不限于电磁铁驱动的锁销与销孔结构，用于在水平蜗杆移动到位后锁定其位置，避免在装置工作过程中叶片出现晃动影响工作效果，结构简单，方便实用。
作为优选，还包括拦污网2，矩形框架结构11底边包括用于插入式安装拦污网2的固定槽113，拦污网2通过螺栓和固定槽113分别安装于矩形框架结构11的上游侧和下游侧，拦污网2顶部包括把手21。优选地，拦污网可以且不限于网格状、菱格状等，其材质可以为铁、钢、聚乙烯(PE)、尼龙、涤纶、锦纶等中的一种至几种组合。优选上游侧和下游侧的拦污网安装后二者的间距大于等于叶片宽度，既保证不会影响叶片的转动，又可拦截河道漂浮物，避免河道漂浮物缠绕或者卡住百叶闸门，其上的把手方便拆装，以便对拦污网进行清理与检修。
作为优选，固定结构3为带插槽的固定板，主体1靠近河岸侧包括与插槽匹配的插块111。优选插槽为C型插槽，插块为向外凸出的与C形插槽匹配的T型插块，二者可快速组合实现装置的安装固定，操作便捷。
作为优选，本装置可以单个布设于河道，也可以是相对交错布设多个组成群组。
本发明还设计了一种小型河道整治装置的工作方法：
(1)在强降雨、上游放水等大水量短时间涌入河道的情境下，河道水量增大导致河道流速加快。在此种情境下，通过驱动电机带动水平蜗杆转动，进一步通过蜗轮带动百叶闸门旋转至关闭状态(叶片与水流方向垂直)，此时部分水流被阻挡并在上游形成一定范围的壅水，部分水流经过在装置端头位置流向下游；被主体阻挡的水流在通过过水孔的过程中，将损失一部分动能，流速降低，被导流至百叶闸门后方的水流进一步掺混、对冲；同时由于通过百叶闸门上部和下部不同孔径过水孔的水流流速不一致，不同流速的水流通过摩擦进一步增强消能的效果，此外百叶闸门上上大下小的过水孔还可引导更多的水流从百叶闸门的上部通过，在装置的迎水侧和背水侧附近区域、在河道底部形成相对于河道表层的缓流区，有助于保护这些区域的水生植物系统免遭短时强冲刷的破坏，T字形导流柱可引导水流回转，在实现水流对冲消能的同时，避免端头处被高速水流冲刷；根据实际需要可在河道两侧交错布置多个本装置，形成群组，以整体降低水流流速，并引导水流沿河道中心线成S型稳定流动，减少高速水流对河道底部淤泥的扰动和对水生植物的破坏；
(2)在河道流速处于一般状态时，百叶闸门为开启状态(叶片与水流方向平行)，水流从不同叶片之间的间隙通过，可减少本装置对河道自然状态的扰动。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种小型河道整治装置，其特征在于：包括主体(1)和固定结构(3)，所述固定结构(3)设置于河岸，所述主体(1)整体呈垂直于河床矩形框架结构(11)，所述主体(1)靠近河岸的侧边与固定结构(3)可拆卸连接，另一侧边伸入河道且其底边固定于河床，所述主体(1)中部包括垂直于河床布置且开度可调的百叶闸门(12)，所述百叶闸门(12)包括若干上下分布的过水孔(122)，若干所述过水孔(122)直径由下至上逐渐增大，所述矩形框架结构(11)内包括控制百叶闸门(12)开合的驱动机构(13)，所述主体(1)的另一侧边和底边分别包括第一导流结构和第二导流结构。
2.根据权利要求1所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述第一导流结构为伸入河道的T字型导流柱(14)，所述T字型导流柱(14)的纵部与主体(1)另一侧边一体成型，横部与水流方向平行，且所述纵部与横部的衔接处呈圆角。
3.根据权利要求1所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述第二导流结构为设置于迎水面的弧形导流部(112)，所述弧形导流部(112)由矩形框架结构(11)底边迎水面的顶部位置弧形凹陷形成，且所述弧形导流部(112)与百叶闸门(12)关闭状态下的迎水面形成平滑过渡。
4.根据权利要求3所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述弧形导流部(112)的下缘高于泥水界面。
5.根据权利要求1所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述百叶闸门(12)包括水平布置的若干个叶片(121)，若干所述叶片(121)通过驱动结构(13)实现同步转动，若干所述叶片(121)与水流方向垂直时相互衔接形成一片式结构。
6.根据权利要求5所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述驱动结构(13)包括蜗轮(131)、转动轴(132)、水平蜗杆(133)和固定支架(134)，每个所述叶片(121)的顶部和底部中心处均连接用于与矩形框架结构(11)的顶边和底边转动配合的转动轴(132)，每根所述转动轴(132)远端均连接有蜗轮(131)，所述水平蜗杆(133)沿垂直于转动轴(132)方向布置于矩形框架结构(11)对应位置且与每根转动轴(132)上的蜗轮(131)均啮合，所述固定支架(134)支撑水平蜗杆(133)并与矩形框架结构(11)连接，所述第一导流结构内包括控制水平蜗杆(133)旋转的驱动电机。
7.根据权利要求6所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述矩形框架结构(11)的框体内设有在水平蜗杆(133)移动到位后锁定其位置的锁止机构。
8.根据权利要求1所述的小型河道整治装置，其特征在于：还包括拦污网(2)，所述矩形框架结构(11)底边包括用于插入式安装拦污网(2)的固定槽(113)，所述拦污网(2)通过螺栓和固定槽(113)分别安装于矩形框架结构(11)的上游侧和下游侧，所述拦污网(2)顶部包括把手(21)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的小型河道整治装置，其特征在于：所述固定结构(3)为带插槽的固定板，所述主体(1)靠近河岸侧包括与插槽匹配的插块(111)。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述的小型河道整治装置的工作方法，其特征在于：在大水量短时间涌入河道时关闭百叶闸门(12)，阻挡部分水流并在上游形成一定范围的壅水，部分水流经过装置端头位置流向下游，被主体(1)阻挡的水流在通过过水孔(122)的过程中损失一部分动能，流速降低，而被导流至百叶闸门(12)后方的水流进一步掺混、对冲，同时通过百叶闸门(12)上部和下部不同直径的过水孔(122)的水流流速不一致，不同流速的水流通过摩擦进一步增强消能的效果，此外过水孔(122)引导更多的水流从百叶闸门(12)的上部通过，在主体的迎水侧和背水侧附近区域、在河道底部形成相对于河道表层的缓流区，T字形导流柱(14)引导水流回转，在实现水流对冲消能的同时，避免端头处被高速水流冲刷；在河道流速处于一般状态时，开启百叶闸门(12)，水流从百叶闸门(12)间隙通过，减少装置对河道自然状态的扰动。
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2022
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