CN115679891A - 一种泄洪自升式防汛系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，海侧固定墙、陆侧固定墙以及底部的土石海堤构成夹心空腔；活动芯墙竖直设置在夹心空腔内；海侧固定墙的下部具有若干个引水孔，陆侧固定墙高于陆地表面的位置具有若干个排水孔；下引水管水平设置在土石海堤内，一端对应地插入引水孔中，另一端贯穿土石海堤；排水管的一端一一对应地插入陆侧固定墙的排水孔内，另一端贯穿土石海堤，从陆侧坡面伸出。其优点在于既能使防汛墙内外的水力差在一定范围，又能够在遭遇罕见的极端灾害时，通过主动泄洪，减少堤顶漫溢，从而使得防汛墙主体结构不垮塌，泄洪后大幅削弱陆域溢流速度和冲击能量，既保全了防汛墙结构又保障了陆域生命财产安全。

Description

一种泄洪自升式防汛系统及其制作方法

技术领域

本发明涉及海岸防护工程技术领域，尤其是一种适用于海岸防护的可泄洪自升式防汛系统及其制作方法。

背景技术

据统计，全球近1/4的人生活在距离海岸线100公里之内的滨海城市，滨海城市已经成为人口、经济和社会发展的核心区域。与此同时，由于板块构造运动加剧、极端气候频繁，海源地震和风暴潮引发的超常增水和超高水动力冲击可能给滨海城市的防洪设施带来巨大破坏，并在历史上给全球范围的滨海地区造成巨大灾难。风暴潮居海洋灾害之首，其中，台风风暴潮是由于强风和气压骤变等剧烈大气扰动，引起海面异常升高的现象，来势凶猛，速度极快，破坏力极强。如台风风暴潮恰与天文大潮叠加，可产生海岸带极端增水，冲毁海堤海塘、吞噬基础设施，淹没城市和村庄，使得人畜不得逃生、物资不得转移，酿成巨大灾难。传统人工海堤看似坚不可摧，在风暴潮、海浪等不断的能量冲击作用下将引起堤前侵蚀，海堤沉没，最终遭到破坏，还可能由于超高的增水和超大海浪，直接漫过堤顶，冲刷陆侧地基，引起海堤溃决，诱发洪灾。因此，传统人工海堤通常采用提高堤顶高程的做法，防御超高增水和超大海浪，但由此带来防汛墙内外侧超高的水位差，一旦海浪再次漫过堤顶或高渗透压下决口，将诱发巨型洪灾。因此，为提高海岸带防御风暴潮等海洋灾害的防灾能力，提升滨海城市防洪应急管理能力，研究可泄洪的自升式防汛系统及其制作方法有着很强的实用价值。

现有技术的防汛墙多采固定式土石堤和钢筋混凝土挡浪墙，为刚性结构，且防洪标高固定不变。随着地面沉降，海平面上升，防洪高程不足。较少地采用浮式防汛墙，特别是对于重要基础设施的防护，浮式防汛墙应用还较少。同时，即使采用浮式防汛墙也多为防汛墙在有限幅度内随着浪高的升降而升降，当浪高超大，超出浮动范围时，同样会引发巨型洪灾。

发明内容

本发明的提供的一种泄洪自升式防汛系统，即实现浮式防汛墙调节堤顶高程，防止早期漫溢和泄洪式防汛体系，又主动泄洪防止洪水巨灾的双重优势；既能够对于海平面上升，风暴增水等自行调节堤顶高程，又能在遇到极端增水时，触发泄洪功能，避免巨型洪灾，为人员赢得宝贵的逃生时间；以克服现有技术的缺陷。

本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，设置在土石海堤4内，包括：夹心结构1、自引水结构2、排水结构3；夹心结构1包括：活动芯墙1-1、海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4；海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4 的下端固定在土石海堤4内，海侧固定墙1-3设置在靠近海域一侧；陆侧固定墙1-4设置在靠近陆地一侧；海侧固定墙1-3、陆侧固定墙1-4 以及底部的土石海堤4构成夹心空腔1-2；活动芯墙1-1竖直设置在夹心空腔1-2内；海侧固定墙1-3的下部具有若干个引水孔1-3b，引水孔 1-3b贯穿海侧固定墙1-3两侧；陆侧固定墙1-4高于陆地表面的位置具有若干个排水孔1-4b；排水孔1-4b贯穿陆侧固定墙1-4两侧；自引水结构2包括：若干个下引水管2-1；下引水管2-1水平设置在土石海堤4 内，一端对应地插入引水孔1-3b中，另一端贯穿土石海堤4；排水结构 3包括：若干个排水管3-1和排水渠3-2；排水管3-1的一端一一对应地插入陆侧固定墙1-4的排水孔1-4b内，另一端贯穿土石海堤4，从陆侧坡面4-2伸出；排水渠3-2设置在陆面上，且位于排水管3-1另一端的下方。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：海侧固定墙1-3的上端具有固定墙限位凸台1-3a，活动芯墙1-1 的底部具有芯墙限位凸台1-1a；固定墙限位凸台1-3a与陆侧固定墙1-4 之间的距离小于芯墙限位凸台1-1a所在位置的宽度，使得活动芯墙1-1 无法从海侧固定墙1-3、陆侧固定墙1-4形成的夹心空腔1-2脱离。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：固定墙限位凸台1-3a为一个直角梯形，下表面为斜面；对应的芯墙限位凸台1-1a也是一个直角梯形，上表面为斜面；固定墙限位凸台 1-3a的斜面与芯墙限位凸台1-1a的斜面斜率一致。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：排水孔1-4b倾斜设置，排水孔1-4b靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高；排水管3-1倾斜设置，与排水孔1-4b斜率相同，靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：自引水结构2还包括若干个主动控制阀门2-2；主动控制阀门2-2 一一对应的设置在下引水管2-1上。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：自引水结构2还包括若干个门式水位控制管路2-3；门式水位控制管路2-3呈Π型，两端分别与下引水管2-1导通，导通位置分别位置主动控制阀门2-2的两侧；门式水位控制管路2-3的最高水位高度高于陆地表面高度，且低于排水孔1-4b靠海侧的最低位置高度。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：自引水结构2还包括若干个上引水管2-4；上引水管2-4与门式水位控制管路2-3相连通，连通位置在临海侧，且位于门式水位控制管路2-3的最高水位的下方。

进一步，本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，还可以具有这样的特征：海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4的上端均与土石海堤4的顶面齐平。

另外，本发明还提供一种泄洪自升式防汛系统的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：施工部分土石海堤4，施工至高于低水位的位置。

步骤B、在土石海堤4当前顶部位置分别打入夹心结构1的海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4；以海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4为挡土结构，开挖中间的土石形成夹心空腔1-2，至海侧固定墙1-3的引水孔1-3b完全露出；在夹心空腔1-2内放置活动芯墙1-1。

步骤C、在完成的土石海堤4内开挖沟槽，安放自引水结构2的下引水管2-1、主动控制阀门2-2、门式水位控制管路2-3、上引水管2-4；将自引水结构2的引水管2-1接入到海侧固定墙1-3的下部具有若干个引水孔1-3b中；

步骤D、排水管3-1的一端一一对应地插入陆侧固定墙1-4的排水孔1-4b内，从陆侧坡面4-2伸出；排水渠3-2设置在陆面上；

步骤E、继续施工土石海堤4，直至土石海堤4顶面达到设定高度；

步骤F、制作土石海堤4后排水渠3-2。

本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，利用增水时产生水压差，顶升防汛墙的活动结构部件，提高堤顶高程，当活动结构部件达到最大堤顶高程被限制运动时，水位如继续增高，将触发泄洪，减轻极端风暴潮等海洋灾害引发的巨型洪灾。当水位回落时，泄洪将自动停止，防汛墙的活动部件将随着水压差的减小而降低，直至回落到常水位时的高度。整个系统防汛墙高程调节和泄洪都不需要外部能量驱动，绿色、环保、经济性好，既能使防汛墙内外的水力差在一定范围，又能够在遭遇罕见的极端灾害时，通过主动泄洪，减少堤顶漫溢，从而使得防汛墙主体结构不垮塌，泄洪后引起的陆地溢流速度和能量都较堤顶漫溢大大减弱，既保全了防汛墙结构又保障了陆地生命财产安全，为极端海洋灾害下，人员逃生赢得了宝贵时间。

本发明提供一种泄洪自升式防汛系统，绿色、环保、经济性好，既能使防汛墙内外的水力差在一定范围，又能够在遭遇罕见的极端灾害时，通过主动泄洪，减少堤顶漫溢，从而使得防汛墙主体结构不垮塌，泄洪后大幅削弱陆域溢流速度和冲击能量，既保全了防汛墙结构又保障了陆域生命财产安全，为极端海洋灾害下，人员逃生赢得了宝贵时间。具有良好的社会、经济、环保效益和推广前景。

附图说明

图1是实施例中的施工部分土石海堤至高于低水位的位置的示意图。

图2是实施例中的海侧固定墙和陆侧固定墙打入土石海堤的示意图。

图3是实施例中的泄洪自升式防汛系统的结构示意图。

图4是实施例中的夹心结构的结构示意图。

图5是实施例中的海侧固定墙的左视图。

图6是实施例中的陆侧固定墙的左视图。

图7是实施例中的泄洪自升式防汛系统的常水位工作状态示意图。

图8是实施例中的泄洪自升式防汛系统的常水位至警戒水位之间工作状态示意图。

图9是实施例中的泄洪自升式防汛系统的警戒水位工作状态示意图。

图10是实施例中的泄洪自升式防汛系统的超极端水位工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图3所示，本实施例中的泄洪自升式防汛系统，设置在土石海堤 4内，包括：夹心结构1、自引水结构2、排水结构3。

土石海堤4的顶面高于陆地地面，靠近海域的一侧为海侧坡面4-1，靠近陆地的一侧为陆侧坡面4-2。

如图4所示，夹心结构1包括：活动芯墙1-1、海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4。海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4的下端打入土石海堤4内，上端均与土石海堤4的顶面齐平。当然，海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4下端必然低于陆地表面，也低于低水位位置。海侧固定墙 1-3设置在靠近海域一侧，即靠近海侧坡面4-1的一侧；陆侧固定墙1-4 设置在靠近陆地一侧，即靠近陆侧坡面4-2的一侧。

海侧固定墙1-3、陆侧固定墙1-4以及底部的土石海堤4构成夹心空腔1-2。活动芯墙1-1竖直设置在夹心空腔1-2内。活动芯墙1-1可由海水浮力带动在夹心空腔1-2内上下移动，活动芯墙1-1向上浮起可高于土石海堤4的顶面。

为了限制芯墙1-1的最高位置，本实施例中，海侧固定墙1-3的上端具有固定墙限位凸台1-3a，活动芯墙1-1的底部具有芯墙限位凸台 1-1a。固定墙限位凸台1-3a与陆侧固定墙1-4之间的距离小于芯墙限位凸台1-1a所在位置的宽度，使得活动芯墙1-1无法从海侧固定墙1-3、陆侧固定墙1-4形成的夹心空腔1-2脱离。本实施例中，固定墙限位凸台1-3a为一个直角梯形，下表面为斜面。对应的芯墙限位凸台1-1a也是一个直角梯形，上表面为斜面。固定墙限位凸台1-3a的斜面与芯墙限位凸台1-1a的斜面斜率一致。

海侧固定墙1-3的下部具有若干个引水孔1-3b，引水孔1-3b水平设置，贯穿海侧固定墙1-3两侧。陆侧固定墙1-4高于陆地表面的位置具有若干个排水孔1-4b，排水孔1-4b倾斜设置，贯穿陆侧固定墙1-4 两侧。排水孔1-4b靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高。

自引水结构2包括：若干个下引水管2-1、若干个主动控制阀门2-2、若干个门式水位控制管路2-3、若干个上引水管2-4。

本实施例中，下引水管2-1水平设置在土石海堤4内，一端对应地插入引水孔1-3b中，另一端贯穿土石海堤4，直通大海；可将海水引入夹心空腔1-2内。

主动控制阀门2-2一一对应的设置在下引水管2-1上，可采用人工开启关闭或远程控制其开关，起到接通和阻断下引水管2-1的作用。

本实施例中，门式水位控制管路2-3呈Π型，两端分别与下引水管 2-1导通，导通位置分别位置主动控制阀门2-2的两侧，即海侧和陆侧。门式水位控制管路2-3的最高水位高度高于陆地表面高度，且低于排水孔1-4b靠海侧的最低位置高度。

上引水管2-4与门式水位控制管路2-3相连通，连通位置在临海侧，且位于门式水位控制管路2-3的最高水位的下方。

排水结构3包括：若干个排水管3-1和排水渠3-2。排水管3-1的一端一一对应地插入陆侧固定墙1-4的排水孔1-4b内，另一端贯穿土石海堤4，从陆侧坡面4-2伸出。排水渠3-2设置在陆面上，且位于排水管3-1另一端的下方。排水管3-1与排水孔1-4b相同设置，靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高。排水孔1-4b以及排水管3-1与陆面倾斜角度优选30度。

下引水管2-1、门式水位控制管路2-3和上引水管2-4可以是混凝土浇筑而成，也可以采用钢结构或者硬塑制作而成的管道。主动控制阀门2-2可以通过电磁阀远程控制，或者按照需要设置压力阀根据压力大小自动开关。

泄洪自升式防汛系统的制作方法，包括以下步骤：

步骤A：施工部分土石海堤4，施工至高于低水位的位置。

选择水位较低的枯水期，对即将建造人工防汛墙的地基进行地基处理，通过水上抛填或陆上堆填的方法，堆填土石海堤4部分直至当前顶面高于低水位即可，如图1所示。

步骤B、吊装安放夹心结构1。

在土石海堤4当前顶部位置分别打入夹心结构1的海侧固定墙1-3 和陆侧固定墙1-4，如图2所示。海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4底部到位后，以海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4为挡土结构，开挖中间的土石形成空腔1-2，至海侧固定墙1-3的引水孔1-3b完全露出。

放置夹心结构1的活动芯墙1-1，可以从海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4的侧面插入活动芯墙1-1，也可以从海侧固定墙1-3和陆侧固定墙1-4的顶部斜插入两者内。

步骤C、安装自引水结构2。

在完成的土石海堤4内开挖沟槽，安放自引水结构2的下引水管 2-1、主动控制阀门2-2、门式水位控制管路2-3、上引水管2-4；将自引水结构2的引水管2-1接入到海侧固定墙1-3的下部具有若干个引水孔1-3b中。

步骤D、安装陆侧的排水结构3的排水管。

排水管3-1的一端一一对应地插入陆侧固定墙1-4的排水孔1-4b 内，从陆侧坡面4-2伸出。排水渠3-2设置在陆面上

步骤E、继续施工土石海堤4，直至土石海堤4顶面达到设定高程；并在海侧坡面4-1安装护面，如栅栏板，扭王字块，四脚空心方块等。

步骤F、制作土石海堤4后排水渠3-2。

在紧邻土石海堤4的陆侧坡面4-2后侧，且位于排水管3-1另一端的下方制作排水渠3-2，引导泄洪。

泄洪自升式防汛系统的工作原理：

如图7所示，常水位时，主动控制阀门2-2处于打开状态，夹心结构1包括：活动芯墙1-1自然浮起。

如图8所示，水位上涨时，高于常水位但未到警戒水位时，关闭主动控制阀门2-2，该水位的海水无法越过门式水位控制管路2-3的最高水位段，所以活动芯墙1-1的上端位置在初始防洪高程不变。

如图9所示，水位上涨至到达门式水位控制管路2-3时，活动芯墙 1-1的开始随水位上升而上升。

如图10所示，水位继续增大至超过警戒水位，即超过土石海堤4 顶面；部分海水会沿着活动芯墙1-1和海侧固定墙1-3的界面侵入夹心空腔1-2时，活动芯墙1-1上升至最高位置，活动芯墙1-1的芯墙限位凸台1-1a被海侧固定墙1-3顶部的固定墙限位凸台1-3a卡住，不能滑出。此时，海侧固定墙1-3的底部高于陆侧固定墙1-4上的排水孔1-4b，启动泄洪，夹心空腔1-2内的海水从排水孔1-4b排至排水渠3-2内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种泄洪自升式防汛系统，其特征在于：设置在土石海堤(4)内，包括：夹心结构(1)、自引水结构(2)、排水结构(3)；

其中，夹心结构(1)包括：活动芯墙(1-1)、海侧固定墙(1-3)和陆侧固定墙(1-4)；

海侧固定墙(1-3)和陆侧固定墙(1-4)的下端固定在土石海堤(4)内，海侧固定墙(1-3)设置在靠近海域一侧；陆侧固定墙(1-4)设置在靠近陆地一侧；

海侧固定墙(1-3)、陆侧固定墙(1-4)以及底部的土石海堤(4)构成夹心空腔(1-2)；活动芯墙(1-1)竖直设置在夹心空腔(1-2)内；

海侧固定墙(1-3)的下部具有若干个引水孔(1-3b)，引水孔(1-3b)贯穿海侧固定墙(1-3)两侧；陆侧固定墙(1-4)高于陆地表面的位置具有若干个排水孔(1-4b)；排水孔(1-4b)贯穿陆侧固定墙(1-4)两侧；

自引水结构(2)包括：若干个下引水管(2-1)；下引水管(2-1)水平设置在土石海堤(4)内，一端对应地插入引水孔(1-3b)中，另一端贯穿土石海堤(4)；

排水结构(3)包括：若干个排水管(3-1)和排水渠(3-2)；排水管(3-1)的一端一一对应地插入陆侧固定墙(1-4)的排水孔(1-4b)内，另一端贯穿土石海堤(4)，从陆侧坡面(4-2)伸出；排水渠(3-2)设置在陆面上，且位于排水管(3-1)另一端的下方。

2.如权利要求1的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，海侧固定墙(1-3)的上端具有固定墙限位凸台(1-3a)，活动芯墙(1-1)的底部具有芯墙限位凸台(1-1a)；固定墙限位凸台(1-3a)与陆侧固定墙(1-4)之间的距离小于芯墙限位凸台(1-1a)所在位置的宽度，使得活动芯墙(1-1)无法从海侧固定墙(1-3)、陆侧固定墙(1-4)形成的夹心空腔(1-2)脱离。

3.如权利要求2的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，固定墙限位凸台(1-3a)为一个直角梯形，下表面为斜面；对应的芯墙限位凸台(1-1a)也是一个直角梯形，上表面为斜面；固定墙限位凸台(1-3a)的斜面与芯墙限位凸台(1-1a)的斜面斜率一致。

4.如权利要求3的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，排水孔(1-4b)倾斜设置，排水孔(1-4b)靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高；

排水管(3-1)倾斜设置，与排水孔(1-4b)斜率相同，靠近陆地一侧的高度低，靠近海一侧的高度高。

5.如权利要求1的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，自引水结构(2)还包括若干个主动控制阀门(2-2)；主动控制阀门(2-2)一一对应的设置在下引水管(2-1)上。

6.如权利要求5的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，自引水结构(2)还包括若干个门式水位控制管路(2-3)；

门式水位控制管路(2-3)呈Π型，两端分别与下引水管(2-1)导通，导通位置分别位置主动控制阀门(2-2)的两侧；门式水位控制管路(2-3)的最高水位高度高于陆地表面高度，且低于排水孔(1-4b)靠海侧的最低位置高度。

7.如权利要求6的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，自引水结构(2)还包括若干个上引水管(2-4)；

上引水管(2-4)与门式水位控制管路(2-3)相连通，连通位置在临海侧，且位于门式水位控制管路(2-3)的最高水位的下方。

8.如权利要求1的泄洪自升式防汛系统，其特征在于：

其中，海侧固定墙(1-3)和陆侧固定墙(1-4)的上端均与土石海堤(4)的顶面齐平。

9.如权利要求1至8中任意一项的泄洪自升式防汛系统的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：施工部分土石海堤(4)，施工至高于低水位的位置；

步骤B、在土石海堤(4)当前顶部位置分别打入夹心结构(1)的海侧固定墙(1-3)和陆侧固定墙(1-4)；以海侧固定墙(1-3)和陆侧固定墙(1-4)为挡土结构，开挖中间的土石形成夹心空腔(1-2)，至海侧固定墙(1-3)的引水孔(1-3b)完全露出；在夹心空腔(1-2)内放置活动芯墙(1-1)；

步骤C、在完成的土石海堤(4)内开挖沟槽，安放自引水结构(2)的下引水管(2-1)、主动控制阀门(2-2)、门式水位控制管路(2-3)、上引水管(2-4)；将自引水结构(2)的引水管(2-1)接入到海侧固定墙(1-3)的下部具有若干个引水孔(1-3b)中；

步骤D、排水管(3-1)的一端一一对应地插入陆侧固定墙(1-4)的排水孔(1-4b)内，从陆侧坡面(4-2)伸出；排水渠(3-2)设置在陆面上；

步骤E、继续施工土石海堤(4)，直至土石海堤(4)顶面达到设定高度；

步骤F、制作土石海堤(4)后排水渠(3-2)。

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