專利名稱：排異重流復合型堰的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種水利工程技術領域的建筑，具體是一種排異重流復合型堰。
背景技術：
從水力學角度講，對于在具有自由表面的重力流的水流中任何一種水工建筑物 (或障壁)，只要它能起到壅水和溢流作用的都可稱為“堰”。從自然角度講，異重流是兩種密度相差不大、可以相混的流體，在條件適宜時因為 密度的差異而發(fā)生的相對運動，各水流能保持其原來面貌，不因交界面上的紊動現(xiàn)象以及 其他的紊動作用而發(fā)生全局性的混合現(xiàn)象。在湖泊或水庫中，挾攜泥沙的水流因其密度大 于清水，在條件合適時，在水底以“渾水異重流”的方式向前運動。目前，國內(nèi)一些水體如湖泊和水庫常使用堰作為其排水結構，此結構可以控制蓄 水體內(nèi)的水位，其主要不足之處在于水流越過堰頂排出，往往水體中上層清水被排出，而 位于底層的渾水卻滯留在蓄水體內(nèi)。經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公開號CN2414110Y，
公開日
2001. 1. 10，記載了一種“可調(diào)橡膠排水堰”，該技術包含橡膠袋、充脹介質(zhì)、底墊片、基礎、進 水管、排水管控制閥組成。該技術發(fā)明的主要不足之處在于雖然可通過調(diào)節(jié)水位來保證較 大的排水量，但在排水過程中，完全是將蓄水體內(nèi)的上層清水大量排出堰外，而含沙濃度較 高的下層渾水卻無法有效排出，“蓄清排渾”能力較差。中國專利公開號CN2679249Y，
公開日2005. 2. 16，記載了 一種“水庫排泥沙裝 置”，它由跨在水壩上的管道構成，管道一端置于水壩內(nèi)側的水中，另一端置于壩外，該技術 主要運用虹吸原理解決水庫的泥沙沉積問題。該技術發(fā)明的主要不足之處在于需要在原 有堰結構的基礎上，增設跨過堰頂?shù)呐派彻艿?，這無疑增大了排水堰的工程實施量，而且增 加了排水系統(tǒng)的建設成本，并且不能直接控制蓄水體內(nèi)水位。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有排水堰存在的上述不足，提供一種排異重流復合型堰，使流向排 水堰的水體中的底部密度較大的異重流優(yōu)先通過引水導墻的底部空隙，繼而越過堰頂，排 出蓄水體外。因此，該排異重流復合型堰可以在不改變堰的排水能力的同時，提高排出底部 異重流的能力，改善蓄水體內(nèi)的水環(huán)境。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的復合型堰設置于湖泊或水庫等 蓄水體的出水口處，包括引水導墻、排水堰以及導墻支撐，其中引水導墻的頂邊緣高于 排水堰的頂部，導墻支撐位于引水導墻底部并與水體底床固接支撐，實現(xiàn)引水導墻的懸空 設置且底邊緣高于水體底床。所述的引水導墻位于排水堰的迎水面一側且為矩形體結構或圓筒形結構，包括 與來流方向平行的水平墻體和與來流方向垂直的直立墻體。所述的引水導墻水平墻體迎水側側邊緣距排水堰的水平距離為70-1000cm ；
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所述的引水導墻水平墻體相對于河底的高程為10-50cm ；所述的引水導墻直立墻體距排水堰的水平距離為20-1000cm ；所述的引水導墻直立墻體的頂端高出排水堰頂10-50cm ；所述的排水堰的堰坎厚度小于其上游水位與下游水位之差，即堰頂水頭的0. 67倍。所述的引水導墻和排水堰可以由混凝土、鋼筋混凝土或鋼等金屬材料制成。本發(fā)明的工作過程如下當蓄水體內(nèi)的水位低于正常水位時，所述的排異重流的復合型堰可以起到正常的 蓄水作用。當蓄水體內(nèi)的水位達到或者高于正常水位時，所述的排異重流的復合型堰起到 排水的作用。蓄水體內(nèi)的上層水體，雜質(zhì)或污染物較少，水質(zhì)較好，含沙濃度低，視為上層清 水；蓄水體內(nèi)的下層水體，因含有一定的雜質(zhì)或污染物，如泥沙等，密度大于上層清水，視為 下層渾水。當水體以行近流速運動至引水導墻前，由于上層清水的水位低于引水導墻頂邊 緣，故水體運動受到阻擋；而下層渾水因其密度大于上層清水，其在水底以“渾水異重流”的 方式向引水導墻前進。下層渾水通過引水導墻的水平墻體與底床之間的空隙運動至引水導 墻的直立墻體與薄壁堰之間，由于引水導墻前迎水面處的最高水位高于堰頂水位，兩處之 間的水體存在壓差；外加異重流重力作用顯著減弱、慣性力作用相對突出的特點，下層渾水 可以沿堰的堰壁爬高，并溢過堰頂而最終排出堰外。當引水導墻前后無水位差時，本發(fā)明所 述的排出異重流的過程結束。與現(xiàn)有的排水堰結構相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于在所述的排異 重流復合型堰排水系統(tǒng)中，合理地運用了異重流的運動特性，盡可能少地排出蓄水體內(nèi)水 質(zhì)較好的上層水體，盡可能多地排出蓄水體內(nèi)含沙較多、水質(zhì)較差的下層水體，即提高所述 排水系統(tǒng)的“蓄清排渾”的能力，可以減少蓄水體內(nèi)的淤積，改善其水質(zhì)。實現(xiàn)本發(fā)明中排 出異重流的過程，只需在原有堰的前面增加一道引水導墻，無需改變或破壞原有的排水堰 結構(如無需采取在所述的薄壁堰堰底開設排沙閘孔等措施)，故所述的排異重流復合型 堰結構簡單，工程實施量小，成本低。
圖1是本發(fā)明半剖視圖。圖2是本發(fā)明側視圖。圖3是本發(fā)明立體結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。實施例1本實施例位于湖泊的出水口處，本實施例中排水堰是一面矩形墻體，相應的該排 異重流的復合堰中的引水導墻的垂直墻體和水平墻體也各為一面矩形墻體，如圖1所示， 該實施例包括引水導墻1、排水堰2以及導墻支撐3，其中引水導墻1包括水平墻體4和 直立墻體5，直立墻體5的頂邊緣高于排水堰2的頂部，導墻支撐3位于引水導墻1底部并與水體底床固接支撐，實現(xiàn)引水導墻1的懸空設置且底邊緣高于水體底床。所述的引水導墻1的墻體厚為15cm，水平墻體4迎水側邊緣距排水堰2的水平距 離為70cm，水平墻體4的底部相對于河底的高程為10cm，引水導墻1的直立墻體5的距排 水堰2的水平距離為20cm，其頂端高出排水堰頂30cm。如圖2所示，所述的排水堰2是一面矩形體墻體，壁厚為15cm，排水堰2頂端相對 于河底的高程為230cm。當排水堰前的水位低于2. 5m(正常水位)時，所述的排異重流的復合型堰僅僅起 到蓄水的作用。當蓄水體內(nèi)的水位達到或者高于2. 5m時，所述的排異重流的復合型堰起到 排水的作用。當蓄水體內(nèi)水體以行近流速運動至所述的引水導墻1前，由于上層清水的水 位低于引水導墻1的頂邊緣，故水體運動受到阻擋；下層渾水通過引水導墻1的水平墻體與 底床之間的通道運動至引水導墻1的直立墻體與排水堰2之間的通道，由于引水導墻1迎 水面處的最高水位高于排水堰2堰頂處的水位，兩處之間存在20cm的水位差；外加異重流 重力作用顯著減弱、慣性力作用相對突出的特點，下層渾水可以沿排水堰2的堰壁爬高，并 溢過排水堰2的堰頂而最終排出蓄水體。當引水導墻1前后無水位差時，本實施例所述的 排出異重流的過程結束。本實施例與現(xiàn)有的排水堰進行實驗對比分別測量配置引水導墻1時和無引水導 墻1時距離所述排水堰2的迎水面一側為150cm位置處(蓄水體內(nèi))的水體透明度及水體 含沙量，以及排出排水堰以外(蓄水體外)的水體透明度和含沙量，結果表明較之現(xiàn)有的 無引水導墻排水堰，在使用本實施例所述的具有引水導墻結構30天后，蓄水體內(nèi)的水體透 明度由69. 88cm提高至73. 95cm、水體含沙量由0. 081kg/m3降至0. 0758kg/m3,即保存在蓄 水體內(nèi)的清水透明度增加了 5. 82%、水體含沙量減少了 6. 42% ；排出蓄水體的渾水透明度 由70. 03cm降低至64. 37cm、水體含沙量由0. 08kg/m3提高至0. 0853kg/m3,即排出蓄水體的 渾水透明度降低了 8. 08%，水體含沙量增加了 6. 63%。實施例2本實施例位于湖泊的出水口處，本實施例中排水堰2是一面空心圓筒型墻體，相 應的該排異重流的復合堰中的引水導墻的直立墻體5也是一面空心圓筒型墻體，其水平墻 體4是一面圓環(huán)型墻體，如圖3所示，該實施例的排異重流復合型堰包括引水導墻1、排水 堰2以及導墻支撐3，其中引水導墻1包括水平墻體4和直立墻體5，直立墻體5的頂邊緣 高于排水堰2的頂部，導墻支撐3位于引水導墻1底部并與水體底床固接支撐，實現(xiàn)引水導 墻1的懸空設置且底邊緣高于水體底床。如圖3所示，所述的引水導墻1的直立墻體5的圓筒墻體內(nèi)徑為160cm，壁厚15cm， 水平墻體4迎水側邊緣距排水堰2的水平距離為100cm，水平墻體4相對于河底的高程為 20cm，直立墻體5距排水堰2的水平距離為20cm，其頂端高出排水堰頂30cm。如圖3所示，所述的排水堰2為空心圓筒結構，壁厚15cm，其內(nèi)徑為120cm，其堰頂 相對于河底的高程為230cm。當排水堰2前的水位低于2. 5m(正常水位)時，所述的排異重流的復合型堰僅僅 起到蓄水的作用。當蓄水體內(nèi)的水位達到或者高于2. 5m時，所述的排異重流的復合型堰起 到排水的作用。當蓄水體內(nèi)水體以行近流速運動至所述的引水導墻1前，由于上層清水的 水位低于引水導墻1的頂邊緣，故水體運動受到阻擋；下層渾水通過引水導墻1的水平墻體4與底床之間的通道運動至引水導墻1的直立墻體5與排水堰2之間的通道，由于引水導墻 1的直立墻體5迎水面處的最高水位高于排水堰2堰頂處的水位，兩處之間存在20cm的水 位差；外加異重流重力作用顯著減弱、慣性力作用相對突出的特點，下層渾水可以沿排水堰 2的堰壁爬高，并溢過排水堰2的堰頂而最終排出蓄水體。當引水導墻1的直立墻體5前后 無水位差時，本實施例所述的排出異重流的過程結束。 本實施例與現(xiàn)有的排水堰進行實驗對比測量配置引水導墻1時和無引水導墻1 時距離所述排水堰2的迎水面一側為150cm處(蓄水體內(nèi))以及排出排水堰2外(蓄水體 外)的水體透明度及水體含沙量，結果表明較之現(xiàn)有的無引水導墻排水堰，在使用本實施 例所述的具有引水導墻復合堰30天后，蓄水體內(nèi)的水體透明度由69. 88cm提高至74. 36cm、 水體含沙量由0. 08 lkg/m3降至0. 0735kg/m3，即保存在蓄水體內(nèi)的清水透明度增加了 6. 41%、水體含沙量減少了 9. 26% ；排出蓄水體的渾水透明度由70. 03cm降低至62. 89cm、 水體含沙量由0. 08kg/m3提高至0. 089kg/m3,即排出蓄水體的渾水透明度降低了 10. 19%, 水體含沙量增加了 11.25%。
權利要求
一種排異重流復合型堰，該復合型堰設置于蓄水體的出水口處，其特征在于，包括引水導墻、排水堰以及導墻支撐，其中引水導墻的頂邊緣高于排水堰的頂部，導墻支撐位于引水導墻底部并與水體底床固接支撐，實現(xiàn)引水導墻的懸空設置且底邊緣高于水體底床。
2.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的引水導墻位于排水堰 的迎水面一側且為矩形體結構或圓筒形結構，包括與來流方向平行的水平墻體和與來流 方向垂直的直立墻體。
3.根據(jù)權利要求2所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的水平墻體左側邊緣距 排水堰的水平距離為70-1000cm。
4.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的水平墻體相對于河底 的高程為10-50cm。
5.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的直立墻體距排水堰2的 水平距離為20-1000cm。
6.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的直立墻體的頂端高出 排水堰頂10-50cm。
7.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的排水堰的堰坎厚度小 于其上游水位與下游水位之差，即堰頂水頭的0. 67倍。
8.根據(jù)權利要求1所述的排異重流復合型堰，其特征是，所述的引水導墻和排水堰均 為混凝土或鋼筋混凝土制成。
全文摘要
一種水利工程技術領域的排異重流復合型堰，包括引水導墻、排水堰以及導墻支撐，其中引水導墻的頂邊緣高于排水堰的頂部，導墻支撐位于引水導墻底部并與水體底床固接支撐，實現(xiàn)引水導墻的懸空設置且底邊緣高于水體底床。本發(fā)明可以使流向排水堰的水體中的底部密度較大的異重流優(yōu)先通過引水導墻的底部空隙，繼而越過堰頂，排出蓄水體外。因此，該排異重流復合型堰可以在不改變堰的排水能力的同時，提高排出底部異重流的能力，改善蓄水體內(nèi)的水環(huán)境。
文檔編號E02B7/18GK101881017SQ201010232278
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月22日
發(fā)明者喻國良, 李艷紅, 竺奇樂 申請人:上海交通大學