技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于水利基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是涉及到一種能夠根據(jù)水位高低轉(zhuǎn)換堰體擺放形式并達到蓄水或安全行洪的水位調(diào)節(jié)自動翻轉(zhuǎn)堰。

背景技術(shù)：
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人們?yōu)榱顺浞掷煤恿髦械乃鳎ǔＰ拗鞣N各樣擋水堰體。目前使用的擋水堰體一般采用固定式擋水結(jié)構(gòu)、橡膠壩或液壓鋼板壩等形式；固定式擋水堰體由于堰體高度固定，在汛期存在阻礙行洪，并可能使河床抬高，形成洪澇災害；橡膠壩或液壓鋼板壩雖然能夠解決河道行洪障礙、減少河床抬高的問題，但仍存在操作運行管理困難、運行成本高等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是為克服上述問題為市場提供一種結(jié)構(gòu)科學、施工簡單、節(jié)省成本、使用安全方便的可根據(jù)水位高低實現(xiàn)堰體自動翻轉(zhuǎn)，從而及時調(diào)節(jié)水位，達到高水位安全行洪、低水位蓄水的全自動水位調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)堰體。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：自動翻轉(zhuǎn)堰體包括固定堰基和活動堰體組成，所述活動堰體分為擋水堰體和配重堰體兩部分，并在擋水堰體和配重堰體交接處下游側(cè)設(shè)置與橫軸形成隅合的圓形凹槽，橫軸固定安裝在固定堰基迎水側(cè)頂角處。

本發(fā)明的有益效果是：由于在固定堰基上設(shè)置了活動堰體，當堰前水位升至設(shè)計水位時，活動堰體所受水壓力產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力矩超過配重堰體的重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，從而使活動堰體自動翻轉(zhuǎn)至水平位置，增大溢流量，達到及時泄洪的目的。當水位降至一定高度后，活動堰體在配重堰體自身重力作用下，自動翻轉(zhuǎn)復位，從而實現(xiàn)攔蓄河水，獲得更多的儲水空間。通過調(diào)整垂直堰體的結(jié)構(gòu)形式及高低和配重堰體的結(jié)構(gòu)形式及重量，可以實現(xiàn)不同的蓄水高度，具有結(jié)構(gòu)科學、施工簡單、節(jié)省成本、使用安全方便等優(yōu)點，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價值。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明擋水狀態(tài)剖面結(jié)構(gòu)示意圖及受力示意圖；

圖3為本發(fā)明泄洪狀態(tài)剖面結(jié)構(gòu)示意圖及受力示意圖。

圖中：1為固定堰基，2為擋水堰體，3為配重堰體，4為橫軸，5為水面。

具體實施方式：

如圖1所示，水位調(diào)節(jié)自動翻轉(zhuǎn)堰是由固定堰基1和活動堰體組成，所述活動堰體分為擋水堰體2和配重堰體3兩部分，并在擋水堰體2和配重堰體3交接處下游側(cè)設(shè)置與橫軸4形成隅合的圓形凹槽，橫軸4固定安裝在固定堰基1迎水側(cè)頂角處。實施本發(fā)明時，在河流需要擋水的地方砌筑水位調(diào)節(jié)自動翻轉(zhuǎn)堰，由于處于垂直狀態(tài)的擋水堰體2側(cè)面所受水壓力以及處于水下的配重堰體3下表面所受水壓力產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩小于配重堰體3上表面和側(cè)表面所受水壓力以及自身重力產(chǎn)生抵抗翻轉(zhuǎn)的穩(wěn)定力矩，從而使擋水堰體2處于垂直擋水狀態(tài)（如圖2所示），達到蓄水的目的。當洪水來臨時，隨著水位的不斷增高，擋水堰體2所受水壓力隨之不斷增大，處于垂直狀態(tài)的擋水堰體2側(cè)面所受水壓力以及處于水下的配重堰體3下表面所受水壓力產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩達到大于配重堰體3上表面和側(cè)表面所受水壓力以及自身重力產(chǎn)生抵抗翻轉(zhuǎn)的穩(wěn)定力矩時，活動堰體則自動繞轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)使擋水堰體2至水平疊放于固定堰基1上（如圖3所示），達到排澇泄洪的目的。當堰前水位降低至一定高度時，通過配重堰體3的重力產(chǎn)生的力矩反方向翻轉(zhuǎn)，恢復至初始擋水蓄水狀態(tài)。

為了方便理論計算，將擋水堰體和配重堰體都抽象為矩形，忽略擋水堰體上方水壓（產(chǎn)生力矩的力臂小，對于整體計算影響不大），忽略擋水堰體下游側(cè)水壓力。

下面列出截取單位長度（1m）的堰體翻轉(zhuǎn)平衡的計算式（如圖2所示），設(shè)定：

p1-擋水堰體所受水平水壓力；

p2-配重堰體所受水平水壓力；

p3-配重堰體所受垂直水壓力；

p4-配重堰體所受浮托力；

g1-擋水堰體重量；

g2-配重堰體重量；

h-堰上水頭；

h1-擋水堰體高；

w1-擋水堰體寬；

-擋水堰體材料平均密度；

-配重堰體高；

-配重堰體寬；

-配重堰體材料平均密度；

-轉(zhuǎn)軸半徑；

長度單位都為m，密度單位都為；

水密度，重力加速度g=，

翻轉(zhuǎn)力矩=p1×p1力臂+p4×p4力臂。

其中p1產(chǎn)生的力矩可由積分

p4產(chǎn)生的力矩為

穩(wěn)定力矩=p2×p2力臂+p3×p3力臂+g1×g1力臂+g2×g2力臂

其中p2產(chǎn)生的力矩可類似的由積分

p3產(chǎn)生的力矩為

g1產(chǎn)生的力矩為

g2產(chǎn)生的力矩為

綜上，翻轉(zhuǎn)力矩=

穩(wěn)定力矩=。

下面以我市羅田縣石橋鋪村河道恢復重建一道河堰為例：該河道寬45m，河堰2016年被洪水沖毀，堰高2.5m，設(shè)計流量360m³/s，堰前設(shè)計水位4.6m。2016年汛期被沖毀，主要原因是固定堰體將水位襯托超過堤頂，漫頂后堤堰均被沖毀成災?，F(xiàn)按本發(fā)明設(shè)計，并進行簡單的比較分析。

本方案整個堰體包括固定堰基1和活動堰體兩部分，整體堰高仍按原方案2.5m設(shè)計，固定堰基1可按頂寬2m布置，按階梯消能，階梯寬度按1m，高差按0.33m（即三個階梯），固定堰基1高度為1m。階梯后面與消力池（或海漫防沖結(jié)構(gòu)）進行銜接，然后順勢接入河道?；顒友唧w包括擋水堰體2和配重堰體3。其中：擋水堰體按鋼結(jié)構(gòu)，高度設(shè)計為1.5m、厚度為0.3m，鋼結(jié)構(gòu)平均密度按1000kg/m³進行加工；配重堰體高度設(shè)計為0.7m，厚度設(shè)計為0.5m，材料密度按7800kg/m³進行加工。兩者連接處下游側(cè)設(shè)置直徑為0.2m的圓形凹槽，與設(shè)計在固定堰基1迎水頂然處設(shè)置的橫軸4隅合連接。

通過計算，可知

當h=0.55,h1=1.5,w1=0.3,ρ1=1.0,h2=0.7,w2=0.3,ρ2=7.8時，

翻轉(zhuǎn)力矩=15325n·m

穩(wěn)定力矩=15325n·m

意味著，當擋水堰體2上的水頭達到0.55m時，堰受力情況基本處于臨界狀態(tài)，開始翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)（如圖3所示）。

當擋水堰體2處于水平狀態(tài)時，堰體水頭高度小于0.36m時，活動堰本將自動翻轉(zhuǎn)至擋水狀態(tài)（如圖2所示）。