堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶的制作方法
【專利摘要】堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，屬于堤壩分洪水利工程技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型可向農(nóng)田可控的分散分泄超標(biāo)準(zhǔn)洪水保堤壩，動(dòng)態(tài)浮體出口消能兼具挑流、面流、底流的優(yōu)點(diǎn)，適用任何地形地質(zhì)條件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造快捷、可搶險(xiǎn)臨建、造價(jià)低。它包括：籠式攔污柵（4）放置上游進(jìn)口鉿U型槽（3）內(nèi)，HDPE拍門（5）固定在分洪管身（6）進(jìn)口外側(cè)，分洪管身（6）水平埋于堤壩（1）上部，分洪管身（6）下游端與剛體骨架人工合成材料的輸水帶（8）相連，剛體骨架人工合成材料的輸水帶（8）下游端與人工合成材料的輸水帶（9）相連，人工合成材料的輸水帶（9）出口布置動(dòng)態(tài)浮體（10）上。適用于堤防、大壩可控非常分洪及抗洪搶險(xiǎn)。
【專利說(shuō)明】
堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于堤壩分洪水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶。
【背景技術(shù)】
[0002]2015年日本9月10日發(fā)生潰堤，整棟房屋、成排車輛被沖走，造成多人傷亡失蹤、大量財(cái)產(chǎn)損失。1979年印度馬丘漫頂垮壩3000人慘遭滅頂。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家高標(biāo)準(zhǔn)堤防一旦決口就是災(zāi)難性的，這說(shuō)明堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫堤壩決口是世界性的難題。2013年黑龍江發(fā)生人力無(wú)法抵御的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，在現(xiàn)有的水利規(guī)范與技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)“確?？购閾岆U(xiǎn)部隊(duì)的安全”與堤壩安全這一目標(biāo)的防汛預(yù)案難度很大，如果通過(guò)創(chuàng)新理論、創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，也就解決了堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂潰決傷人毀物的世界性的難題，如下案例與難題進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明將產(chǎn)生巨大的的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益;如下案例與難題說(shuō)明本發(fā)明對(duì)保障國(guó)計(jì)民生具有迫切性。
[0003]超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤防漫頂潰決案例:2014年中國(guó)超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致?lián)p壞堤壩2.4萬(wàn)處。2013年黑龍江堤壩發(fā)生漫堤決口損失嚴(yán)重，由于交通不便如果強(qiáng)行堵口就會(huì)使搶險(xiǎn)隊(duì)伍身陷險(xiǎn)境甚至絕境。2005年6月黑龍江省寧安市沙蘭河超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫堤決口，造成了死亡117人的重大傷亡。1998年洪水全國(guó)死亡3004人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1666億元，其中九江大堤決堤，沉9只船與投入大量搶險(xiǎn)物資，數(shù)萬(wàn)軍民4天才控制住。
[0004]大壩漫頂潰決案例:2014年中國(guó)超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致4座小型水庫(kù)垮壩，1975年河南板橋、石漫灘等水庫(kù)漫頂垮壩，近在咫尺的下游搶險(xiǎn)隊(duì)伍無(wú)一幸免，2.6萬(wàn)人慘遭滅頂，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100億美元。1963年8月河北省多座水庫(kù)漫頂垮壩，1467人慘遭滅頂，1951年至1986年世界其它國(guó)家洪水漫頂潰壩59座。
[0005]超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤壩面臨的難題:江河堤壩普遍達(dá)標(biāo)的情況下，洪水都匯到河道里，增加下游發(fā)生洪水的機(jī)率，堤壩增高，河道存水量增大，一旦發(fā)生決堤，就是滅頂之災(zāi)。遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水保堤壩不決口，采用手段只有三個(gè)，“蓄、擋、分”，“水庫(kù)蓄、堤壩擋”都有限度，一旦遇到不可抗拒的洪水，三種手段達(dá)到極限而分洪建筑物又不能現(xiàn)建，決口不可避免，這是現(xiàn)有水利工程技術(shù)面臨的難題，這三個(gè)選項(xiàng)中只有分洪保堤壩是萬(wàn)全之策。由于小型水庫(kù)流域面積小、量大，罕見(jiàn)暴雨中心集中在小型水庫(kù)的流域面積內(nèi)的概率大，而小型水庫(kù)重要性小社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益低，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，發(fā)生漫壩潰決不可避免，14年中國(guó)有4座小型水庫(kù)發(fā)生漫壩潰決就是例證，這是小型水庫(kù)遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水面臨的難題。目前在土質(zhì)堤壩上分洪(泄洪)建筑物形式有鉿結(jié)構(gòu)的分洪閘及溢洪道、過(guò)水土壩、壩下埋管、豎井式溢洪道、虹吸式溢洪道及人為決堤分洪，這些分洪溢洪建筑物均不可能發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水搶險(xiǎn)時(shí)現(xiàn)建，面流、消力戽、挑流，面流、消力戽需要一定水力條件，底流、面流、消力戽消能必須有鉿結(jié)構(gòu)護(hù)坦，挑流消能必有挑坎與水頭形成安全沖坑。無(wú)消能設(shè)施的水庫(kù)破副壩的非常溢洪道，一旦啟動(dòng)代價(jià)高且不可控，其它非常溢洪道不僅造價(jià)高還需要一定的地形、地質(zhì)條件。
[0006]超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤漫頂潰決的原因:這些水毀共同的特點(diǎn)就是遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水的重大自然災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家也一樣存在，這是世界性的難題，世界各國(guó)通用的水庫(kù)設(shè)計(jì)理論，是按照規(guī)范規(guī)定的具體量化洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)工程，確保在規(guī)范內(nèi)不發(fā)生工程水毀，各國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件不同僅僅是其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不一樣，發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀概率低，而發(fā)展中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀概率高。在理論上用規(guī)范的有限量化洪水標(biāo)準(zhǔn)不能解決無(wú)限的超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀的問(wèn)題;土石結(jié)構(gòu)堤壩無(wú)法抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水。目前缺少水庫(kù)的副壩分洪、非常溢洪道可控分洪的防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論。
[0007]利用葉興的泄洪灘地水毀機(jī)理，構(gòu)建向農(nóng)田、灘地分散分洪的新型分洪措施，為解決以上一系列難題提供一種新結(jié)構(gòu)。但是向農(nóng)田分洪面臨難于獲取堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶下游水位及地質(zhì)精確資料的新難題，尤其搶險(xiǎn)臨建時(shí)，同時(shí)也面臨超過(guò)設(shè)計(jì)工況的超標(biāo)準(zhǔn)洪水難題，本發(fā)明必須解決這些新難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的:為實(shí)現(xiàn)“確保抗洪搶險(xiǎn)部隊(duì)的安全”與堤壩安全的目標(biāo)，構(gòu)建新型堤壩分洪結(jié)構(gòu)，分洪保堤壩避免產(chǎn)生潰堤壩涌浪造成滅頂之災(zāi)，讓人畜有逃生機(jī)會(huì)，減少工程水毀的財(cái)產(chǎn)損失，為解決堤防超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂潰決的世界性難題，向農(nóng)田分洪提供一種堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，當(dāng)遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，能夠可控分洪防止壩體漫頂決口，為解決目前堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水潰決的難題，提供一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法;且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搶險(xiǎn)臨時(shí)建造、建造快捷、使用管理方便、造價(jià)低、不永久占地。
[0009]本發(fā)明適用于堤防利用河道、溝、塘、低洼地向農(nóng)田分散分泄堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水，適用于水庫(kù)非常溢洪道，還適于用于水庫(kù)遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水泄流能力不夠的情況下分洪保壩，還適用于原設(shè)計(jì)副壩作為非常溢洪道的水庫(kù)遇較小超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下可控分洪保副壩不分洪，還適于任何堤壩需要抗洪搶險(xiǎn)、可控分洪的地方。
[0010]實(shí)現(xiàn)以上目的其技術(shù)方案如下:堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，它包括籠式攔污柵放置在進(jìn)口鉿U型槽內(nèi)，HDPE拍門放置在籠式攔污柵內(nèi)，HDPE拍門固定在分洪管身上游進(jìn)口端，分洪管身水平埋設(shè)在堤壩上部，且分洪管身進(jìn)口端位于進(jìn)口鉿U型槽與籠式攔污柵內(nèi)，分洪管身下游出口端放置在出口鉿U型槽內(nèi)，分洪管身下游出口端與剛體骨架人工合成材料的輸水帶入口相連，剛體骨架人工合成材料的輸水帶放置在堤壩下游坡上，剛體骨架人工合成材料的輸水帶下游端與人工合成材料的輸水帶相連，人工合成材料的輸水帶平放在地上，人工合成材料的輸水帶出口布置動(dòng)態(tài)浮體上。
[0011]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以上目的，所述的分洪管身或人工合成材料的輸水帶內(nèi)腔直徑采用下述公式計(jì)算:
[0012]d=(4*Q/(3T*yc*n*(2*g*Ho)1/2) )1/2式一
[0013]=1/(1+λ*1/(1+Σζ)1/2式二
[0014]Ho=H+0.5*a*V02/g式三
[0015]式中:d——為分洪管身或人工合成材料的輸水帶內(nèi)腔直徑，m;Q——為分洪點(diǎn)的分洪管流量，m3/S;3i—一為圓周率;μ。一一為分洪管身或人工合成材料的輸水帶流量系數(shù)；η——為分洪管身或人工合成材料的輸水帶數(shù)量;g—一重力加速度，m2/S;Ho、H——分別為不包括行近流速水頭和包括行近流速水頭的作用水頭;λ—一為分洪管身或人工合成材料的輸水帶沿程阻力系數(shù)；I一一為分洪管身或人工合成材料的輸水帶計(jì)算段長(zhǎng)度，m; Σζ一一為分洪管身或人工合成材料的輸水帶計(jì)算段中總損失系數(shù)之和;a—一為動(dòng)能修正系數(shù);vo 為行近流速，m/ s。
[0016]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以上目的，所述的人工合成材料的輸水帶長(zhǎng)度采用如下公式計(jì)算；
[0017]L=A+mT 式四
[0018]T=(0.66*q*(2*ao-z/h)1/2)/((rs/;r-l)*g*d)1/2*(h/d)-ht 式五
[0019]式中:L--為堤壩后人工合成材料的輸水帶長(zhǎng)度，m;A--為安全加長(zhǎng)，m;m--
為允許沖刷坑后坡邊坡系數(shù);T--沖坑深度，m; q--為人工合成材料的輸水帶出口單寬流量，m3/s.m；ao 為消力坎末端的流速分布的動(dòng)能修正系數(shù);z 為速分布最大流速的位置高度，m;h--為人工合成材料的輸水帶出口水深，m;ht--為分洪處下游水深，m;rs，
r--分別是床沙和水的容重，KN/ cm3 ； d--為cbo的床沙粒徑;cm。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用溝、泡、塘、低洼地、農(nóng)田向農(nóng)田分散可控分泄超標(biāo)準(zhǔn)洪水突破現(xiàn)有向滯洪區(qū)集中分洪的限制，使人畜有逃生機(jī)會(huì)，改變現(xiàn)有設(shè)計(jì)理念，填補(bǔ)堤防非常分洪設(shè)計(jì)理論的空白，為解決了用有限的洪水標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法解決無(wú)限超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤防漫堤潰決的世界性難題提供一種新型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)既保證搶險(xiǎn)部隊(duì)安全又保證堤壩安全，本發(fā)明具體效果與優(yōu)點(diǎn)如下:
[0021]1.本發(fā)明對(duì)于無(wú)分洪的堤防，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)建可控分泄超標(biāo)準(zhǔn)洪水的分洪體系，確保堤防不決口，避免產(chǎn)生潰壩涌浪造成滅頂之災(zāi)，讓人畜有逃生機(jī)會(huì)，減少工程水毀的財(cái)產(chǎn)損失。實(shí)現(xiàn)“確?？购閾岆U(xiǎn)部隊(duì)的安全”與堤壩安全。產(chǎn)生巨大社會(huì)效益、節(jié)約工程投資、減少水毀造成的巨額經(jīng)濟(jì)損失。
[0022]2.本發(fā)明可快速臨時(shí)增建的優(yōu)點(diǎn)，可以解決無(wú)限超標(biāo)準(zhǔn)洪水的難題，為構(gòu)建基于泄洪灘地水毀機(jī)理向農(nóng)田可控分洪的防災(zāi)減災(zāi)理論提供一種新型結(jié)構(gòu)支撐。
[0023]3.本發(fā)明可以采用減少拍門開(kāi)度或關(guān)閉拍門防止沖坑上延危及堤壩，分洪能力不夠可臨時(shí)增加分洪管帶，難于準(zhǔn)確獲取極其復(fù)雜的水文地質(zhì)設(shè)計(jì)資料的難題就得到解決，因?yàn)楸景l(fā)明按權(quán)利2、權(quán)利3設(shè)計(jì)，下游農(nóng)田水位及地質(zhì)條件難獲取，尤其搶險(xiǎn)臨建，只能按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一旦資料獲取不準(zhǔn)確或超出設(shè)計(jì)的洪水必然導(dǎo)致沖坑超出設(shè)計(jì)值，輸水帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不夠沖坑上延就會(huì)直接危機(jī)堤壩安全。
[0024]4.本發(fā)明與現(xiàn)有堤防與分洪設(shè)計(jì)理論比較，現(xiàn)在設(shè)計(jì)理論是按規(guī)范規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)堤壩，超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫堤潰決是必然，分洪必須有合適的湖泊低洼地，還要受到分洪閘、圍堤巨大經(jīng)濟(jì)投入與工程永久占地的限制，而且超出滯洪區(qū)容量圍堤又必潰。本發(fā)明為利用泄洪灘地水毀機(jī)理增加向農(nóng)田分散分泄超標(biāo)準(zhǔn)洪水的堤防超標(biāo)準(zhǔn)洪水防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論提供一種新結(jié)構(gòu)，突破現(xiàn)有向滯洪區(qū)集中分洪的限制。還實(shí)現(xiàn)不永久占地，利用洪水改良土壤的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)化洪為澇、化洪為利。
[0025]5.本發(fā)明與現(xiàn)有涵管結(jié)構(gòu)分洪比較，與涵管整體比較現(xiàn)有涵管必須永久占地、集中分洪而且造價(jià)高昂，遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水超泄能力低卻無(wú)法臨時(shí)增建，本發(fā)明可以向農(nóng)田分散分洪、不用就占地，在汛期采用Pe、Pvc結(jié)構(gòu)可臨建，憑增加分洪管帶可以抵御任何級(jí)別超標(biāo)準(zhǔn)洪水，實(shí)現(xiàn)分洪保堤壩。與現(xiàn)有涵管布置比較，現(xiàn)有涵管只能深埋，受滲流凍害影響，本發(fā)明分洪管身布置在堤壩頂部，分洪管身的長(zhǎng)度短，增加的是價(jià)格低廉的人工合成材料的輸水帶，不單造價(jià)低而且施工容易，增加分洪管身與人工合成材料的輸水帶數(shù)量，小管徑、短管的分洪管身工程量增加不明顯，為設(shè)置多個(gè)分洪管身與人工合成材料的輸水帶提供條件，也為采用HDPE拍門提供條件，分洪管埋入堤壩內(nèi)不影響交通，對(duì)有交通要求的堤壩極大降低造價(jià)。與現(xiàn)有涵管閘門比較，涵管閘門必須有閘室、閘門啟閉機(jī)，本發(fā)明安裝在分洪管進(jìn)口端的HDPE拍門控制分洪，由于拍門水深小，出現(xiàn)故障容易處理，可以不設(shè)檢修閘門與檢修橋，由于啟閉力小人力可以拉起、關(guān)閉拍門，無(wú)需啟閉機(jī)也就不用建工作橋，極大降低工程造價(jià)，使用管理方便，采用沒(méi)有回收價(jià)值的輕質(zhì)HDPE拍門造價(jià)低又防盜、搶險(xiǎn)時(shí)運(yùn)輸、臨時(shí)組建方便。與現(xiàn)有涵管管身比較，剛體骨架人工合成材料的輸水帶代替鉿管把水輸送到下游，形成有壓流增加單位面積的過(guò)流能力，降低壩頂管身工程量，剛體骨架人工合成材料的輸水帶取材廣泛、運(yùn)輸組建方便、造價(jià)低廉。與現(xiàn)有涵管消能防沖比較，人工合成材料的輸水帶，把水輸送到遠(yuǎn)離堤壩安全地帶，保證人工合成材料的輸水帶的無(wú)消能設(shè)施出口的沖坑不危機(jī)堤壩安全，人工合成材料的輸水帶取材廣泛、運(yùn)輸組建方便、造價(jià)低廉。動(dòng)態(tài)浮體出口消能，柔性人工合成材料的輸水帶動(dòng)態(tài)浮體出口的浮體隨水位上漲而上移或調(diào)整出口方向形成面流、中部淹沒(méi)流、底流沖坑消能防沖，形成一種新型的無(wú)挑坎挑流的沖坑消能的動(dòng)態(tài)浮體消能防沖形式，它適用于任何下游水位、地質(zhì)條件、水頭差條件的消能防沖。出口向下傾斜通過(guò)沖坑淹沒(méi)底流消能防沖適用于兩岸抗沖能力低的地質(zhì)條件，出口遠(yuǎn)離基床但淹沒(méi)的中部淹沒(méi)底流消能防沖適用于下游水深大、地基抗沖能力低，這種無(wú)鉿結(jié)構(gòu)消力池、砌石防沖的底流式消能防沖結(jié)構(gòu)突破現(xiàn)有底流消能需要高昂造價(jià)的鉿結(jié)構(gòu)消力池、砌石防沖的結(jié)構(gòu)形式；出口向上挑自由出流形成面流消能防沖，適用于兩岸抗沖能力高的地質(zhì)條件或下游水位高的條件，這種無(wú)鉿結(jié)構(gòu)挑坎、無(wú)鉿結(jié)構(gòu)護(hù)坦、無(wú)砌石消能防沖的面流消能突破現(xiàn)有面流、消力戽消能需要較高下游水位的條件限制與結(jié)構(gòu)形式;這種無(wú)鉿結(jié)構(gòu)挑坎形成安全沖坑的消能防沖，突破挑流沖坑消能需要一定的水頭差限制條件及鉿結(jié)構(gòu)的挑坎的消能形式;柔性人工合成材料的輸水帶動(dòng)態(tài)浮體出口安全沖坑消能防沖，具備挑流安全沖坑的設(shè)計(jì)原理但無(wú)需把水流挑射到空中，具備面流、底流、消力戽消能的水力特點(diǎn)但無(wú)需其鉿結(jié)構(gòu)與砌石結(jié)構(gòu)，突破現(xiàn)有面流、底流、消力戽、挑流消能形式與結(jié)構(gòu)，兼具面流、底流、消力戽、挑流消能的優(yōu)點(diǎn)。人工合成材料的輸水帶及動(dòng)態(tài)浮體出口取材廣泛、運(yùn)輸組建方便、造價(jià)低廉，對(duì)抗洪搶險(xiǎn)極其有利。分洪期過(guò)后取下人工合成材料的輸水帶恢復(fù)耕地，不永久占用耕地。攔污柵保證人工合成材料的輸水帶過(guò)水安全。通過(guò)籠式攔污柵、HDPE拍門、分洪管身、剛體骨架人工合成材料的輸水帶、人工合成材料的輸水帶以及動(dòng)態(tài)浮體出口相互依賴構(gòu)成消能防沖的新型結(jié)構(gòu)布置，形成可拆裝的新型分洪建筑物。這樣本發(fā)明就實(shí)現(xiàn)采用輕型材質(zhì)運(yùn)輸方便、拆建快捷、無(wú)固定閘門、啟閉機(jī)、非分洪期無(wú)人值守維護(hù)、無(wú)凍害、無(wú)隱患、不永久占有耕地、可分散可組合、可控向農(nóng)田低洼地泡塘分洪、造價(jià)低的目標(biāo)。取材廣泛、價(jià)廉、運(yùn)輸方便、建造快捷、使用管理方便、造價(jià)低的特點(diǎn)，恰恰適用于抗洪搶險(xiǎn)，也恰恰適用于不經(jīng)常啟用的堤壩非常分洪。
[0026]6.本發(fā)明與現(xiàn)有堤防分洪閘比較，堤防分洪閘需要集中分洪、需要有低洼地滯洪區(qū)、需要有滯洪區(qū)圍堤、需要專人日常維護(hù)管理，而且造價(jià)造價(jià)高、啟用頻率小，本發(fā)明向農(nóng)田分散分洪無(wú)需滯洪區(qū)、無(wú)需圍堤、無(wú)需專人日常維護(hù)管理、造價(jià)低。
[0027]7.本發(fā)明與現(xiàn)有非常溢洪道比較，實(shí)現(xiàn)不具備建非常溢洪道(分洪閘)、沒(méi)有非常溢洪道(分洪閘)或者副壩分洪的堤壩也可以可控分洪保堤壩的目標(biāo);本發(fā)明既可以代替不經(jīng)常啟用的非常溢洪道(分洪閘)還可以作為汛期分洪保堤壩的搶險(xiǎn)措施;本發(fā)明的材料組合、結(jié)構(gòu)布置形式、拆裝與組合性的創(chuàng)新突破了現(xiàn)有土質(zhì)壩上的分洪形式。
[0028]8.本發(fā)明與現(xiàn)有抗洪搶險(xiǎn)比較，搶險(xiǎn)可以現(xiàn)場(chǎng)快速組裝，通過(guò)增加管帶數(shù)量也解決分洪管身與人工合成材料的輸水帶有壓流超泄能力低的缺點(diǎn)。既可以作為水庫(kù)非常溢洪道也可以作為水庫(kù)超標(biāo)準(zhǔn)洪水抗洪搶險(xiǎn)還可以避免啟動(dòng)副壩非常溢洪道可控分洪，既實(shí)現(xiàn)江河堤壩向農(nóng)田臨時(shí)分洪不永久占用耕地也實(shí)現(xiàn)任何地點(diǎn)可控分洪還實(shí)現(xiàn)分散分洪目標(biāo)，既避免集中分洪帶來(lái)滅頂之災(zāi)也避免全線抗洪。本發(fā)明通過(guò)材料組合、新型結(jié)構(gòu)布置、新型消能防沖，形成可拆裝、可組合的新型分洪建筑物也可用于抗洪搶險(xiǎn)分洪保堤壩。
[0029]9.本發(fā)明與現(xiàn)有分洪建筑物比較，啟用后受紫外線照射易老化的缺點(diǎn)，但是超標(biāo)準(zhǔn)洪水啟動(dòng)概率小可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)；存在單管分洪量少的缺點(diǎn)，但是單管造價(jià)低可以用增加分洪管數(shù)彌補(bǔ)。
[0030 ]本發(fā)明輸水帶的適用流速小于17m/s，高速水流應(yīng)專門論證空化空蝕。
[0031]【附圖說(shuō)明】:
[0032]圖1堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶縱斷示意圖；
[0033]圖2堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶平面示意圖。
[0034]【具體實(shí)施方式】:下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明，(參見(jiàn)圖1、圖2)0
[0035]實(shí)施例1:堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，籠式攔污柵4放置在進(jìn)口鉿U型槽3內(nèi)，防止漂浮物破壞土工合成材料及堵塞分洪管，HDPE拍門5放置在籠式攔污柵4內(nèi)，控制分洪作用，HDPE拍門5固定在分洪管身6上游進(jìn)口端，分洪管身6水平埋設(shè)在堤壩I上部，形成有壓流，增加單位過(guò)水?dāng)嗝娴姆趾榱髁?，且分洪管?上游出口端位于進(jìn)口鉿U型槽3與籠式攔污柵4內(nèi)，分洪管身6下游出口端放置在出口鉿U型槽7內(nèi)，分洪管身6下游出口端與剛體骨架人工合成材料的輸水帶8-1入口相連(所述剛體骨架為鋼筋鐵絲網(wǎng)等固體作成內(nèi)徑與分洪管身6內(nèi)徑相同的骨架，所述人工合成材料為帆布襯膠、不透水布、厚塑料薄膜或復(fù)合土工膜)，剛體骨架人工合成材料的輸水帶8-2放置在堤壩I下游坡上，代替鉿結(jié)構(gòu)輸水、降低管材造價(jià)并形成管流，剛體骨架人工合成材料的輸水帶8下游端與人工合成材料的輸水帶9相連，人工合成材料的輸水帶9平放在地上，人工合成材料的輸水帶9出口布置動(dòng)態(tài)浮體10上，浮體出口減少?zèng)_刷，輸水帶把水送到遠(yuǎn)離堤壩安全地方防止沖坑上延危及堤壩，形成新型消能設(shè)施。
[0036]分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8內(nèi)腔直徑采用下述公式計(jì)算:
[0037]d=(4*Q/(3T*yc*n*(2*g*Ho)1/2) )1/2式一
[0038]=1/(1+λ*1/(1+Σζ)1/2式二
[0039]Ho=H+0.5*a*V02/g式三
[0040]式中:d——為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8內(nèi)腔直徑，m;Q——為分洪點(diǎn)的分洪管流量，m3/s P—一為圓周率;μ。一一為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8流量系數(shù);η—一為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8數(shù)量;g—一重力加速度，m2/s;Ho、H--分別為不包括行近流速水頭和包括行近流速水頭的作用水頭；
λ一一為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8沿程阻力系數(shù)；I一一為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8計(jì)算段長(zhǎng)度，m; Σζ——為分洪管身6或剛體骨架人工合成材料的輸水帶8計(jì)算段中總損失系數(shù)之和;α 為動(dòng)能修正系數(shù);vo 為行近流速，m/s ο[0041 ]人工合成材料的輸水帶長(zhǎng)度采用如下公式計(jì)算；
[0042]L=A+mT式四
[0043]T=(0.66*q*(2*ao-z/h)1/2)/((rs/;r-l)*g*d)1/2*(h/d)-ht式五
[0044]式中:L--為堤壩后人工合成材料的輸水帶9長(zhǎng)度，m;A--為安全加長(zhǎng)，m;m--
為允許沖刷坑后坡邊坡系數(shù);T--沖刷坑深度，m;q--為人工合成材料的輸水帶9出口單寬流量，m3 / s.m; ao 為消力坎末端的流速分布的動(dòng)能修正系數(shù);z 為速分布最大流速的位置高度，m;h—一為人工合成材料的輸水帶9出口水深，m;ht—一為分洪處下游水深，m;rs,r--分別是床沙和水的容重，KN/ cm3 ； d--為dso的床沙粒徑;cm。
[0045]分洪管身6設(shè)計(jì)限制條件是農(nóng)田的允許單寬流量[q]，人工合成材料的輸水帶9長(zhǎng)度L的限制條件是q、ht、rs、r，農(nóng)田壟向、植被也直接影響L，當(dāng)這些限制條件難于獲取或遇到超設(shè)計(jì)工況時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)選取，堤壩直接向農(nóng)田分洪依據(jù)是堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論，所述堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論是在現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論、規(guī)范基礎(chǔ)上按照泄洪灘地水毀機(jī)理增加防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)，按照泄洪灘地水毀機(jī)理設(shè)計(jì)分洪管身6，避免出現(xiàn)災(zāi)難性潰堤壩涌浪與嚴(yán)重沖刷，把承擔(dān)分洪的農(nóng)田視為泄洪灘地，利用其機(jī)理遇到不可抗拒的超標(biāo)準(zhǔn)洪水向?yàn)┑?、農(nóng)田可控分散分洪，所述的超標(biāo)準(zhǔn)洪水是指超過(guò)規(guī)范規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn)或超過(guò)工程所能承受的洪水，所述的泄洪灘地水毀機(jī)理是:承擔(dān)渠首部分泄洪流量的泄洪灘地水毀演變過(guò)程是在春汛小流量時(shí)，灘地會(huì)發(fā)生沖刷破壞，形成“水打溝”；一旦水打溝形成，水流回淘演變成水打溝向上游快速擴(kuò)展的“倒?fàn)颗！?，水打溝互相連通形成“串溝”；串溝與上下游河道連通，部分河水走此串溝形成“拉口子”，這些形式的灘地破壞，往往發(fā)生在小流量，大流量反而安全；串溝進(jìn)一步發(fā)展就變成“割灘改道”，往往夏汛發(fā)生“割灘改道”，而春汛很少發(fā)生，以上演變可以是一次洪水也可以多次，把上下游水流量關(guān)系繪在一張圖上，然后把河床底高程、堆石壩、沖沙閘、灘地高程相關(guān)因素標(biāo)注其上，構(gòu)成渠首泄洪灘地相關(guān)因素圖，把渠首泄洪灘地相關(guān)因素圖分四個(gè)區(qū)域，I區(qū)，灘地未行洪，灘地安全，2區(qū)，灘地過(guò)流但下游河水尚未出槽，此時(shí)水流屬于自由堰流，灘上水流屬于堰上急流，小流量高流速，沖刷破壞力強(qiáng)；3區(qū)，下游河水出槽，但下、上游灘上水深比〉=0.8，此時(shí)水流屬于自由堰流，沖刷破壞力較大;4區(qū)，下、上游灘上水深比〈0.8，此時(shí)屬于淹沒(méi)堰流，相對(duì)安全區(qū);K線，同一時(shí)刻潰堤壩上下游水位?流量點(diǎn)連線，此時(shí)屬于堰流，K的斜率小表示潰堤壩瞬間上下游水位差大、流量差大，單寬潰堤壩流量大、流速尚，廣生較尚潰堤壩涌浪，其破壞性大，很高的潰堤壩涌浪會(huì)摧毀沿程的渠首、水庫(kù)、堤防、橋梁等建筑物，形成災(zāi)難性的潰堤壩涌浪，K的斜率大表不潰堤壩瞬間上下游水位差小、流量差小，單寬潰堤壩流量小、流速低，產(chǎn)生較低潰堤壩涌浪，破壞性較小，甚至是安全的，如果春汛發(fā)生在二、三區(qū)而此時(shí)灘地植被尚未形成，表層松散的凍融土抗沖能力低，就會(huì)發(fā)生“水打溝、串溝、拉□子”，但此時(shí)灘地尚未完全融化，所以不會(huì)輕易改道，如果夏汛發(fā)生在二、三區(qū)時(shí)間長(zhǎng)，一旦拉口子就會(huì)演變成“割灘改道”，堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶為防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論提供一種新型結(jié)構(gòu)。
[0046]汛期使用與管理:當(dāng)洪水越過(guò)預(yù)定水位進(jìn)入防汛時(shí)，先安裝籠式攔污柵4(可采用鋼筋鐵絲網(wǎng))，HDPE拍門5，水位達(dá)到相應(yīng)警戒水位時(shí)，安裝剛體骨架人工合成材料的輸水帶8(剛體骨架為鋼筋鐵絲網(wǎng)、鋼筋繩網(wǎng)或塑料鐵絲網(wǎng)構(gòu)成輸水帶管狀支撐骨架，人工合成材料為帆布襯膠、不透水布、厚塑料薄膜或復(fù)合土工膜)、人工合成材料的輸水帶9及動(dòng)態(tài)浮體出口 10。當(dāng)水位達(dá)到堤壩分洪預(yù)案水位或者堤壩下游出現(xiàn)險(xiǎn)情需要上游分洪降低水位時(shí)，拉起HDPE拍門5繩索開(kāi)啟部分或全部拍門分洪;分洪時(shí)必須有人值守，當(dāng)分洪超出權(quán)利2、權(quán)利3要求的水文地質(zhì)的設(shè)計(jì)工況時(shí)，尤其注意監(jiān)控沖坑擴(kuò)展是否危及堤壩安全，遇到異常情況及時(shí)關(guān)門；當(dāng)遇到超設(shè)計(jì)工況洪水時(shí)或分洪管帶遇到異常時(shí)應(yīng)臨時(shí)增建分洪管帶；當(dāng)水位降落，拍門開(kāi)度也減少，或者關(guān)閉部分拍門，來(lái)流量達(dá)到安全時(shí)全部關(guān)閉拍門。汛期過(guò)后取下籠式攔污柵4、HDPE拍門5、剛體骨架人工合成材料的輸水帶8、人工合成材料的輸水帶9，如向農(nóng)田分洪出現(xiàn)沖坑，汛后采用吹填恢復(fù)耕地。進(jìn)口鉿U型槽3用塑料薄膜及沙袋土體封堵并做好護(hù)砌，防止意外過(guò)流破壞堤壩，如果分洪管身6采用Pe、Pvc或Pp化工管，分洪管身6的出口鉿U型槽7也應(yīng)封堵防止分洪管身6受紫外線照射老化。
[0047]實(shí)施例2:抗洪搶險(xiǎn)臨時(shí)分洪時(shí)，如果水深較小或者無(wú)HDPE拍門，采用鐵絲網(wǎng)綁在分洪管身6進(jìn)口端作為籠式攔污柵4，用沙袋+無(wú)紡布+鐵絲擋土或者管身伸出上游坡代替進(jìn)口鉿U型槽3，分洪管身6伸出下游堤坡代替分洪管身6的出口鉿U型槽7，如果需要停止分洪，在籠式攔污柵4前放彩條布?jí)荷炒鍴DPE拍門5，其它同上。
[0048]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，其特征在于:包括進(jìn)口鉿U型槽(3)、籠式攔污柵(4)、HDPE拍門(5)、分洪管身(6)、剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)、人工合成材料的輸水帶(9)、動(dòng)態(tài)浮體(10);所述籠式攔污柵(4)放置在進(jìn)口鉿U型槽(3)內(nèi)，所述HDPE拍門(5)放置在籠式攔污柵(4)內(nèi)，HDPE拍門(5)固定在分洪管身(6)上游進(jìn)口端，所述分洪管身(6)水平埋設(shè)在堤壩(I)上部，且分洪管身(6)進(jìn)口端位于進(jìn)口鉿U型槽(3)與籠式攔污柵(4)內(nèi)，分洪管身(6)下游出口端放置在出口鉿U型槽(7)內(nèi)，分洪管身(6)下游出口端與剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8-1)入口相連，所述剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8-2)放置在堤壩(I)下游坡上，人工合成材料的輸水帶(9)平放在地上，人工合成材料的輸水帶(9)出口布置動(dòng)態(tài)浮體(10)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，其特征在于:所述分洪管身(6)及剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)內(nèi)腔直徑采用下述公式計(jì)算: d=(4*Q/(jr*yc*n*(2*g*H())1/2) )1/2式一 μ。=1/( Ι+λΦ?/?+Σζ)1/2式二 Ho=H+0.5*a*voVg式三 式中:d——為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)內(nèi)腔直徑，m;Q——為分洪點(diǎn)的分洪管流量，m3/S;3i—一為圓周率;μ。一一為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)流量系數(shù);η—一為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)數(shù)量;g--重力加速度，m2/s ;Hq、H--分別為不包括行近流速水頭和包括行近流速水頭的作用水頭;λ—一為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)沿程阻力系數(shù)；I一一為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)計(jì)算段長(zhǎng)度，πι;Σζ—一為分洪管身(6)或剛體骨架人工合成材料的輸水帶(8)計(jì)算段中總損失系數(shù)之和;a—一為動(dòng)能修正系數(shù);Vo--為行近流速，m/ s。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪管帶，其特征在于:人工合成材料的輸水帶(9)長(zhǎng)度L采用如下公式計(jì)算: L=A+mT 式四 T=(0.66*q*(2*aQ-z/h)1/2)/( (rs/r-l)*g*d)1/2*(h/d)-ht 式五 式中:L--為堤壩后人工合成材料的輸水帶(9)長(zhǎng)度，m;A--為安全加長(zhǎng)，m;m--為允許沖刷坑后坡邊坡系數(shù);T--沖刷坑深度，m; q--為人工合成材料的輸水帶(9 )出口單寬流量，m3 / s.m; ao 為消力坎末端的流速分布的動(dòng)能修正系數(shù);z 為速分布最大流速的位置高度，m;h—一為人工合成材料的輸水帶(9)出口水深，m;ht—一為分洪處下游水深，m；rs, r--分別是床沙和水的容重，KN/ cm3 ； d--為dso的床沙粒徑，cm。
【文檔編號(hào)】E02B1/00GK205475064SQ201620129475
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月20日
【發(fā)明人】葉興, 鄭喜財(cái), 胡蘭東, 生化君, 劉享東, 張曉東, 孫宏儒, 王曉巖
【申請(qǐng)人】葉興