分层定向透水式隔流堤的制作方法

本实用新型涉及水利工程和航运工程领域，具体涉及一种分层定向透水式隔流堤。

背景技术：

船闸、升船机等通航建筑物可以克服水位差，是保证梯级开发河流正常通航的重要设施。在通航建筑物的布置中，引航道是船闸或升船机与上、下游河道的连接通道，而引航道与河道衔接处的口门区一般处于静动水过渡区，受水流扩散和粘滞剪切的作用，不可避免会出现横向流、回流甚至泡漩等不良流态，影响船舶航行安全或正常通过。

为改善引航道口门区的水流条件，一般采用的方法包括调整隔流堤方向、延长引航道使口门区远离闸坝以及进行河道扩挖、岸线整治等。但在高山峡谷河段布置通航建筑物经常遇到河宽缩窄水急、险滩急弯交错、河势流态复杂等较为恶劣的天然条件，采取上述几种措施可能无法有效控导引航道口门区水流，若通过大规模开山劈石大幅度改变自然河道形态来改善水流条件，可能需要付出巨大经济代价，并不能作为优先考虑的实施方案。

现以图5为例对上述情况进一步说明，由于图中下游河道本身十分狭窄，设置隔流堤后河道过水断面被进一步压缩，受上游弯道水流和下游河道宽度沿程缩窄的共同影响，堤头以下河道水流向口门区急剧扩散，造成口门区回流和横向流普遍超标。

如果采用调整隔流堤和引航道布置的方案，产生的效果为：①隔流堤延长，口门区随之下移，由于下游河道宽度沿程缩窄，堤头以下河道整体流速加大，口门区水流条件反而有所恶化；②隔流堤缩短，由于堤头断面河道相对较宽，口门区的回流范围和回流强度均明显减小，但导向作用减弱，口门区横向流速明显增大；③隔流堤向河道侧偏转，对上游弯道水流的导向作用增强，口门区前段水流条件有所改善，但由于堤头偏转造成河道过水断面进一步缩窄，形成锁口效应，反而恶化了口门区中后段水流条件。因此，这种水流特性主要受引航道口门区总体河势控制，单纯通过调整隔流堤布置难以有效拟制口门区回流和横向流。若采用扩宽河道的方案也可能解决口门区流态问题，但该做法将带来较大的开挖和支护工程量，从而大幅增加工程投资。另外，人为改变天然地形及河势条件通常会引起河势调整、泥沙淤积等更为棘手的问题。

目前，解决该问题比较经济有效的方法是设置透水式隔流堤，如綦江新滩船闸、嘉陵江新政船闸、渠江风洞子船闸、嘉陵江金溪船闸等工程均采用了这种型式的隔流堤。现有的这些透水式隔流堤设计和研究均考虑了透水率及透水孔轴线与航道轴线的夹角变化对口门区水流条件的影响，通过合理设计可以达到挤压回流的效果。然而，已有的这些隔流堤透水孔均为全高度范围单层布置，且仅在平面内约束透水方向，不能控制水流在竖直剖面内的透水方向，对于引航道水位变幅较大的情况，在不同的水位通过透水孔的水流可能恶化表面流态，从而影响船舶在引航道内安全航行。

因此，急需研发一种新的隔流堤型式，既能有效改善高山峡谷复杂河势条件下引航道口门区的通航水流条件，又不产生其他问题或不利影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种分层定向透水式隔流堤，减轻引航道口门区横向流、回流及泡漩等不良流态影响，有效改善口门区通航条件的同时，不会恶化引航道内的表面流态，同时不需要付出较大的其他代价。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种分层定向透水式隔流堤，包括位于常规隔流堤末端与所述常规隔流堤处于同一直线上的透水式隔流堤主体，所述透水式隔流堤主体一侧为引航道，一侧为河床，所述透水式隔流堤主体的下游为引航道口门区，所述透水式隔流堤主体在水平方向上并排开有若干个连通所述引航道和河床的透水孔，每个所述透水孔内设有将所述透水孔由上至下平均分为若干层透水孔洞的导水隔板，每个所述透水孔洞位于所述引航道开口在位于所述河床开口的下游，每个所述透水孔洞位于所述引航道开口在位于所述河床开口的下方，且所述透水孔在水平面上的投影均与所述引航道轴线形成夹角α，为30°～60°，所述透水孔洞在立面上的投影与竖直线形成倾角β，为45°～60°。

优选地，每个所述透水孔洞位于所述河床开口的底缘与所述引航道开口的顶缘的高程差△h与设计船型吃水深度相匹配。

优选地，所述透水式隔流堤主体的底部设有底板，所述底板与所述引航道的底面同高程。

优选地，所述底板的宽度b大于所述透水式隔流堤主体的堤身宽度b，所述底板朝所述引航道一侧伸出，提高所述透水式隔流堤主体的稳定性。

优选地，所述透水式隔流堤主体的位置及长度l根据整体水工模型试验或水力学数值计算确定。

优选地，所述透水式隔流堤主体的高度h由通航水位确定，所述透水式隔流堤主体的堤身宽度b和所述底板宽度b根据建筑物稳定计算确定。

优选地，所述透水式隔流堤主体上透水孔的开孔率为0.15～0.30。

优选地，所述透水孔的宽度d为3～4m，两个相邻的所述透水孔之间的净距c为3～4米，所述导水隔板的厚度h为30～40cm，所述透水孔的高度为0.5～0.7×bcosβ

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、调整隔流堤和引航道布置的方法在遇到背景技术中提及的技术瓶颈时很难有效解决通航水流问题，本实用新型巧妙地利用水力学原理改善口门区水流条件，明显减轻引航道口门区横向流、回流及泡漩等不良流态影响，有效改善口门区通航条件，又不会恶化引航道内的表面流态，在绝大多数情况下都能取得良好效果，可适用范围更为广阔；

2、扩宽河道及岸线整治的方法经常需要大规模开山劈石，影响因素较多，投资巨大，碰到人口密集地区或地形、河势条件复杂等情况时并不是一种切实可行的方案，本实用新型仅需对隔流堤堤头部位的结构布置作优化调整，影响因素少，实施更加简单、经济；

3、常规透水式隔流堤的透水孔未进行分层定向设计，对于水位变幅较大的工程在不同水位条件下通过透水孔的水流可能对引航道内的表面流态产生不利影响，并且在减小斜向流的横向流速分量方面效果欠佳，本实用新型采用分层定向透水方案能够很好地适应水位变幅较大的情况，对不同水位条件均能够在不恶化引航道表面流态的同时显著降低流速梯度，减弱引航道口门区回流和横向水流强度，有效改善引航道口门区水流条件；

4、本实用新型对引航道口门区水流控导效果更好，适用范围更广，投资成本更低，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型分层定向透水式隔流堤的结构示意图；

图2为本实用新型分层定向透水式隔流堤在水平面上的投影图；

图3为本实用新型分层定向透水式隔流堤在立面上的投影图；

图4为本实用新型分层定向透水式隔流堤在引航道中的平面布置图；

图5为某枢纽下游引航道平面图。

图中各部件标号如下：

常规隔流堤1、透水式隔流堤主体2、引航道3、河床4、引航道口门区5、透水孔6、透水孔洞7、导水隔板8、底板9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1、图2及图3所示，本实用新型分层定向透水式隔流堤，包括位于常规隔流堤1末端与常规隔流堤1处于同一直线上的透水式隔流堤主体2，透水式隔流堤主体2一侧为引航道3，一侧为河床4，透水式隔流堤主体2的下游为引航道口门区5，透水式隔流堤主体2在水平方向上并排开有三个连通引航道3和河床4的透水孔6，每个透水孔6内设有将透水孔6由上至下平均分为三层透水孔洞7的导水隔板8，每个透水孔洞7位于引航道3开口在位于河床4开口的下游，每个透水孔洞7位于引航道3开口在位于河床4开口的下方，且透水孔6在水平面上的投影均与引航道3轴线形成夹角α，为30°～60°，透水孔洞7在立面上的投影与竖直线形成倾角β，为45°～60°。

另外，透水式隔流堤主体2的底部设有底板9，底板9与引航道3的底面同高程，底板9的宽度b大于透水式隔流堤主体2的堤身宽度b，底板9朝引航道3一侧伸出。

本实施例中，每个透水孔洞7位于河床4开口的底缘与引航道3开口的顶缘的高程差△h与设计船型吃水深度相匹配，透水式隔流堤主体2的位置及长度l根据整体水工模型试验或水力学数值计算确定，透水式隔流堤主体2的高度h由通航水位确定，透水式隔流堤主体2的堤身宽度b和底板宽度b根据建筑物稳定计算确定，透水式隔流堤主体2上透水孔6的开孔率为0.15～0.30，透水孔6的宽度d为3～4m，两个相邻的透水孔6之间的净距c为3～4米，导水隔板8的厚度h为30～40cm，透水孔6的高度为0.5～0.7×bcosβ

本实施例实施时，包括如下步骤：

(1)根据整体水工模型试验或水力学数值计算确定透水式隔流堤主体2的位置及长度l；

(2)根据通航水位确定透水式隔流堤主体2的高度h，根据建筑物稳定计算确定透水式隔流堤主体2的断面尺寸，包括堤身宽度b和底板宽度b；

(3)初步拟定透水孔开孔率，一般为0.15～0.30，初步拟定夹角α，一般为30°～60°，初步拟定倾角β，一般为45°～60°，且满足每个透水孔洞7进口处底缘与出口处顶缘的高程差△h大致等于设计船型吃水深度，初步拟定透水孔6宽度d，一般为3～4m，初步拟定透水孔6净距c，可取与d相同，拟定导流隔板8厚度h，一般为30～40cm；

(4)每层透水孔6高度与透水孔6倾角β及堤身宽度b相关，为0.5～0.7×bcosβ；

(5)通过模型试验或数值计算等手段调整上述参数，以达到最好效果。

本实施例中，分层是指通过在高度范围内设置多个导水隔板8，形成多层透水孔洞7，从而适应在不同水位条件下对水流的导向作用；定向是指通过调整导水隔板8角度使透水方向不仅在平面内与航道轴线形成夹角，在竖直剖面内也形成倾角。通过在不同水位条件下分层定向设置透水孔洞7均可以将隔流堤河道侧的水流分层斜向导入引航道口门区5下部水域，既可以通过提高引航道口门区5的断面平均流速，显著降低其与河道主流之间的流速梯度，从而产生减弱引航道口门区5回流和横向水流强度的效果，同时也避免了经过透水孔洞7的水流恶化引航道3内的表面流态，保证行船安全。

本实用新型分层定向透水式隔流堤，巧妙地利用水力学原理改善引航道口门区5水流条件，明显减轻引航道口门区5横向流、回流及泡漩等不良流态影响，有效改善引航道口门区5通航条件，又不会恶化引航道3内的表面流态，在绝大多数情况下都能取得良好效果，可适用范围更为广阔；且仅需对隔流堤堤头部位的结构布置作优化调整，影响因素少，实施更加简单、经济；另外，采用分层定向透水方案能够很好地适应水位变幅较大的情况，对不同水位条件均能够在不恶化引航道3表面流态的同时显著降低流速梯度，减弱引航道口门区5回流和横向水流强度，有效改善引航道口门区5水流条件；本实用新型对引航道口门区5水流控导效果更好，适用范围更广，投资成本更低，具有广泛的应用前景。

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