一种引调水工程输水渠道排冰闸装置的制作方法

本发明涉及引调水工程的输水安全领域，具体是一种引调水工程输水渠道排冰闸装置。

背景技术：

中国幅员辽阔，但全国范围的水资源时空分布严重不均衡，华北地区严重缺水，成为了制约当地社会经济发展的瓶颈。调水工程是缓解我国华北地区水资源短缺、优化水资源配置、改善生态环境的重大战略性基础设施，工程建成运行后，极大地提高了受水地区水资源的配置能力和供水保障能力，经济社会和生态环境效益非常显著。目前华北地区对调水工程水源的依存度非常高，即使在冬季也要求总干渠正常供水。中线总干渠全线跨越北纬33°～40°，北部渠段冬季气候寒冷，冬季运行时存在无冰输水、流冰输水和冰盖输水三种状态，局部渠段可能发生冰塞、冰坝等危害，特别是倒虹吸、隧洞、渡槽等节制闸进口前，以及曲率半径较小的弯道、山区开挖束窄渠段等。

为预防输水渠道发生冰塞、冰坝等灾害，一般在上述部位前设置拦冰索拦截浮冰，并将浮冰导向排冰闸排走。从目前实际运行情况来看，上述排冰闸基本上采用侧向排冰布置方式，其排冰效率都不高，排冰闸运行时的最大冰水比λ(单位时间的排冰量与排水量之比)不到0.02；当上游渠道的来冰强度大于排冰闸的排冰能力时，浮冰将在拦冰索前堆积，并进一步消减排冰闸的排冰能力，随着拦冰索前浮冰堆积量的增多，输水渠道内出现冰塞、冰坝等灾害的风险增大，对工程安全运行不利。总之，按照目前常规方法设计的排冰闸，其排冰耗水比大，排冰效率低，冰害风险较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有引调水工程输水渠道排冰闸排冰效率低下的技术不足，提供一种能够提高排冰效率的调水工程输水渠道排冰闸装置，对现行传统的引调水工程输水渠道排冰闸设施进行改进，在不改变排冰闸门门顶泄流水头的情况下，增大排冰引渠进口段的水流表面流速，提高水流的携冰能力，进而达到提高排冰效率的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种引调水工程输水渠道排冰闸装置，包括排冰引渠、排冰闸门、总干渠，所述排冰引渠布置于所述总干渠的一侧，所述排冰闸门布置在所述排冰引渠的渠首部位，其特征在于：还包括设于所述总干渠另一侧的支撑平台、设于所述排冰引渠中的支撑横梁、置于所述支撑横梁和所述支撑平台上的导冰槽，所述导冰槽中心线与所述排冰引渠中心线方向一致，导冰槽断面为“l”型，横跨总干渠并置于渠道表层水流中，所述导冰槽水平底板的上表面高程与所述排冰闸门的门顶高程相同。

进一步的，所述排冰引渠水流流向与总干渠水流流向的夹角为锐角。

进一步的，所述排冰引渠中心线与所述总干渠中心线的夹角为30°～70°。

进一步的，所述排冰闸门为平板钢闸门，门顶泄流，其门顶水头为h0，所述排冰闸门宽度为b0，所述导冰槽宽度b≈0.95b0，高度h≈1.3h0。

进一步的，所述导冰槽为钢结构。

进一步的，所述导冰槽与所述排冰闸门对接时保持一定间隙。

进一步的，所述导冰槽与所述排冰闸门之间的对接缝隙d≤0.05m。

进一步的，所述导冰槽包括导冰槽竖直挡板、导冰槽水平底板，导冰槽竖直挡板呈竖直设置，且位于总干渠下游一侧，导冰槽水平底板呈水平与导冰槽竖直挡板的底部边缘连接，即导冰槽竖直挡板与导冰槽水平底板相互垂直呈l型布置。

进一步的，所述导冰槽竖直挡板两端的顶部与导冰槽水平底板外侧边缘的两端连接有导冰槽提升框架，导冰槽提升框架的顶部设有两个导冰槽吊耳。

进一步的，所述导冰槽竖直挡板外侧壁的两端分别设有导冰槽支撑滚轮。

本发明具有如下有益效果：

1、通过在传统的排冰闸门前及渠道内布置一个断面为“l”型的导冰槽，导冰槽横跨总干渠并置于渠道表层水流中，当总干渠表层水流携带冰块进入导冰槽后，导冰槽下游一侧的导冰槽竖直挡板阻断了槽内携冰水流流向总干渠下游，而导冰槽水平底板又阻止了槽内携冰水流下潜，因此总干渠表层携冰水流进入导冰槽后只能流向排冰闸门方向，同时由于导冰槽水平底板上表面高程与排冰闸门顶高程相同，通过排冰闸门门顶下泄的水流几乎全部来自导冰槽，而导冰槽内水深较浅，流速较大，进而导致水流的携冰能力增强，排冰效率提高；

2、导冰槽与排冰闸门对接，排冰闸门泄流由薄壁堰流变为宽顶堰流，在堰顶水头相同的情况下，其水流下泄流量减小；

3、与现有技术相比，采用本发明后，排冰闸的排冰能力提高80％以上，而排冰耗水流量减少10％以上。

附图说明

图1为本发明一种引调水工程输水渠道排冰闸装置其中一个实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中用于支撑导冰槽的支撑横梁和支撑平台的结构示意图；

图3为本发明实施例中导冰槽的结构示意图；

图4为传统的引调水工程输水渠道排冰闸装置示意图；

图5为本发明排冰闸装置模型试验现场照片；

图6为传统排冰闸装置模型试验现场照片。

图中：1—排冰引渠，2—排冰闸门，3—导冰槽，4—支撑横梁，5—支撑平台，6—总干渠，7—拦冰索，3-1—导冰槽竖直挡板，3-2—导冰槽水平底板，3-3—导冰槽提升框架，3-4—导冰槽吊耳，3-5—导冰槽支撑滚轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～图3，本发明提供的一种引调水工程输水渠道排冰闸装置实施例，包括排冰引渠1、排冰闸门2、导冰槽3、支撑横梁4、支撑平台5、总干渠6。

所述排冰引渠1布置于所述总干渠6的一侧，所述排冰引渠1为矩形断面，所述总干渠6为矩形断面或梯形断面；所述排冰闸门2布置在所述排冰引渠1的渠首部位；所述支撑平台5设于所述总干渠6的另一侧，所述排冰引渠1中设有支撑横梁4，所述导冰槽3放置在所述支撑横梁4和所述支撑平台5上，即导冰槽3的一端放置在排冰闸门2前的支撑横梁4上，另一端放置在支撑平台5上，且可以根据需要升降。

如图3所示，所述导冰槽3横断面为l型，所述导冰槽3包括导冰槽竖直挡板3-1、导冰槽水平底板3-2、导冰槽提升框架3-3、导冰槽吊耳3-4、导冰槽支撑滚轮3-5，其中导冰槽竖直挡板3-1呈竖直设置，且位于总干渠下游一侧，导冰槽水平底板3-2呈水平与导冰槽竖直挡板3-1的底部边缘连接，即导冰槽竖直挡板3-1与导冰槽水平底板3-2相互垂直呈l型布置。导冰槽竖直挡板3-1两端的顶部与导冰槽水平底板3-2外侧边缘的两端连接有导冰槽提升框架3-3，导冰槽提升框架3-3亦呈7字形型布置，导冰槽提升框架3-3的顶部设有两个导冰槽吊耳3-4，通过导冰槽提升框架3-3和导冰槽吊耳3-4可实现对导冰槽3的吊装。导冰槽竖直挡板3-1外侧壁的两端分别设有导冰槽支撑滚轮3-5，所述导冰槽3通过导冰槽支撑滚轮3-5可以根据需要在排冰引渠1和支撑平台5上升降。

所述排冰引渠1中心线与所述总干渠6中心线的夹角为30°～70°；所述排冰引渠1和所述排冰闸门2的宽度为b0，所述排冰闸门2的门顶水头为h0；所述导冰槽3为钢结构，其中导冰槽竖直挡板3-1的高度h≈1.3h0，导冰槽水平底板3-2的宽度b≈0.95b0；在排冰季节，所述导冰槽3被放置在所述支撑横梁4和所述支撑平台5上，所述导冰槽水平底板3-2上表面高程与所述排冰闸门2的门顶高程相同，且所述水平底板3-2与所述排冰闸门2之间的对接缝隙d≤0.05m；在非排冰季节，所述导冰槽3被提离水面。

本发明实施例通过在传统的排冰闸门前及渠道内布置一个断面为“l”型的导冰槽3，导冰槽3横跨总干渠6并置于渠道表层水流中，当总干渠6表层水流携带冰块进入导冰槽3后，导冰槽3下游一侧的导冰槽竖直挡板3-1阻断了槽内携冰水流流向总干渠6下游，而导冰槽水平底板3-2又阻止了槽内携冰水流下潜；所以，总干渠表层携冰水流进入导冰槽3后，只能流向排冰闸门2方向。同时，由于导冰槽水平底板3-2上表面高程与排冰闸门2顶高程相同，且导冰槽3与排冰闸门之间的对接缝隙很小，所以通过排冰闸门2门顶下泄的水流几乎全部来自导冰槽3，而导冰槽3内水深较浅，流速较大，进而导致水流的携冰能力增强，排冰效率提高。与此同时，由于导冰槽3与排冰闸门2对接，排冰闸门2泄流由薄壁堰流变为宽顶堰流，在堰顶水头相同的情况下，其水流下泄流量减小。

下面以某大型引调水工程输水渠道一个排冰闸水力模型试验为例，结合表1中的排冰试验成果作进一步说明：

排冰引渠1布置在总干渠6的左侧，为矩形断面，排冰引渠1宽b0＝4.5m，排冰引渠1深度5.2m，排冰引渠1的水深4.8m，排冰引渠1水流流向与总干渠6水流流向的夹角为60°；排冰闸门2为平板钢闸门，其闸门宽度与排冰引渠1宽度相同，导冰槽水平底板3-2的宽度b0＝4.5m，闸门顶距离渠底3.8m，门顶泄流，门顶水头h0＝1.0m；导冰槽3总长度44.0m，其断面为l型，竖直挡板3-1高度h1＝1.3h0＝1.3m，水平底板3-2宽度b1＝0.95b0＝4.28m，3-3为导冰槽的提升框架，3-4为导冰槽的吊耳，3-5为导冰槽的支撑滚轮，导冰槽与闸门对接时其间隙d＝0.05m；总干渠6为矩形石渠，其断面尺寸为26.0m×5.2m(宽×高)，渠道水深4.8m。

图4展示的是一种传统的引调水工程输水渠道排冰闸装置实施例，总干渠6为矩形石渠，其宽度为26.0m，渠道水深为4.8m；排冰引渠1布置在总干渠6的左侧，排冰引渠1水流流向与总干渠6水流流向的夹角为60°；排冰闸门2为平板钢闸门，其闸门宽度与排冰引渠1宽度相同，即b0＝4.5m，其闸门高度为3.8m，门顶泄流，门顶水头h0＝1.0m；拦冰索7为浮在水面的控冰结构，由一系列原木用铁链串接而成，两端用锚固定在总干渠两岸，原木之间有一定间隙，以保持拦冰索的柔性，原木高度0.5m，露出水面以上部分约0.25m，拦冰索7的长度为38.0m。

对本发明的排冰闸装置和传统排冰闸装置进行了排冰效果水力模型试验，模型比尺1:20，如图5及图6所示；试验结果对比见表1；在表中，冰盖破裂期的冰块厚度为0.10m～0.50m，单个冰块的平面最大尺寸为0.56m～1.00m；流冰期，冰块的厚度为0.06m，冰块的平面最大尺寸为0.56m。

表1两种排冰闸装置排冰效果试验成果对比

表1中的试验成果表明：在该总干渠冬季输水流量47m³/s～75m³/s条件下，与传统型排冰闸装置相比，本发明装置增大排冰强度86％～141％；同时，排冰耗水流量减少11％～17％。因此，本发明具有明显的经济效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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