轮排方法及装置与流程

本申请涉及农业水利技术领域，特别涉及一种轮排方法及装置。

背景技术：

农业洪涝灾害严重制约我国粮食生产。排水工程技术是减轻洪涝危害的有效措施，其中农田骨干排水工程已在治理南方涝渍田和北方暴雨洪涝灾害中发挥了重要作用。对于一次洪涝过程，田间排水工程应及时排除涝渍水，满足作物生长要求；骨干排水沟道应平缓输泄涝渍水以维护沟道稳定，减少下游洪水压力。骨干排水工程与田间排水工程排水过程的矛盾需求是所有沟道同时自由排泄的现状工程运行模式所不能解决的。

而现有的排水技术都是在不同排水沟道上进行蓄和排的调控以实现不同子排区的排水需求，这样需要较多的控制设施且不同排区的相互影响不好协同。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种轮排方法及装置，以克服相关技术中存在的问题。具体技术方案如下：

一种轮排方法，包括：

选定轮排沟道；

将所述轮排沟道划分为多个轮排段；

在每个所述轮排段的下游轮排断面处设置轮排装置；

根据最下游轮排段的实时水位控制所述轮排装置的启闭。

可选择地，所述将所述轮排沟道划分为多个轮排段，包括：

对于划分成的每个轮排段，测量该轮排段的地面坡降ird、轮排段长度lrd和两端轮排断面的地表高程落差hrd，满足

可选择地，所述根据最下游轮排段的实时水位控制所述轮排装置的启闭，包括：

获取每个所述轮排装置的启闭状态；

获取最下游所述轮排段的实时水位；

判断所述实时水位是否在预设水位范围内；

如果所述实时水位大于所述预设水位范围的上限值，则关闭所述轮排沟道最上游的开启态轮排装置；

如果所述实时水位小于所述预设水位范围的下限值，则关闭所有轮排装置；

如果所述实时水位在所述预设水位范围的中间值和上限值范围内，则保持轮排装置状态不变；

如果所述实时水位在所述预设水位范围的中间值和下限值范围内，则开启所述轮排沟道最下游的关闭态轮排装置。

可选择地，所述获取最下游所述轮排段的实时水位，还包括：

间隔预设时长获取所述实时水位，用于判断下一次所述轮排装置的启闭，其中，所述预设时长满足公式

其中，将所述轮排装置从下游至上游依次编号，起始所述轮排装置编号为1，终点所述轮排装置编号为n；测试水流从编号为n的所述轮排装置至编号为1的所述轮排装置的平均时长td；标记上次启闭的所述轮排装置的编号为k，其所在的所述轮排段长度为lrdk。

可选择地，所述轮排装置包括固定基座和至少一个插板，其中，

所述固定基座固定设置在所述轮排断面处，所述固定基座的底面及侧面设置有用于安装所述插板的插槽；

所述插板通过所述插槽与所述固定基座相连。

可选择地，所述插板设置在所述固定基座内侧，所述固定基座与所述插板相连的两个侧面从下往上向外侧倾斜，从而所述插板能沿所述侧面向上抽出。

可选择地，所述轮排装置还包括设置在所述固定基座上方的固定搭板，所述固定搭板覆盖所述轮排沟道，并在所述轮排断面处设置有纵向贯通的开口，所述插板通过所述开口。

可选择地，所述插板左右两侧分别设置有条形缺口，并分别设置在所述插板的背水面和迎水面，所述条形缺口深度为所述插板厚度的一半。

可选择地，所述插板包括至少一个宽插板、至少一个窄插板和至少一个三角形插板，所述宽插板横向宽度大于所述窄插板的横向宽度；所述宽插板和所述三角形插板背水面的所述条形缺口处设置有滚轮。

可选择地，所述插板包括空心插板和/或局部空心插板，从而让水流从所述插板的空心位置通过。

本申请实施例的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的轮排方法，通过在轮排沟道的不同轮排断面处设置轮排装置，对不同轮排段进行轮流排水，实现对轮排段控制上级沟道排水过程的联合调控，消减洪峰流量，使排水过程更为平缓，从而增加沟道稳定性并缓解下游的防洪压力，同时避免了排水沟道上游区域过度排水而下游区域排水不足的问题。

本申请实施例提供的轮排装置，设置在轮排沟道的轮排断面处，通过轮排装置的启闭，实现轮排段的轮流排水，既可以应对洪涝排泄，使排水过程更平缓，同时可以满足正常时期的作物生长水位需求，使需求用水平稳循环，从而改善水体生态环境，避免上下游水位不平衡的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的轮排方法的流程图；

图2为图1所示轮排方法中步骤s2的一种具体实现方式的流程图；

图3为图1所示轮排方法中步骤s4的一种具体实现方式的流程图；

图4为本申请实施例提供的轮排沟道结构示意图；

图5为本申请实施例提供的轮排装置结构示意图；

图6为本申请实施例提供的插板结构示意图；

图7为本申请实施例提供的宽插板结构示意图；

图8为本申请实施例提供的宽插板的俯视结构示意图

图9为本申请实施例提供的局部空心插板结构示意图。

附图标记分别表示：

1、固定基座；2、插板；21、宽插板；22、窄插板；23、三角形插板；24、条形缺口；25、滚轮；3、插槽；4、固定搭板；

具体实施方式

为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供一种轮排方法，如图1所示，本申请实施例中，轮排方法包括以下步骤：

步骤s1，选定轮排沟道。

本申请实施例中，轮排沟道可以在原有的骨干排水沟道中选择，也可以重新设计轮排沟道。对于选定轮排沟道的数量，与排涝面积、暴雨特性、地面坡度等因素有关，本申请实施例对此不作限制。

农田排水分为两方面内容，一方面通过田间排水工程将田间多余的水分及时汇集起来，另一方面通过排水骨干工程将汇集起来的水分及时的排出地块。如图4所示，在本申请实施例的一种实现方式中，可以在一片农田区域选定一条轮排沟道，轮排沟道的每个轮排段与上级沟道连通(上级沟道是指农田间排水承载能力小于轮排沟道的沟道，包括田间排水工程或骨干排水工程的沟道)，最终实现轮排沟道连通农田间的所有沟道。控制对多个轮排段的轮流排水，可以实现对轮排沟段控制的上级排水沟道的排水过程进行联合调控。

步骤s2，将轮排沟道划分为多个轮排段。

本申请实施例中，划分的轮排段需要承担两方面的功能。一方面为应对洪涝排泄时，通过多个轮排段的轮流排水，使排水过程更为平缓；另一方面为洪涝过后的正常时期，为保证农作物的正常生长，必须使农田土壤具有适宜的含水率。而由于轮排沟道的两端存在地表高程落差，由此可能导致上游水位浅，下游水位深。因此，划分轮排段需要控制轮排段的长度，从而控制轮排段两端的地表高程落差在合适的范围内。一般地，每个轮排段两端轮排断面的地表高程落差不大于1m。轮排段的长度过大，则不利于实现平缓输泄和平衡水位的功能；轮排长度过小，则需要的轮排装置较多，成本增加。

在本申请实施例的一种实现方式中，将轮排沟道划分为多个轮排段，可以包括：

对于划分成的每个轮排段，测量该轮排段的地面坡降ird、轮排段长度lrd和两端轮排断面的地表高程落差hrd，满足

其中，地表高程落差为轮排段两端轮排断面的垂直高度差；轮排段长度为轮排段两端的地表长度；地面坡降为轮排段两端轮排断面的垂直高度差与两端轮排断面之间长度的比值。

在本申请实施例的另一种实现方式中，如图2所示，将轮排沟道划分为多个轮排段，可以包括：

步骤s201，测量轮排沟道两端的地表高程落差；

步骤s202，按照将地表高程落差等分的方式初步划分轮排段；

本申请实施例中，地表高程落差的等分方式可以为：确定轮排沟道两端的地表高程落差的整数值，并将地表高程落差分为整数值对应的份数，从而使每个轮排段的地表高程落差最接近1m。

步骤s203，调整轮排段长度。其中，测量每个轮排段的地面坡降ird、轮排段长度lrd和两端轮排断面的地表高程落差hrd，看是否满足不满足时则再次进行调整。

步骤s3，在每个轮排段的下游轮排断面处设置轮排装置。

本申请实施例中，除最上游的轮排段外，每个轮排段的上级沟道入口处均设置防倒灌装置，如拍门或单向阀门等。轮排装置可以是手动控制，也可以是自动控制。

在一种实现方式中，也可以在最下游轮排段的下游轮排断面处并不设置轮排装置。每个轮排段的水都是通过将水排到最下游的轮排段排出，从而最下游轮排段的轮排装置总是处于开启状态。

步骤s4，根据最下游轮排段的实时水位控制轮排装置的启闭。

在本申请实施例的一种实现方式中，将轮排段从下游至上游逐个开启轮排装置，持续测试最下游轮排段的实时水位，当实时水位达到预设值时，打开当前最下游的关闭态轮排装置(即当前排水轮排段的邻近上游轮排装置)。该种方式可以使排水过程更为平缓，从而增加沟道的稳定性并缓解下游的防洪压力。

农田排水工程中，由于沟道两端地表高程落差的存在，上游的水持续流向下游从而实现排水。这种情况下，可能会导致上游区域过度排水，上游上位不能满足农作物生长的最低水位需求，同时下游一直承接上游的过量排水，水位过高，从而形成下游区域排水不足的问题。

针对上述问题，在本申请实施例的另一种实现方式中，如图3所示，根据最下游轮排段的实时水位控制所述轮排装置的启闭，可以包括：

步骤s401，获取每个所述轮排装置的启闭状态。

步骤s402，获取最下游轮排段的实时水位。

步骤s403，判断实时水位是否在预设水位范围内。

如果实时水位大于预设水位范围的上限值(即hend＞hmax)，则关闭轮排沟道最上游的开启态轮排装置；

如果实时水位小于预设水位范围的下限值(即hend＜hfw)，则关闭所有轮排装置；

如果实时水位在预设水位范围的中间值和上限值范围内(即hmid≤hend≤hmax)，则保持轮排装置状态不变；

如果实时水位在预设水位范围的中间值和下限值范围内(即hfw≤hend≤hmid)，则开启轮排沟道最下游的关闭态轮排装置。

示例性地，某轮排沟道划分为5个轮排段，相应地，在每个轮排段的下游轮排断面处设置有轮排装置，将轮排装置从下游至上游依次编号，最下游的轮排装置编号为1，最上游的轮排装置编号为5。某个时刻，从下游至上游的轮排装置的启闭状态依次为：开启、开启、开启、关闭、关闭，获取此时最下游轮排段的实时水位，并判断实时水位与预设水位范围的关系：

如果hend＞hmax，则关闭轮排沟道最上游的开启态轮排装置(即编号为3的轮排装置)；此时最下游轮排段的实时水位过高，关闭最上游的开启态轮排装置，上游不再向下游排水。

如果hend＜hfw，则关闭所有轮排装置，不再进行排水；此时最下游轮排段的实时水位过低，则判断为农田中不需要进行排水，关闭所有轮排装置。

如果hmid≤hend≤hmax，则保持轮排装置状态不变；此时最下游轮排段的实时水位保持在预设水位范围的偏高位置，则判断为轮排沟道平稳排水，保持轮排装置状态不变。

如果hfw≤hend≤hmid，则开启轮排沟道最下游的关闭态轮排装置(即编号为4的轮排装置)；此时最下游轮排段的实时水位保持在预设水位范围的偏低位置，可以继续进行排水，因此打开距离最下游轮排段最近的关闭态轮排装置，从而向最下游轮排段排水。

需要说明的是，最下游轮排段的下游轮排断面处设置的轮排装置(即编号为1的轮排装置)在应对洪涝排泄时总是处于开启状态，因此上述轮排装置运行准则中，当hfw≤hend≤hmid时，开启轮排沟道最下游的关闭态轮排装置，其中最下游的关闭态轮排装置不考虑编号为1的轮排装置。

上述预设水位范围与轮排沟道的排水承载能力有关。在本申请实施例的一种实现方式中，预设水位范围的最大值hmax为轮排沟道可承载的最大水位，最小值hfw为农作物生长所需的最低生态水位，中间值hfw为根据最大值和最小值获得的中间值。

采用上述轮排方法，通过在轮排沟道的不同轮排断面处设置轮排装置，对不同轮排段进行轮流排水，实现对轮排段控制上级沟道排水过程的联合调控，消减洪峰流量，使排水过程更为平缓，从而增加沟道稳定性并缓解下游的防洪压力，同时避免了排水沟道上游区域过度排水而下游区域排水不足的问题。

需要说明的是，每次轮排装置的状态变化对于最下游轮排段实时水位的影响是有延迟的，因此，可以设置为间隔预设时长获取所述实时水位。预设时长可以是固定时长，也可以根据上次启闭的轮排装置与最下游轮排段的距离确定预设时长。

同时，对于最下游轮排段实时水位的测试，可以在最下游轮排段的不同位置设置水位测试装置，取其平均值作为最下游轮排段的实时水位。也可以在轮排沟道的最后一个轮排断面处设置水位测试装置，将此处的水位作为最下游轮排段的实时水位。

在本申请实施例的一种实现方式中，将轮排装置从下游至上游依次编号，起始轮排装置编号为1，终点轮排装置编号为n；测试水流从编号为n的轮排装置至编号为1的轮排装置的平均时长td；标记上次启闭的轮排装置的编号为k，其所在的轮排段长度为lrdk，则预设时长满足公式

本申请实施例还提供了一种轮排装置，如图5所示，轮排装置包括固定基座1和至少一个插板2，其中，固定基座1可固定设置在轮排断面处，固定基座1的底面及侧面可设置有用于安装插板2的插槽3。插板2可通过插槽3与固定基座1相连。

在本申请实施例的一种实现方式中，固定基座部分可埋设在轮排沟道内部，设置有插槽的部分显示在轮排沟道外，便于插板通过插槽与固定基座相连。固定基座的底面及侧面可设置有与插板厚度相同的插槽。插板可以设置为与固定基座内侧纵向截面形状相同的一块整版，也可以是多块插板拼接而成。轮排装置的开启和关闭可以通过插板与固定基座的脱离和连接实现，也可以通过插板的垂直抽出和水平放下实现。

在本申请实施例的另一种实现方式中，插板可以和固定基座的底面相连，且插板可以在固定基座的底面上向水流的下游方向单向旋转。插板和固定基座的连接方式可以为在插板与固定基座底面相连的两侧端点处设置铰接点，也可以将插板和固定基座的连接处设置为轴连接。

同时，本申请实施例中改变轮排装置启闭状态的控制方式可以采用手动控制，也可以采用自动控制。

在本申请实施例的又一种实现方式中，插板上方可固定设置有条形板。条形板一侧与固定基座可旋转连接，另一侧为活动端。条形板绕固定基座向外侧旋转时，带动插板与固定基座分离，从而开启轮排装置；条形板绕固定基座向内侧旋转时，带动插板插入固定基座内部，从而关闭轮排装置。进一步地，轮排装置还设置有控制中心，控制中心获取轮排装置的启闭状态和标识，接收最下游轮排段的实时水位的测试信号，根据预设的轮排装置运行准则自动控制轮排装置的启闭。

如图5所示，插板2可设置在所述固定基座1内侧，固定基座1与插板2相连的两个侧面可从下往上向外侧倾斜，从而插板2能沿侧面向上抽出。

在本申请实施例的一种实现方式中，固定基座的纵向截面为“凹”字形，插板设置在固定基座凹陷部分的内侧。固定基座与插板相连的两个侧面从下往上向外侧倾斜。固定基座两个侧面的倾斜度可与轮排沟道的坡度一致。插板整体与固定基座内侧纵向截面形状相同，呈等腰梯形，且梯形的上边长大于下边长，从而使插板沿倾斜的侧面抽出时更省力。

当然，本申请中，固定基座的形状并不限于上面所描述的。在本申请实施例的其他实现方式中，固定基座的侧面可和底面垂直，从而插板沿侧面竖直向上抽出。

轮排装置还可包括设置在固定基座1上方的固定搭板4，固定搭板4可覆盖轮排沟道。固定搭板4可在轮排断面处设置有纵向贯通的开口，插板2通过开口。

在本申请实施例的一种实现方式中，固定搭板可设置为宽度与固定基座上方开口宽度相同、长度与轮排沟道长度相同的条形板。固定搭板在轮排断面处设置有纵向贯通的开口，插板可以通过开口抽出或放下，从而实现轮排装置的开启和关闭。进一步地，固定搭板可分节设置，每个轮排段设置一节固定搭板，每节固定搭板之间相连。固定搭板还可以设置为覆盖轮排沟道的一块整板。

在固定基座上方设置固定搭板，在手动控制轮排装置启闭的情况下，管理人员可以从固定搭板上方运动至对应的轮排装置处，从而实现对轮排装置启闭状态的及时控制。在自动控制的情况下，管理人员可以站在固定搭板上方观察轮排装置的运行状态，方便管理人员对轮排装置进行维护。

如图6所示，插板2左右两侧可分别设置有条形缺口24，并分别设置在插板2的背水面和迎水面。条形缺口24深度可为所述插板2厚度的一半。

在本申请实施例的一种实现方式中，条形缺口的纵向长度可与插板的纵向长度相同。条形缺口的深度可为插板厚度的一半。条形缺口的宽度相同，从而插板之间可以任意搭接。相应地，固定基座与插板通过插槽相连，固定基座底面的插槽宽度与插板厚度相等，左右两侧插槽宽度为插板厚度的一半。

如图5所示，插板2可包括至少一个宽插板21、至少一个窄插板22和至少一个三角形插板23，宽插板21横向宽度大于窄插板22的横向宽度。宽插板21和三角形插板23背水面的条形缺口处可设置有滚轮24。

在本申请实施例的一种实现方式中，固定基座与插板相连的两个侧面从下往上向外侧倾斜，插板可包括两块宽插板、两块窄插板和一块三角形插板。如图7和8所示，窄插板和宽插板的纵向截面形状为倾斜的平行四边形。插板的左侧缺口可设置在背水面，右侧缺口设置在迎水面。窄插板横向宽度可为宽插板横向宽度的一半。条形缺口宽度可固定为窄插板横向宽度的1/4。宽插板和三角形插板背水面的条形缺口处可设置有3个滚轮，且最下端的滚轮设置于插板底部，滚轮之间的间距为1/3插板的纵向长度。滚轮的滚动方向与插板抽出和放下的方向一致。相应地，固定基座的左侧插槽与底面插槽连通且左侧插槽在迎水侧与底面插槽对齐，右侧插槽与底面插槽连通且右侧插槽在背水侧与底面插槽对齐。

本申请中，插板形状并不限于上面所描述的。在本申请实施例的其他实现方式中，插板可包括至少一个宽插板、至少一个窄插板、至少一个三角形插板和至少一个梯形插板。

同时，本申请中，滚轮的设置方式不作限制。在本申请实施例的一种实现方式中，宽插板和三角形插板背水面的条形缺口处可设置凹槽，滚轮轴向固定在凹槽两端。滚轮一部分设置于凹槽内部，一部分设置于凹槽外部。

需要说明的是，滚轮的体积较小，因此与滚轮相连的相邻两块插板间产的缝隙较小。同时由于滚轮设置在背水面，相邻的插板在水流冲击的作用下压紧滚轮，因而条形缺口处设置的滚轮不足以影响轮排装置的封闭性。

在宽插板和三角形插板背水面的条形缺口处设置滚轮，将插板部分抽出时，将相邻插板之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，大大减小摩擦力。滚轮与固定基座的倾斜侧面配合使用，使插板的抽出和放下更为便捷。

如图9所示，插板2可包括空心插板2和/或局部空心插板2，从而让水流从所述插板2的空心位置通过。

在本申请实施例的一种实现方式中，空心插板设置为内部空缺的框架，局部空心插板设置为在实心插板的上方设置有贯通的开口。局部空心插板的开口下端与农作物生长的最低生态水位需求高度相同。

开启轮排装置时，可以将插板全部设置为空心插板；关闭轮排装置时，可以将插板全部设置为实心插板。正常时期，保证农作物生长的最低生态水位需求，可以将插板全部设置为局部空心插板，同时实现水循环流动时，可以采用空心插板和实心插板的组合设置。

在本申请实施例的另一种实现方式中，轮排装置可以设置为在每个轮排段设置有两组插板，一组全部为实心插板，用于实现轮排装置的关闭；一组全部为局部空心插板，局部空心插板的开口下端与农作物生长的最低生态水位需求高度相同，用于轮排装置的开启和正常时期的水位控制。从而将轮排装置的开启和关闭转换为插板的更换。

在本申请实施例的又一种实现方式中，插板可与固定基座的底面相连，插板在水流的冲击下可以在固定基座的底面上旋转。插板上方设置有开口，开口向插板内部延伸，从而在插板内部形成空心结构。开口处设置有抽水装置，抽水装置的另一端设置在轮排沟道内。关闭轮排装置时，抽水装置向插板内灌水，增大插板重量，从而提高插板的抗水流冲击的能力，使插板可以竖直连接在固定基座上。开启轮排装置时，抽水装置抽出插板内的水，减轻插板重量，使插板可以被水流冲击而在固定基座的底面上旋转至水平。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本申请作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施方式只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本申请的保护范围内。

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