專利名稱：一類低水噪聲低水花的攔河壩裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及攔河壩的結(jié)構組成及水的流形曲面。 技術背景
目前攔阻河道水流，并能靈活可控地抬高其上游水位的方法有多種
其中最簡單的方法之一,就是在需抬高水位河段的下游河道兩岸邊各 開鑿或用水泥澆注出一對豎直滑槽，同時在該兩岸滑槽間的河道中，橫向 垂直于水流方向順槽一塊塊地放下如木板等攔阻物，就能可變地攔阻河道 中水流而形成不同的上游水位。但該方法的缺點是，當上游水從其頂上溢 流出時，將很快趺落下來形成水落噪聲和水花，同時該簡易方法也只適用 于水面不寬的小河或水溝等水利設施。
另一種方法是在需抬高水位河段的下游河道中設置一個橡膠充水囊， 通過向囊中充入不同的水量，使其形成不同的高度，從而就能連續(xù)可控地 把上游水位抬高到預定的水位高度。由于從橡膠水囊的制作和其受力結(jié)構 等因素考慮，該橡膠充水囊往往都會被做成圓柱體形狀，垂直于水流方向 橫臥在河道中央，以此直接對上游來水形成阻擋。所以當上游河水從其頂 上溢流出后，同樣也會很快趺落下來形成濺水和湍流,產(chǎn)生出噪聲和水花。
總之，現(xiàn)在還沒有一種很好的方法來解決攔河壩溢流水下落而產(chǎn)生出 的落水噪聲和水花問題，因此目前的河流攔水工程一般都會伴生出煩人的 落水噪聲和水花，而且在河水水質(zhì)不太好的情況下，這些水花還會激起大 量經(jīng)久不衰的泡沫覆蓋整個河面，并隨流而下，給都市景觀和環(huán)境帶來很 大的傷害。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是充分利用水的流形原理，從理想和實用兩個角 度出發(fā)，提供出多種可供選擇的解決攔河壩落水噪聲和激發(fā)出水花泡沫等 問題的實施方案來。
本實用新型的基本方案和原理是通過巧妙排列組合和分別控制一系 列大小形狀各異的充水或充氣囊(可由橡膠等材料做成)中的注水量或氣 量，使其頂部形成一個能合理導引河水流過的立體曲面，并且還可在其頂 上覆蓋光滑導流墊，盡可能使流過其上的河水不產(chǎn)生出湍流、形成不起陡 然的大趺水和激起大水花，以及使出水口的水速與下段河道的水速不會產(chǎn) 生過大的速度差而發(fā)生大的水躍，由此就能把煩人的水落噪聲和激發(fā)出的 水花泡沬，控制在工程上可容忍的閥值限度內(nèi)，讓河水盡可能安靜平穩(wěn)地 流向下游。
總之，應用本實用新型，在現(xiàn)有橡膠攔河壩設施的基礎上，不需增 加太多的成本投資，就可很好地解決目前困擾都巿內(nèi)河流攔河工程的前述 棘手問題，并且還能為都巿河面增添出一道新的、優(yōu)美的水流景觀。


圖1是本實用新型攔河壩裝置按盡可能形成理想流形曲面前提下各 大小充水或充氣囊位置排列的一種實施方案頂視圖
圖2是本實用新型攔河壩裝置以實用為前提在能滿足水噪聲和水花 小于一定容忍閥值條件下對各大小充水或充氣囊進行位置排列的一種實 施方案頂視圖
圖3是本實用新型攔河壩裝置各大小充水或充氣囊頂部加蓋了導流墊 時的側(cè)面剖視圖
圖4是本實用新型攔河壩裝置另一種以實用為前提不加蓋導流墊而按
大、中、小相互交錯排列各充水或充氣囊形成弧形階梯狀導流斜面的實施 方案側(cè)面剖視圖
圖中A、 A' 、 B、 B' 、 Bl、 B2、 B3、 C、 C' 、 Cl、 C2、 C3、 C4、 D、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 E、 El、 E2、 E3、 E4、 E5、 E6、 E7均為充水囊 或充氣囊，M為導流墊，l為上段河道，2為下段河道。
實施本實用新型的最佳方式
圖l所示本實用新型攔河壩裝置實施例，是一種按盡可能形成理想三 維流形曲面前提下對各大小充水或充氣囊位置排列的方案，從該頂視圖可 看出，通過分別控制充水或充氣囊(A)、 (Bl)、 (B2)、 (B3)、 (Cl)、 (C2)、 (C3 )、 ( C4 )、 ( Dl )、 ( D2 )、 ( D3 )、 ( D4 )、 ( D5 )、 ( D6 )、 ( El )、 ( E2 )、 ( E3 )、 (E4)、 (E5)、 (E6)、 (E7)中的注入水量或氣量(在實踐中，具體所采用 水囊或氣囊的數(shù)量和排位等參數(shù)，應根據(jù)河道現(xiàn)場具體情況而確定)，就 可使各充水或充氣囊頂部或者是頂起的光滑導流墊(M)(釆用導流墊可使
水流形變得更加平穩(wěn))形成一種盡可能符合平穩(wěn)水流條件的立體半束管水 道曲面。這樣做的依據(jù)和目的在于，利用該形狀產(chǎn)生的先窄管而后寬管效 應，將有效消減壩頂水下落時的重力加速效應，使上段河道(1)的河水 在通過本實用新型攔河壩裝置下落時，其流速將自動由一個平穩(wěn)的加速過 程平滑過渡為減速過程，并最終使下落到底的出口水流速度與下段河道 (2)的水流速度相同。這樣就不會因出口水流速度與下段河道(2)水流
速度兩者之間存在速度差，而形成躍水，產(chǎn)生出湍流，激起噪聲和水花。 圖2所示本實用新型攔河壩裝置實施例，是一種以實用為前提，在滿 足水噪聲和水花小于一定容忍閥值條件下，為簡少大小充水或充氣囊的形
狀類型和數(shù)量，便于產(chǎn)品制作安裝、簡化控制系統(tǒng)復雜性、降低使用維護 管理成本，而釆用的充水或充氣囊形狀、位置的排列方案頂視圖。該方案
的特點是，通過由大到小排列各條充水或充氣囊，使各條充水或充氣囊頂
部或者頂起的光滑導流墊(M)(采用導流墊可使水流形變得更加平穩(wěn))形
成一個能引導水流緩慢下降的斜面，所以上段河道(1)的河水自頂下落
到底時其水流速度增加不會太大，因而出水口水流速度與下段河道(2) 水流速度兩者間速度差也不會太大，形成不了大的水躍，造成不了大的湍 流，因此激起的水花和噪聲就可控制在能容忍的閎值限度內(nèi)。
圖3為在本實用新型攔河壩裝置各大小充水或充氣囊頂部加蓋了導 流墊(M)(可由橡膠等材料做成，若河道較寬，可鋪設多個)時的剖視圖， 由圖可以看出，把充水或充氣囊(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)沿水流方向 由大到小進行排列，通過向其注入不同的水量或氣量，就將使覆蓋在上面 的柔性光滑導流墊(M)彎曲成一個盡可能符合理想流形的曲線，當河水 沿其光滑表面流過時，就不會產(chǎn)生出太大的水頭損失和在重力作用下發(fā)生 陡然的自由下落，從而也就不會形成大的湍流和大的趺水、濺水，產(chǎn)生出 超過容忍閥值限度的噪聲和水花。同時，對于導流墊(M)還應根據(jù)不同 的情況，把其一端(既可是其的上游端，也可是其的下游端)錨固在專門 的底板、定位樁、定位釘、充水或充氣囊及河岸墻等物件上。
圖4是另一種以實用為前提的本實用新型攔河壩裝置實施例側(cè)面剖 視圖，它的主要特點是不加蓋導流墊(M)(這樣可進一步降低成本和便于 使用維護)，而是通過把各充水或充氣囊(A)、 (A' )、 (B)、 (B' )、 (C)、 (C' )、 (D)、 (E)按大、中、小相互交錯排列的方式，形成起一個弧形 階梯狀的導流斜面。雖然，河水在沿各充水或充氣囊非理想流形上表面流 過和下落時，或多或少都會形成一些水躍，并產(chǎn)生水頭損失和形成湍流， 但這些不利情況都被一級級小弧形階梯曲面微分化了 ，而不會產(chǎn)生出太大 的水花和噪聲，這也包括河水流出最后一級出口時與下段河道(2)水流 速所產(chǎn)生的速度差，都因此而不會形成大的水躍,產(chǎn)生出大的水花和噪聲。
所以，本方案工作原理實質(zhì)就是通過多級微分的方式，化解掉攔水壩整 體巨大的落差勢能，從而就巧妙地把激起的水花和噪聲控制在可容忍的閥 值限度內(nèi)。
總的說來，由于本實用新型裝置中的充水或充氣囊數(shù)量多、大小形狀 各不相同、注入水量或氣量也不一致，且還必須考慮不同的攔水高度、不 同的水流速度、不同的水質(zhì)粘滯度及水溫等因素，因此要預先精確計算設 計出理想流形曲面的控制實現(xiàn)參數(shù)組合，將非常復雜和困難。所以， 一種 實現(xiàn)本發(fā)明裝置最佳控制管理的方式，就是釆用計算機集散控制系統(tǒng)并輔 以人工手動調(diào)整，即通過控制系統(tǒng)的自適應學習機能和記憶功能，以及人
工的輔助調(diào)整，逐步達成最優(yōu)化控制目標。其具體工作實現(xiàn)過程是
根據(jù)現(xiàn)場實際情況，先讓計算機控制系統(tǒng)按預設參數(shù)對裝置進行充水 或充氣，之后再輔以人工觀測方式進行手動調(diào)整，使通過河水流形達到相 對最佳、最合理的狀態(tài)，把水噪和水花均控制在閥值限度內(nèi)，并對此實際 調(diào)整得到的參數(shù)模式組合進行存儲留檔。當今后再遇到類似情況時，即可 快速從計算機中調(diào)出該參數(shù)模式組合，及時完成對本裝置中各充水或充氣 囊的調(diào)控處理，由此就可對河道攔水實現(xiàn)最有效的優(yōu)化控制管理。
為更精確控制各充水或充氣囊的注入水量或氣量，更可靠地保持好理 想流形曲面，并實現(xiàn)有效的現(xiàn)場控制管理，在各充水或充氣囊的內(nèi)部或外 部還應設立相應的傳感測量裝置，以便計算機系統(tǒng)能對其進行實時量化采 樣及完成自動的閉環(huán)控制管理，由此也能更及時有效地發(fā)現(xiàn)各充水或充氣 囊出現(xiàn)的故障問題。
同時，對各充水或充氣囊還可設置相應的水壓或氣壓上限安全保護或 報警裝置，防止注入水壓或氣壓過大、水量或氣量過多，撐破充水或充氣 囊。
權利要求1、一類低水噪聲低水花的攔河壩裝置，在于由一系列大小形狀各異的充水或充氣囊以及還可加上覆蓋其頂?shù)膶Я鲏|構成，其特征是這些充水或充氣囊按確定的數(shù)量和位置關系進行有序排列組合，并且還可在其頂上覆蓋一個或多個導流墊，在它們的頂部或頂上覆蓋的導流墊形成出一個能按設計目的引導河水流過的三維流形立體曲面。
2、 根據(jù)權利要求l所述攔河壩裝置，其特征是各充水或充氣囊 的頂部拼合成一個整體近似半東管狀的立體弧面，或在各充水或充氣 囊的頂部鋪設覆蓋一個或多個導流墊來托舉形成起一個表面光滑、流 暢的半東管狀立體弧面。
3、 根據(jù)權利要求1所述攔河壩裝置，其特征是順河水流向由大 到小排列各個充水條囊或充氣條囊，使它們的頂部或者用它們頂部托 舉起一個或多個導流墊，形成起一個引導水流能較平穩(wěn)下降的弧形階 梯組合斜面。
4、 根據(jù)權利要求2和根據(jù)權利要求3中所述導流墊，其特征是 由具有柔韌可彎曲、耐水、耐曬、耐熱、耐寒、耐風化、耐劃破、上 表面光滑的面材料做成，并可由數(shù)塊來拼合而成，同時還可把其的一 端錨固在專門的底板、定位樁、定位釘、充水或充氣囊及河岸墻等物 件上。
5、 根據(jù)權利要求l所述攔河壩裝置，其特征是順河水流向把確 定數(shù)量的不同大、中、小充水囊或充氣囊、充水條囊或充氣條囊進行 相互交錯組合排列，使它們的上表面形成起一個能引導水流平穩(wěn)下降 的異形階梯組合曲面。
6、 根據(jù)權利要求l所述攔河壩裝置，其特征是構成它的各充水 囊或充氣囊、充水條囊或充氣條囊由具有耐水、耐熱、耐寒、耐風化、 耐劃破、外表面光滑、有柔韌性的面材料做成的有確定體積和外觀形 狀的可儲水或儲氣容器，并且在這些容器的內(nèi)部或外部還能安裝上測 量、控制、保護的附加裝置。
專利摘要本實用新型低水噪聲低水花攔河壩裝置，用于對通常河道實施攔水后而抬高上游河段的水位，并能有效地把上游河水順攔河裝置跌落時產(chǎn)生出的噪聲和激發(fā)出的水花泡沫控制到最小，其特點是通過合理地排列組合和分別控制一系列大小形狀各異的充水或充氣囊(A、A′……E7)中的注水量或氣量，使它們的頂部形成一個能合理導引河水流過的立體曲面，讓流過的河水盡可能平穩(wěn)而不產(chǎn)生出湍流、形成不起陡然的大跌水和激起大水花，并使裝置出水口的水速與下段河道的水速不產(chǎn)生出過大的速度差而發(fā)生大的水躍，由此就能把煩人的落水噪聲和激發(fā)出的水花泡沫控制在工程上可容忍的限度內(nèi)。
文檔編號E02B7/00GK201058987SQ20062003626
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權日2006年11月16日
發(fā)明者周學軍 申請人:周學軍