本發(fā)明涉及水利工程領(lǐng)域，具體涉及一種感潮河段支流口門堤頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
水資源分布不均勻及水質(zhì)惡化導(dǎo)致水問題突出，使得實施跨流域調(diào)水工程十分緊迫?？缌饔蛘{(diào)水工程中，感潮河段水位流速實時變化，漲落潮歷時不對稱，特別是土地使用受限條件下樞紐離主河道較近時，引河口門區(qū)水流受到主河道漲落潮牽制作用，水流問題復(fù)雜。
漲潮引水情形下，進(jìn)入引河水流受到堤頭挑流作用，水流頂沖到對岸側(cè)岸壁，一方面引起河岸沖刷，另一方面影響船舶通航；而落潮排水情形下，進(jìn)入主河道水流受到堤頭挑流后頂沖主流，隨后較大角度折沖轉(zhuǎn)向，向下游行進(jìn)，這樣不僅會造成堤頭下游出現(xiàn)大范圍區(qū)域淤積，還會改變河勢，影響岸坡穩(wěn)定。
目前通常對于引河及樞紐的設(shè)計中針對此類問題采取的措施一般為加強(qiáng)岸坡的防護(hù)，減小沖刷，同時對于口門處淤積區(qū)域進(jìn)行定期清淤，這些措施不僅導(dǎo)致成本增加且無法從根本上解決問題。此外，主河道水流由于受到引河排水水流頂沖，其水流條件將會改變從而不利于該河段的河勢穩(wěn)定。鑒于此，本發(fā)明提供一種感潮河段支流口門堤頭結(jié)構(gòu)，用以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種感潮河段支流口門堤頭結(jié)構(gòu)，通過對開設(shè)引河時，在引河和主河間形成的堤頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良設(shè)計，使?jié)q潮引水及落潮排水時水流能夠平順分流，從而從根本上解決問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種感潮河段支流口門堤頭結(jié)構(gòu)，所述堤頭結(jié)構(gòu)為在主河岸堤上開設(shè)引河時，主河岸堤和引河岸堤間形成一段結(jié)構(gòu)；
所述堤頭結(jié)構(gòu)設(shè)計為階梯式結(jié)構(gòu)，包括堤頭平臺和堤頭斜坡；
所述堤頭平臺包括堤頭上級平臺和堤頭下級平臺，堤頭上級平臺和堤頭下級平臺間通過第一堤頭斜坡連接，堤頭下級平臺通過第二堤頭斜坡延伸至河床；
所述堤頭上級平臺和堤頭下級平臺迎水面呈圓弧狀，堤頭上級平臺圓弧的兩端點分別位于引河岸堤及主河岸堤上，堤頭下級平臺圓弧的兩端點分別連接引河岸堤及主河岸堤。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述堤頭上級平臺高程與引河岸堤高程相同，所述堤頭下級平臺的高程與主河道中水位相同。主河道中水位可由附近測站資料求得。
所述引河岸堤、第一堤頭斜坡和第二堤頭斜坡的坡度根據(jù)主河岸堤的坡度設(shè)計；第一堤頭斜坡的放坡范圍為整個堤頭上級平臺圓弧段；第二堤頭斜坡的放坡范圍為整個堤頭下級平臺圓弧段。
優(yōu)選的，所述堤頭上級平臺圓弧的兩端點分別位于引河岸堤及主河岸堤上，并且與引河與主河交匯點距離100m～300m，兩端點與交匯點距離太近，洪水位時堤頭過水面積太小，無法滿足排水水流通過上梯級平臺，達(dá)不到分流的效果；若距離太遠(yuǎn)，征地面積過大，成本過高，可根據(jù)實際水流情況調(diào)整距離。
所述堤頭下級平臺圓弧的兩端點分別連接引河岸堤及主河岸堤，堤頭下級平臺圓弧所對應(yīng)圓心和堤頭上級平臺圓弧所對應(yīng)圓心相距50～200m。取中水位建立堤頭下級平臺且外延50～200m是因為落潮引水時，水流先頂沖至下游側(cè)堤頭而后折沖進(jìn)入引河道，堤頭起到分流作用，而引水一般在中、枯水位時發(fā)生，因此雖然本發(fā)明中堤頭上級平臺較原岸線有所退后，但是堤頭下級平臺基本維持原岸線，并沒有改變原有河床形態(tài)及水流分流態(tài)勢，有利于落潮引水的平順分流及河勢穩(wěn)定，外延距離可以根據(jù)實際水流情況設(shè)計。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述開設(shè)的引河，堤頭夾角采用如下公式確定：
所述堤頭夾角為主河岸堤與引河岸堤之間的夾角；
其中，tf為漲潮歷時，te為落潮歷時；漲潮歷時和落潮歷時通過采集河段水文資料分析獲取。夾角的大小會影響堤頭過水面積，而對改善流態(tài)的效果產(chǎn)生影響。
優(yōu)選的，為更好的改善水流條件，對上述堤頭夾角進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)引河附近主河道天然支流的堤頭夾角對堤頭夾角進(jìn)行修正；具體方式如下：
測出引河附近主河道天然支流的堤頭夾角β，以及天然支流處漲潮歷時tg和落潮歷時th；使用修正公式為：
天然支流是在長期漲落潮動力及泥沙條件下自然塑造，為當(dāng)?shù)厮畡恿εc泥沙相互作用和適應(yīng)的結(jié)果，其堤頭夾角最適宜水流分流及河勢穩(wěn)定，利用天然支流堤頭的夾角β修正過的引河堤頭夾角θ，更利于樞紐功能長期的穩(wěn)定實現(xiàn)。
本發(fā)明的通過對引河岸堤和主河岸堤間形成的堤頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良設(shè)計，使?jié)q潮引水及落潮排水時水流能夠平順分流，本發(fā)明的堤頭結(jié)構(gòu)采用階梯形式結(jié)構(gòu)，在漲潮引水情形下，水流折沖轉(zhuǎn)向入引河夾角減小，使得水流可以更為平緩的進(jìn)入引河，減弱了水流頂沖左岸的趨勢，減小了水流對河岸的沖刷，同時減小了引航道口門橫流流速，更利于通航；在落潮排水情形下，堤頭上級平臺至堤頭下級平臺之間可供水流通過，減弱了水流頂沖主河道主流的強(qiáng)度，改善了堤頭下游的緩流區(qū)，減少了泥沙淤積，同時能夠順應(yīng)原本水流態(tài)勢，保持岸坡穩(wěn)定。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的堤頭結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為本發(fā)明的限定。
實施例1
現(xiàn)以新孟河延伸拓浚工程界牌水利樞紐的設(shè)計過程為例，對本發(fā)明所述感潮河段支流口門堤頭結(jié)構(gòu)的具體實施方式做進(jìn)一步描述。界牌樞紐位于揚中河段太平洲右汊新孟河口門處，樞紐整體斜向進(jìn)入大夾江。樞紐兼具由一座閘孔總寬90m的節(jié)制閘、一座總裝機(jī)流量為300m3/s的雙向泵站以及一座ⅵ級船閘并排布置而成，建筑物軸線距長江約700m。其中閘站工程布置在東岸，船閘工程布置在西岸，節(jié)制閘中心線與新孟河河道中心線重合，船閘中心線與節(jié)制閘中心線、泵站中心線平行布置。揚中河段位于潮流界變化區(qū)段之內(nèi)，上起五峰山，下至界河口范圍，徑流作用為主，同時亦有漲落潮，屬感潮河段。
如圖1所示，所述堤頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，其設(shè)計為階梯式結(jié)構(gòu)，包括堤頭平臺和堤頭斜坡；
所述堤頭平臺包括堤頭上級平臺1和堤頭下級平臺2，堤頭上級平臺1和堤頭下級平臺2間通過第一堤頭斜坡31連接，堤頭下級平臺2通過第二堤頭斜坡32延伸至河床；
所述堤頭上級平臺1和堤頭下級平臺2迎水面呈圓弧狀，堤頭上級平臺1圓弧的兩端點分別位于引河岸堤5及主河岸堤4上，堤頭下級平臺2圓弧的兩端點分別連接引河岸堤5及主河岸堤4。
本實施例中，主河岸堤頂高程為10m，中水位為4m，由此確定堤頭上級平臺1和堤頭下級平臺2的高程；引河岸堤5、第一堤頭斜坡31和第二堤頭斜坡32的坡度根據(jù)主河岸堤的坡度設(shè)計，第一堤頭斜坡31的放坡范圍為整個堤頭上級平臺1圓弧段；第二堤頭斜坡32的放坡范圍為整個堤頭下級平臺2圓弧段，堤頭上級平臺圓弧的兩端點分別位于引河岸堤及主河岸堤上，并且與引河與主河交匯點距離100～300m；堤頭下級平臺2圓弧的兩端點分別連接引河岸堤5及主河岸堤4，堤頭下級平臺2圓弧所對應(yīng)圓心和堤頭上級平臺1圓弧所對應(yīng)圓心相距50～200m。
本實施例中，堤頭夾角采用如下公式確定：
其中，tf為漲潮歷時，te為落潮歷時；漲潮歷時和落潮歷時通過采集河段水文資料分析獲取。針對本實施例的揚中河段，其位于潮流界變化區(qū)段之內(nèi)，徑流作用為主，同時亦受潮汐影響，為長江下游典型的感潮河段。根據(jù)2006年3月、2009年5月及2007年8月水文測驗，右汊大夾江工程區(qū)附近中、枯水時，漲潮歷時3.85h，落潮歷時8.15h，計算公式具體如下：
則堤頭夾角應(yīng)取57.8°，呈銳角，可改善引河口門流態(tài)，使折沖水流較為平順。
實施例2
本實施例中，根據(jù)引河附近主河道天然支流的堤頭夾角對堤頭夾角進(jìn)行修正；具體方式如下：
測出引河附近主河道天然支流的堤頭夾角β，以及天然支流處漲潮歷時tg和落潮歷時th；使用修正公式為：
在新孟河延伸拓浚工程界牌水利樞紐下游約600m處有天然支流小夾江，測出小夾江下游側(cè)的堤頭夾角β＝53.4°，小夾江處漲潮歷時為3.65h，落潮歷時為8.35h，則修正后引河的堤頭夾角θ＝56.3°。經(jīng)修正后的夾角設(shè)計，更加符合水流自然演變特性，同時也兼顧了河道沖淤演變的穩(wěn)定性，更好的改善水流流態(tài)。