本發(fā)明涉及一種長距離輸水隧洞運輸系統(tǒng)和方法，是一種水力運輸系統(tǒng)和方法，是一種綠色物流運輸?shù)南到y(tǒng)和方法。

背景技術：

運輸是物流活動中最主要的活動，但同時也是物流作業(yè)耗用資源、污染和破壞環(huán)境的重要方面，傳統(tǒng)運輸過程中往往產生尾氣、噪聲，并可能出現(xiàn)能源浪費。近年來激烈的能源供求矛盾使運輸綠色化的重要性更加凸顯。而另一方面，隨著我國經濟發(fā)展和城市化進程的加快，城市及工業(yè)用水量迅速增加，長距離輸水工程成為解決用水需求迅速增加的主要措施之一，近幾年許多地區(qū)都在建設長距離輸水隧洞水利工程。這些隧道的使用十分單一，僅僅用于輸水，而沒有其他的功能，其資源沒有得到充分的利用。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出了一種長距離輸水隧洞運輸系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)和方法充分利用隧道的通道和隧道中流動的水流，利用水流的自然流動性將貨物從隧道的一端輸送到另一端，無需任何動力的能源。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種長距離輸水隧洞運輸系統(tǒng)，包括：一條常年有水流的長距離輸水隧洞，所述輸水隧洞的水流中放置輸送物品的運輸浮箱，所述輸水隧洞的上游進口端設置運輸浮箱的投放平臺，在輸水隧洞的下游出口端設置運輸浮箱的回收平臺，沿途不設置或至少設置一個多個收放。

進一步的，所述的輸水隧洞是不容易受到外界干擾的無壓重力輸水隧洞。

進一步的，所述的運輸浮箱是橢球型或球型密閉箱中的一種。

進一步的，所述的運輸浮箱的箱體材料的比重小于水的比重。

進一步的，所述的運輸浮箱的內部為矩形。

進一步的，所述的運輸浮箱上設有標簽。

進一步的，所述的運輸浮箱上的標簽是電子標簽。

一種使用上述的運輸系統(tǒng)的長距離輸水隧洞運輸方法，所述的方法的步驟如下：

在運輸浮箱中裝載貨物的步驟：用于在運輸浮箱中裝載貨物并密封，在運輸浮箱上貼上貨物屬性和到站的標簽；

將運輸浮箱放置在水中的步驟：用于將運輸浮箱通過投放平臺放入輸水隧洞上游的水中，裝載貨物的運輸浮箱在放入水中時，應懸浮在水中，大于50%的運輸浮箱浸沒在水中并與輸水隧洞底部保持一定距離，同時露出水面的部分也應當與輸水隧洞頂部保持一定距離；

運輸浮箱運行的步驟：用于運輸浮箱隨水流沿輸水隧洞向輸水隧洞下游運動；

回收運輸浮箱的步驟：用于根據(jù)標簽內容在輸水隧洞中間的收放或下游出口端的回收平臺將運輸浮箱從水中打撈起來；

結束的步驟：用于打開運輸浮箱，根據(jù)標簽上記載的貨物屬性分配貨物，隧洞運輸結束。

進一步的，所述的“運輸浮箱運行的步驟”中運輸浮箱在隧洞內投放點和接收點之間自流的歷時t為；

而v為浮箱的流速：

，

R為水力半徑

A為過水斷面面積，v為水流速度，p_w為濕周，J為水力坡度，C為謝才系數(shù)。

本發(fā)明產生的有益效果是：本發(fā)明利用隧洞內自流水體，在水體的浮力，運輸浮箱重力，水面的摩擦力共同作用下運輸浮箱從隧洞進口沿隧洞運輸至隧洞出口，實現(xiàn)了零能耗綠色高效運輸。由于隧洞內水體一直存在，因此運輸作業(yè)可以在無人工參與下不間斷進行，是一種低投入、零碳排放、節(jié)能環(huán)保綠色的高效運輸技術。本發(fā)明利用長距離輸水隧洞的空閑水面,更大程度的發(fā)揮已建水利工程的社會經濟效益，同時促進運輸與資源環(huán)境之間的和諧發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的實施例一所述運輸系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一所述運輸系統(tǒng)的原理示意圖，是圖1中A-A斷面；

圖3是本發(fā)明的實施例三所述運輸系統(tǒng)和球形運輸浮箱的示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例五所述運輸浮箱的剖面圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種長距離輸水隧洞運輸系統(tǒng)，如圖1、2所示。本實施例包括：一條常年有水流1的長距離輸水隧洞2，所述輸水隧洞的水流中放置輸送物品的運輸浮箱3，所述輸水隧洞的上游進口端設置運輸浮箱的投放平臺4，在輸水隧洞的下游出口端設置運輸浮箱的回收平臺5，沿途不設置或至少設置一個收放平臺6。

本實施例的工作原理是：依據(jù)無壓重力輸水等水力學（部分情況下也可以采用有壓重力輸水）的原理，利用地形高差，采用無外加動力非滿流管道輸水，通過隧洞內水體的流動，運輸浮箱被水流帶至下游，再由下游接收，完成物品的運輸。

本實施例所述的長距離輸水隧洞，為采用隧洞輸送原水、清水的水利工程，一般超過10km，可以是流域或地區(qū)之間水資源調配工程，管材可以是預應力混凝土管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）等，具有一定的管徑和流量。在投放運輸浮箱之前，應進行運輸浮箱的包裝完整性、密封性、無毒無害性檢查。運輸浮箱的運行軌跡如圖1中箭頭所示，在正式批量投放運輸浮箱之前，應在隧洞進行連續(xù)重復實驗?；诎踩煽窟\輸?shù)囊?，選擇有穩(wěn)定水流的長距離輸水隧洞，并且隧洞所連接的城市陸上交通不是很便利，隧洞的線路大多沿山嶺布置，陸上運輸成本高，選擇的隧洞路線應起伏小，避開易發(fā)泥石流、塌方的地區(qū)。

所述的輸水隧洞已經建成并常年有輸配水流量，隧洞管道均為封閉狀態(tài)，沿途在當時工程建設時預留有施工支洞。輸水隧洞的上游和下游一般都具有渠道相連，所以連接渠道的部分可以作為投放平臺和回收平臺，同時利用施工支洞，可以作為沿途的運輸浮箱進入或提取的通道，即收放平臺。

由于本實施例所述的運輸系統(tǒng)利用輸水隧洞的封閉性，不容易受外界干擾，并且輸水隧洞相比室外，溫度更適宜果蔬等綠色農產品保鮮，可以為沿途綠色農產品等輸運提供接入通道。在隧洞進水口將綠色農產品通過環(huán)保無毒無害密封包裝，利用隧洞內水體的自然流動，以及沿途的施工支洞，在基本沒有外界能源消耗和污染的情況下，實現(xiàn)輸水隧洞沿途節(jié)點與城市之間的綠色有機農產品等輸運，以此可以節(jié)省大量的運輸費用。

所述的運輸浮箱要求無毒無害，不會對隧洞的水質產生不利影響。根據(jù)隧洞內徑尺寸大小，選擇大小合適的運輸浮箱。運輸浮箱可以是一次性的包裝，也可以是可以重復使用的浮箱。如果是重復使用的，在到達隧洞下游時，提取其中的貨物后，可以通過陸路運輸?shù)缴嫌嗡矶?，這樣更利于環(huán)保。

所述的運輸浮箱的外形尺寸可根據(jù)隧洞管道尺寸，分析運輸物品的大小，而確定。同時通過水力學計算分析浮箱的輸運速度，并確定投放間隔時間和運輸時間，通過沿途的施工支洞，完成沿途浮箱的梯次投放和下游浮箱的接收，在不借助外界能源消耗的情況下，完成城市之間綠色農產品等輸運，克服部分地區(qū)之間公路或鐵路交通運輸不便的困難，以極低的成本實現(xiàn)農產品的運輸和保鮮，降低能源浪費和環(huán)境污染，緩解農產品的產銷困境，減少交通擁堵，實現(xiàn)綠色低碳物流。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于輸水隧洞的細化。本實施例所述的輸水隧洞是不容易受到外界干擾的無壓重力輸水隧洞。

由于較少受到外界干擾，可以使運輸更加安全，同時由于隧洞中溫差比較小，且溫度較低，可以作用天然的冷藏箱，對運輸過程中保鮮有一定的作用，所以可以運輸各種綠色農產品，以及當?shù)爻霎a的有機果蔬等高品質綠色農產品。

由于隧洞在建造過程中有銜接的開放渠道，可以作為進出隧洞的平臺，還有在隧洞施工中的支洞，這些支洞可以作為中涂運輸浮箱的收取和投放點。因此，輸水隧洞如果作為運輸使用，基本上不用改造，或者只需要簡單的改造就可以作為運輸隧洞使用。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于運輸浮箱的細化。本實施例所述的運輸浮箱是橢球型或球型密閉箱中的一種。

運輸浮箱的外形做成橢球形或球型的目的在于：使運輸浮箱在隧洞中隨水流運動時避免棱角剮蹭在洞壁上，滯留在洞中。

球型體（如圖3所示）由于其各向同性的外形特點，具有更好的水中漂浮性能。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于運輸浮箱的細化。本實施例所述的運輸浮箱的箱體材料的比重小于水的比重。

浮箱的包裝材料應選擇具有一定的浮力且質量較輕及防水的材料，裝上物品之后能沿著隧洞隨重力自流漂浮。盡管運輸浮箱也可以使用比重大于水的材料，但使用比重小于水的材料，如環(huán)保并且無毒、無害的EPS泡沫箱，可以在箱中攜帶更多的物品，運輸效率更高。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于運輸浮箱的細化。本實施例所述的運輸浮箱的內部為矩形，如圖4所示。

運輸浮箱內部可以做成矩形的內部空間，以便能夠適當?shù)难b載物品。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于運輸浮箱的細化。本實施例所述的運輸浮箱上設有標簽。

運輸浮箱上設置標簽的作用在于注明箱內物品的各種信息。如果整條隧洞中有至少一個收發(fā)平臺。也就是說，隧洞運輸中途的不同地段，可能有一些運輸浮箱或者放入，或者被打撈起來，總之，需要辨別運輸浮箱的運輸距離。這樣就需要在運輸浮箱上表明該貨物的出發(fā)點和收貨點。

標簽可以是易于識別的實物標簽，也可以是電子標簽。使用標簽可以使運輸浮箱的識別更加方便。

實施例七：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于運輸浮箱的細化。本實施例所述的運輸浮箱上的標簽是電子標簽。

使用電子標簽，還可以在接近目的地時發(fā)出提示，實現(xiàn)自動的提醒功能。

實施例八：

一種使用上述實施例的運輸系統(tǒng)的長距離輸水隧洞運輸方法，所述的方法的步驟如下：

在運輸浮箱中裝載貨物的步驟：用于在運輸浮箱中裝載貨物并密封，在運輸浮箱上貼上貨物屬性和到站的標簽。運輸浮箱應嚴格密封，避免在運輸途中包裝散開。箱中所承載的物品可以選擇當?shù)氐奶厣撸邇r值并且無毒無害，如有機新鮮蔬菜等，；

綠色農產品等浮箱的投放和接收：浮箱上應貼有防水標簽或標記，標明浮箱裝運的內容、數(shù)量、投放地點、接收地點等，便于下游引水口或支洞的接收

將運輸浮箱放置在水中的步驟：用于將運輸浮箱通過投放平臺放入輸水隧洞上游的水中，裝載貨物的運輸浮箱在放入水中時，應懸浮在水中，大于50%的運輸浮箱浸沒在水中并與輸水隧洞底部保持一定距離，同時露出水面的部分也應當與輸水隧洞頂部保持一定距離。投放運輸浮箱時應合理安排投放時間間隔，避免在輸運的過程中運輸浮箱堆積，造成隧洞堵塞。

運輸浮箱運行的步驟：用于運輸浮箱隨水流沿輸水隧洞向輸水隧洞下游運動。運輸浮箱在漂流過程中應當防止卡在隧洞中，漂流的過程需要進行監(jiān)控，或使用繩索等工具，促進運輸浮箱的漂流。漂流的時間和速度可以根據(jù)公式計算。

回收運輸浮箱的步驟：用于根據(jù)標簽內容在輸水隧洞中間的收放或下游出口端的回收平臺將運輸浮箱從水中打撈起來。當運輸浮箱達到目的地時將運輸浮箱從隧洞中打撈上來，應避免箱體散開。

結束的步驟：用于打開運輸浮箱，根據(jù)標簽上記載的貨物屬性分配貨物，隧洞運輸結束。

實施例九：

本實施例是實施例八的改進，是實施例八關于“運輸浮箱運行的步驟”的細化。本實施例所述的“運輸浮箱運行的步驟”中運輸浮箱在隧洞內投放點和接收點之間自流的歷時t計算如下：

v為隧洞內水流斷面平均流速(m/s)，L為浮箱投放點和接收點之間隧洞的長度，由于供水工程中的管道水力計算一般均按照均勻流計算，則運輸浮箱的在隧洞內投放點和接收點之間自流的歷時t為；

假定在隧洞上，浮箱隨水體一起均勻流動。水體流速根據(jù)謝才公式計算，謝才公式是明渠和管道均勻流平均流速或沿程水頭損失的主要公式。謝才公式的形式為：

，

式中，R為水力半徑(m)，A為過水斷面面積，v為水流速度，P_w為濕周，J為水力坡度，C為謝才系數(shù)。謝才公式適用于有壓或無壓均勻流動的各阻力區(qū)。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案（比如隧洞的形式、運輸浮箱的形式、輸送方式等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。