一种挖入式港池防淤减淤的方法技术

本发明专利技术公开了一种挖入式港池防淤减淤的方法，设置泵房和水泵、引水涵管和取水头、出水头；引水涵管两头分别连接取水头和出水头，并与水泵相连，由水泵带动水循环，完成港池上游顺水面抽水、港池内背水面喷水。分两个步骤建立数学模型进行港池淤积计算，步骤一，建立了平面二维水沙输运数学模型；步骤二，挖入式港池的回淤计算并设计两种挖入式港区洪水期防淤减淤的“吸、喷”水方案，抑制回流以减少淤积的措施并计算港池淤积。本发明专利技术通过控制边界层分离破坏回流，从而达到防淤减淤的目的，其设计科学，减淤效果明显；对港池内水环境问题也有所改善，减少港池内油污水污染、农业废水污染、热污染，保护港口，提高水体质量。

A method for reducing silt and silting in a dug tank

The invention discloses a method for reducing silt and silting in a dug tank, setting pump house and water pump, water diversion culvert pipe, water head and water head. Two heads of water diversion culvert are connected with water head and outlet head respectively. The water pump is connected with water pump, water circulation is driven by water pump, water pumping in the upstream of the upstream of the pond and water spray in the back of the pond are completed. Two steps are set up to calculate the sedimentation of the port pool. Step 1, a two-dimensional mathematical model of water and sediment transport is set up. Step two, the back silting of the excavated port pool is calculated and the \suction and spray\ water scheme is designed for two kinds of dredged port area during flood period, and the measures of reducing the backflow to reduce the siltation and calculating the silt of the harbor basin are calculated. Product. By controlling the boundary layer separation and destroying the reflux, the design is scientific and the effect of reducing silt is obvious; the water environment in the harbor basin is also improved to reduce the pollution of the oil sewage, the pollution of the agricultural waste water and the heat pollution in the harbor basin, and the protection of the port and the quality of the water.

【技术实现步骤摘要】
一种挖入式港池防淤减淤的方法
本专利技术属于港口航道工程
，具体涉及一种挖入式港池防淤减淤的方法。
技术介绍
当海边或者江河需要供轮船和渡船停靠、游客需要上下客船、货物需要装卸的时候，就可能会在港口边建设码头。在我国，码头一般建设在水陆交通发达的海口或是沿江、沿河的发达商业地带，而它的建设又会带动当地经济的发展。码头除去作为渡轮泊岸上下乘客和货物之用、还有一个重要的作用即是吸引游人、是个多人集会聚集之地。挖入式港池是向岸的陆域一侧(或利用河汊和洼地)开挖出来的港池，它是内河中应用较广泛地一种码头布置形式。挖入式港池有许多优点，但其缺点也很突出，即泥沙淤积严重，特别是受潮汐影响较大的港池，往往一次大潮就使港池淤死。港池的淤积问题直接影响到码头的营运，同时也增加了港池的维护费用。淤积问题很大程度上也成为制约挖入式港池大量应用的一个主要原因。目前，从挖入式港池的实际运用情况看，采取减淤措施的港池比较少，因此专利技术一种新型的防淤减淤方法对于港口航道工程
具有重要理论意义和实用价值。
技术实现思路
目的：为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种挖入式港池防淤减淤的方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于，在河道和港池交界处设有泵房，泵房中设置有至少一套水泵和引水涵管，在河道的取水口处设置取水头，在港池内设置出水头；引水涵管两端分别连接取水头和出水头，并与水泵相连，由水泵带动水循环，完成港池上游顺水面抽水、港池内背水面喷水。进一步的，所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述引水涵管由多根单根涵管连接而成。作为优选方案，所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述水泵选用轴流泵。作为优选方案，所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述引水涵管的转弯处设有圆柱形镇墩。进一步的，所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述镇墩采用等级为C15的素混凝土浇筑支撑。本专利技术还提供一种挖入式港池防淤减淤的方法，具体包括以下步骤：步骤一，建立平面二维水沙输运数学模型；步骤二，针对挖入式港池的回淤计算，进行洪水状况下泥沙数值模拟；根据泥沙数值模型计算结果，通过箱线图分析对各方案港池泥沙淤积总量及口门淤积量的处理与分析，选取最佳防淤减淤方案。具体的，步骤一，建立挖入式港池的平面二维水沙输运数学模型，采用无结构网格单元(三角形)进行区域的划分，并采用Roe’s近似黎曼解算法对模型进行求解；时间积分方法采用二阶龙格库塔格式；对于开边界，给定特定的流量或水位带入流体力学控制方程中进行计算；对于闭边界，沿模型计算区域的闭边界(陆地边界)各变量的法向流速均被设置为零；为了描述单元的干湿属性，定义三个水深特征值hdry、hflood、hwet，并根据特征水深定义淹没边界；所述的二维水沙输运数学模型的控制方程见式(1)～(4)：连续性方程：X和Y方向动量方程：二维笛卡尔坐标系下的标量运输方程的一般形式如下：其中河床剪切应力项可由二次摩擦定律得到，并采用曼宁系数计算糙率，公式如下：Tij项表示侧向压力，主要包括粘性摩擦力Txx、紊流摩擦力Txy和差动平流剪切力Tyy三部分；由于其和平均速度的梯度以及水平涡粘性系数A有关，采用估算的式子如下：对于水平涡粘性系数的计算，通过引入和特征长度l有关的有效涡粘系数cs，给出如下计算公式：式中：t为时间；x、y、z构成右手Cartesian坐标系；η为水位；d为静止水深；h＝d+η为总水深；和是水平方向的速度分量的垂直向积分均值；f＝2ΩsinΦ为科氏力系数，Ω是地球旋转的角频率，Φ是当地的纬度；g是当地重力加速度；ρ是水的密度；和为地球自转引起的加速度；τsx，τsy为风场摩擦力在x，y上的分量；τbx，τby为底床摩擦力在x，y上的分量；sxx、sxy、syx、syy为辐射应力张量的分量；pa为当地大气压强；ρ0是水的参照密度；S是源汇项；us,vs是源汇项水流流速；为标量平均浓度，此模型中即为泥沙浓度；为水平方向的平均流速；Dx、Dy为水平扩散系数，分别对应x方向及y方向；h表示水深；hp表示标量浓度线性衰退速率，在该模型中即为泥沙沉降速度；Cs表示源头标量浓度；S表示源汇项；Kp为泥沙沉积速率；cf是阻力系数，是底部水流滑移速度；对于两维计算而言，是关于水深的平均速度，阻力系数由曼宁系数M得到；ui、uj、xi、xj分别是水平方向上的速度和长度；Sij为变形率。步骤二：针对挖入式港池的回淤计算，进行了洪水状况下水沙数值模拟，并设计单吸喷水装置、双吸喷水装置两套防淤减淤方案，与不采取防淤减淤措施下的港池淤积量进行对比；通过对各方案港池泥沙淤积总量及口门淤积量的处理与分析，选取最佳防淤减淤方案；由计算结果得到：单“吸、喷”水工况下，港池的口门淤积现象得到减弱，港池淤积总量也有所下降；在双“吸、喷”水工况下，港池的淤积总量大大减弱，由此提出减少挖入式港池淤积的设计方案。单吸喷水装置为设置一套所述的挖入式港池防淤减淤的装置，在港池的上游河道边壁将边界层的水流抽走，并在港池内的背水面喷出等量水流，增加回流区动量。双吸喷水装置为设置两套所述的挖入式港池防淤减淤的装置，在港池的上游河道边壁将边界层的水流抽走，并在港池内的背水面喷出等量水流，增加回流区动量；同时，在港池下游的港池内边壁吸走回流区水流，并在下游的河道边壁上喷出等量水流。本专利技术的设计原理是：回流淤积是挖入式港池最为普遍的淤积形式，是回流挟沙力远小于主流挟沙力的结果，内河港池内大部分淤积来自于回流淤积。在港池前顺水面吸水，港池内喷水的方法可以控制边界层分离，减小港池内的回流尺度，同时也明显地减少港池内的回流淤积。有益效果：本专利技术提供的挖入式港池防淤减淤的方法，与现有技术相比其显著优点在于：通过对挖入式港池的水沙平面二维数值计算与防淤减淤措施下的结果对比分析，验证了一种挖入式港池的防淤减淤的方法。该方法设计科学，减淤效果十分明显，可以防范运用于内河及海口的挖入式港池的工程规划设计。一是提出了一种挖入式港池洪水期防淤减淤的方法，通过控制边界层分离破坏回流，从而达到防淤减淤的目的，其设计科学，减淤效果明显；二是该方法对港池内水环境问题也有所改善，减少港池内油污水污染、农业废水污染、热污染，保护港口，提高水体质量。本方法不仅有助于我国生态港建设的需求，对许多其他水利工程例如丁坝防淤等也具有方法广泛的应用价值。附图说明图1是挖入式港池单吸喷水装置平面布置图；图2是挖入式港池双吸喷水装置平面布置图；图3是港池数值模型计算范围；图4是无减淤措施下历时30天泥沙淤积云图；图5是单“吸、喷”措施下的历时30天的泥沙淤积云图；图6是双“吸、喷”措施下的历时30天的泥沙淤积云图；图7是三个工况下港池淤积箱线图；图中：1、河道，2、港池，3、泵房，4、水泵，5、引水涵管，6、镇墩，7、取水头，8、出水头。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提出了一种吸喷水装置的方法用于减少挖入式港池的泥沙淤积。如图1和图2所示，一种吸喷水装置，在河道1和港池2交界处设有泵房3，泵房3中设置有至少一套水泵4和引水涵管5，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于，在河道和港池交界处设有泵房，泵房中设置有至少一套水泵和引水涵管，在河道和港池内分别设置取水头、出水头；引水涵管两端分别连接取水头和出水头，并与水泵相连，由水泵带动水循环，完成港池上游顺水面抽水、港池内背水面喷水。

【技术特征摘要】
1.一种挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于，在河道和港池交界处设有泵房，泵房中设置有至少一套水泵和引水涵管，在河道和港池内分别设置取水头、出水头；引水涵管两端分别连接取水头和出水头，并与水泵相连，由水泵带动水循环，完成港池上游顺水面抽水、港池内背水面喷水。2.根据权利要求1所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述引水涵管由多根单根涵管连接而成。3.根据权利要求1所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述水泵选用轴流泵。4.根据权利要求1所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述引水涵管的转弯处设有圆柱形镇墩。5.根据权利要求1所述的挖入式港池防淤减淤的装置，其特征在于：所述镇墩采用等级为C15的素混凝土浇筑支撑。6.根据权利要求1所述的挖入式港池防淤减淤的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一，建立平面二维水沙输运数学模型；步骤二，针对挖入式港池的回淤计算，进行了洪水状况下泥沙数值模拟；根据泥沙数值模型计算结果，通过箱线图分析对各方案港池泥沙淤积总量及口门淤积量的处理与分析，选取最佳防淤减淤方案。7.根据权利要求6所述的挖入式港池防淤减淤的方法，其特征在于：步骤一，建立挖入式港池的平面二维水沙输运数学模型，采用无结构网格单元进行区域的划分，并采用Roe’s近似黎曼解算法对模型进行求解；时间积分方法采用二阶龙格库塔格式；对于开边界，给定特定的流量或水位带入流体力学控制方程中进行计算；对于闭边界，沿模型计算区域的闭边界(陆地边界)各变量的法向流速均被设置为零；为了描述单元的干湿属性，定义三个水深特征值hdry、hflood、hwet，并根据特征水深定义淹没边界；所述的二维水沙输运数学模型的控制方程见式(1)～(4)：连续性方程：X和Y方向动量方程：二维笛卡尔坐标系下的标量运输方程的一般形式如下：其中河床剪切应力项可由二次摩擦定律得到，并采用曼宁系数计算糙率，公式如下：Tij项表示侧向压力，主要包括粘性摩擦力Txx、紊流摩擦力Txy和差动平流剪切力Tyy三部分；由于其和平均速度的梯度以及水平涡粘性系数A有关，采用估算的式子如下：对于水平涡粘性系数的计算，通过引入和特征长度l有关的有效涡粘系数cs，给出如下计算公式：式中：t为时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先飞，王玲玲，唐洪武，伍梦天，徐雷诺，黄玄，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32