异形拦河坝及弯曲型河道疏浚方法技术

异形拦河坝及弯曲型河道疏浚方法，异形拦河坝主要包括设置在河流弯道末端的主坝，以及沿主坝长度方向分别设置在主坝端的凹岸副坝和凸岸副坝，所述主坝长度与异形拦河坝总长度的比值、所述凹岸副坝长度与异形拦河坝总长度的比值分别与弯道中心角成指数关系；河流的弯道中心角为30~120

【技术实现步骤摘要】
异形拦河坝及弯曲型河道疏浚方法


[0001]本专利技术属于水利水电工程河道整治领域，尤其是一种弯曲型河道疏浚方法。

技术介绍

[0002]近年来我国低水头径流式电站项目蓬勃发展，其水电站梯级开发具有低水头、发电水头低，效益不显著等缺点。径流式水电站全年不能满负荷运行，枯水期发电量急剧下降，受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。为增加电站发电效益，目前常采用对电站下游河道进行整治疏浚，降低电站尾水位，提高发电效益。由于山区型河道河床底坡坡降变化大、局部过水河道狭窄、河道弯道较多、水流流速大、水流衔接不顺、人工整治难度较大等特点。
[0003]为此，工程师设计了常规体型的雍水堰，但是目前还存在无法解决整治河段内弯道流速分布不均匀和流速较大的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：提供一种异形拦河坝，以及基于异形拦河坝的弯曲型河道疏浚方法。
[0005]技术方案：异形拦河坝，包括设置在河流弯道末端的主坝，以及沿主坝长度方向分别设置在主坝端的凹岸副坝和凸岸副坝，
[0006]所述主坝长度与异形拦河坝总长度的比值、所述凹岸副坝长度与异形拦河坝总长度的比值分别与弯道中心角成指数关系；
[0007]河流的弯道中心角为30～120
°
，径宽比为2～5。
[0008]根据本申请的一个方面，所述凹岸副坝长度L1、异形拦河坝总长度L以及弯道中心角θ的关系为：L1/L＝0.19ln(θ)+0.29。
[0009]根据本申请的一个方面，所述主坝长度L2、异形拦河坝总长度L以及弯道中心角θ的关系为：L2/L＝
‑
0.147ln(θ)+0.57。
[0010]根据本申请的一个方面，所述主坝高度与凹岸副坝或凸岸副坝的高差ΔH、凹岸副坝流量系数μ1、主坝流量系数μ2、副坝坝上水深H的关系为：
[0011]根据本申请的一个方面，所述主坝、副坝坝轴线距河道垂线特征长度b/b
ave
、弯道末端横向流速分布不均匀度v/v
ave
的关系为：b/b
ave
＝v/v
ave
。式中b为主坝或副坝坝轴线距离坝肩沿河道方向垂直距离；b
ave
为主坝或副坝坝轴线距离坝肩沿河道方向垂直距离的平均值；v为弯道出口断面河道流速，v
ave
为弯道出口端面河道平均流速。
[0012]根据本申请的一个方面，所述异形拦河坝的迎水面为折线型，坡面坡降为1:5～1:3。
[0013]根据本申请的一个方面，所述异形拦河坝的背水面为折线型，坡面坡降为1:5～1:3。
[0014]根据本申请的一个方面，主坝与凹岸副坝、主坝与凸岸副坝的坝顶处的衔接面为
弧面或折线面。
[0015]进一步地，提供一种弯道中心角为30～120
°
、径宽比为2～5的弯曲型河道疏浚方法，包括如下步骤：
[0016]步骤S1、测量待疏浚河流段的弯道中心角和河流宽度；
[0017]步骤S2、根据上述任一项实施例所述的方案计算主坝、凹岸副坝和凸岸副坝的长度；并根据水文参数计算主坝高度；
[0018]步骤S3、构建实验模型，获取初步的工程参数，并判断是否符合工程要求；
[0019]步骤S4、若符合，根据上述计算结果建造异形拦河坝。
[0020]根据本申请的一个方面，所述步骤1具体为：
[0021]通过无人机采集预定区域的若干组图像；
[0022]对各组图像进行处理，获取河道宽度和弯道中心角；
[0023]针对每组图像，提取河道内的区域表面图像，基于区域表面图像获取河道各处的水流速度。
[0024]有益效果：在传统拦河坝的基础上，在主坝两侧设置副坝，主坝顶高程低于两侧副坝，主坝、副坝坝顶均过流。通过调节两侧副坝长度和顶高程优化弯道水流条件。
[0025]凹型雍水堰不仅可以雍高河道水位、降低水流流速，通过增加弯道外侧副坝长度、降低主坝顶高程、减小弯道内侧副坝长度，迫使弯道主流从主坝通过，优化弯道水流条件，使断面流速分布均匀，满足河道整治施工水流条件。
[0026]本专利技术适用于山区型河道弯道水流、主流偏向河道外侧、外侧河道淘刷严重、断面流速分布不均匀，具有雍高水位、降低河道流速、优化弯道水流条件等优点。
[0027]本专利技术的方案，大大简化了参数计算过程，提高了计算和仿真的速度，有利于快速构建水工模型进行实验，优化细节。
附图说明
[0028]图1a和图1b分别是弯道水流示意图。
[0029]图2为异形拦河坝平面示意图。
[0030]图3为异形拦河坝剖面示意图。
[0031]图4为异形拦河坝立体示意图，沿图2a中a
‑
a方向的剖面图。
[0032]图5为某一实施例下的拦河坝使用情况示意图，其中拦河坝采用图2所示的结构。
[0033]上述各图中，附图标记为主坝1、凹岸副坝2、凸岸副坝3、迎水面4、背水面5。
具体实施方式
[0034]如图1a和图1b所示，为了解决现有技术存在的问题，申请人进行了深入地研究。
[0035]山区型河道弯道众多、河床底坡坡降变化大、河道水流流速分布不均。弯道水流的离心力影响了表面水流的稳定，表面水流流速大，底层水流流速小，表层离心力大于底层离心力，表层水流偏向凹岸(图1b左上方处)流动，底层水流偏向凸岸(图1b右下方处)，形成螺旋流，流速沿横向、纵向、垂向分布不均匀。
[0036]受到离心力的影响，凹岸水面抬升，凸岸水面降低，弯道水面沿径向形成倾斜角的横比降，弯道断面处横比降最大，弯道进口、出口横比降逐渐减小。弯道中心角对弯道流速
分布有较大的影响。弯道中心角越大，弯道进口主流提前偏向凸岸，在弯道断面主流集中程度高，弯道出口断面主流偏向凹岸。径宽比对大角度中心角的弯道水面形态有重要影响。径宽比越小凹岸侧与凸岸侧流速差越大，流速分布越不均匀。
[0037]现有技术，包括刘商等人设计的技术中，主要是针对通用型场景进行的建模，没有考虑到弯道中心角等要素，对于弯道河流这一场景下的河坝计算并不准确。换句话说，常规体型雍水堰没有考虑弯道的物理环境参数，尤其是弯道中心角，无法解决弯道流速分布不均匀、流速较大等问题。在工程中，常设置拦河坝抬高整治河段水位、降低水流流速，以满足清淤船施工的水流条件。上述技术属于早期的技术，还存在计算复杂，在计算机中模拟资源占用多，计算速度慢等缺点。如果采用上述方案，需要构建河道的诸多参数，结合方案给出的河坝的诸多参数，通过计算机仿真给出相应的计算结果，速度非常慢。如果能够基于核心的重要参数构建河坝的主要参数，然后通过计算机初步验证和工程实验模拟，进行微调和优化，显然是更加高效、准确和有说服力的方案。
[0038]基于此，提供一种异形拦河坝以及采用这种异形拦河坝进行河道清淤的方法。
[0039]如图2至图4所示，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.异形拦河坝，其特征在于，包括设置在河流弯道末端的主坝，以及沿主坝长度方向分别设置在主坝端的凹岸副坝和凸岸副坝，所述主坝长度与异形拦河坝总长度的比值、所述凹岸副坝长度与异形拦河坝总长度的比值分别与弯道中心角成指数关系；河流的弯道中心角为30～120
°
，径宽比为2～5。2.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述凹岸副坝长度L1、异形拦河坝总长度L以及弯道中心角θ的关系为：L1/L＝0.19ln(θ)+0.29。3.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述主坝长度L2、异形拦河坝总长度L以及弯道中心角θ的关系为：L2/L＝
‑
0.147ln(θ)+0.57。4.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述主坝高度与凹岸副坝或凸岸副坝的高差ΔH、凹岸副坝流量系数μ1、主坝流量系数μ2、副坝坝上水深H的关系为：5.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述主坝、副坝坝轴线距河道垂线特征长度b/b
ave
、弯道末端横向流速分布不均匀度v/v
ave
的关系为：b/b
ave
＝v/v
ave
，式中b为主坝或副坝坝轴线距离坝肩沿河道方向垂直距离；b
ave
为主坝或副坝坝轴线距离坝肩沿河道方向垂直距离的平均值；v为弯道出口断面河道流速，v
ave
为弯道出口端面河道平均流速。6.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述异形拦河坝的迎水面为折线型，坡面坡降为1:5～1:3。7.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，所述异形拦河坝的背水面为折线型，坡面坡降为1:5～1:3。8.根据权利要求1所述的异形拦河坝，其特征在于，主坝与凹岸副坝、主坝与凸岸副坝的坝顶处的衔接面为弧面或折线面。9.弯曲型河道疏浚方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、测量待疏浚河流段的弯道中心角和河流宽度；步骤S2、根据权利要求1至7任一项所述的方案...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，童中山，郑海圣，徐达，孙洪亮，毛森浩，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：