【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及河流动力学与河流污染物治理，具体地指一种改善河道交汇区水动力学掺混流态的复合型整流控导方法。
技术介绍
1、在国家水网总体格局中，骨干河道和重大引调水工程是水网骨架，河湖水系连通和灌排渠系为水网脉络，河道交汇区则是纵横交错的水网骨架与脉络的重要节点。然而，交汇区却易遭受汛期水位壅高、行洪受阻的洪水威胁，也面临枯水期污染物滞留、水生态环境质量下降的困境。如图1所示，为概化后的顺直矩形明渠交汇区水流结构示意图。从图1中可以看出，竖直方向水流为支流，水平方向水流为干流，支流入汇口形成①水流停滞区，干流交汇口形成②水流偏转区，干流交汇口下游形成③水流分离区、④水流加速区、以及⑤水流恢复区，aa’为交汇口下游横断面，横断面内形成环流结构。
2、上述水流结构易导致交汇区产生行洪不畅与水生态环境恶化等现象：一方面，在洪水时期支流大流量旁侧入汇的作用下，两股不同流动方向的水流相互挤压顶托，交汇口上游常出现水位壅高、流速减缓的现象，动能转化为势能，两岸堤防面临的洪水灾害风险骤升；交汇口下游则由于出现水面跌落，能量发生明显损耗，水网行洪能力大幅降低。另一方面，支流由于沿岸多分布有工厂或农田，污染物浓度较高，且在枯水时期由于干流流量大、支流流量小，污染物汇入后一般沿干流交汇口下游内侧堤线(入汇侧河岸)集中分布，形成狭长的高浓度污染带，可能需要上百倍河宽的长度才能使横断面上的污染物浓度达到均匀混合。
3、污染物沿一侧河岸聚集、难以扩散的现象不仅不利于通过水体的自净能力使得污染物尽快得到降解，减小污染范围，同时还容易
4、针对水网水系的水安全保障，现有技术中的研究大多从骨干河道的治理着手，存在如下问题：
5、第一，聚焦单个防洪、或单个防污目标，且采用的工程措施较为单一；
6、第二，忽视了河道交汇区的节点控制作用，缺乏对河道交汇区水安全问题的全面认识。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，本专利技术提出一种改善河道交汇区水动力学掺混流态的复合型整流控导方法，针对水网交汇区的防洪与防污多目标需求，基于水流自然动能的高效利用，提升水网行洪效能、改善水网水生态环境，为解决水网建设过程中的重要现实问题提供科学思路与技术支撑。
2、为达到上述目的，本专利技术所设计的一种改善河道交汇区水动力学掺混流态的复合型整流控导方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
3、s1)在汛期和枯水期，分别勘测支流入汇口的河宽和水深，勘测干流交汇口下游断面的河宽和水深；
4、s2)根据汛期得到的勘测数据，将支流入汇口靠近水流分离区堤线与干流交汇口的交汇位置处进行内椭圆弧处理，所述内椭圆弧分别与支流入汇口靠近水流分离区堤线、干流交汇口下游水流分离区堤线平滑相切；
5、根据汛期得到的勘测数据，将支流入汇口远离水流分离区堤线与干流交汇口的交汇位置处进行外椭圆弧处理，所述外椭圆弧分别与支流入汇口远离水流分离区堤线、干流交汇口下游水流加速区堤线平滑相切；
6、通过内椭圆弧和外椭圆弧改善河道交汇区水动力学流态，使支流水流平顺汇入干流交汇口，从而降低干流交汇口上游壅水高度，控制干流交汇口下游水流的分离，破除交汇口下游环流，并降低能量损失；
7、s3)根据枯水期得到的勘测数据，在干流交汇口下游水流加速区的位置处设置升降式丁坝；
8、在枯水期时，将丁坝升起，促使干流交汇口下游水流加速区水流挑向交汇口下游水流分离区，并增强垂向断面内的环流结构，促进交汇口下游水流加速区中的污染物与水流分离区中的污染物相互掺混；
9、在汛期时，将丁坝降下，便于干流泄洪。
10、进一步地，s1)中，支流入汇口的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值；干流交汇口下游断面的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值。
11、更进一步地，s2)中，内椭圆弧和外椭圆弧分别满足下列的椭圆方程，
12、
13、式中，
14、la为内椭圆弧的长半轴，
15、lb为内椭圆弧的短半轴，
16、x为内椭圆弧、或外椭圆弧沿干流长度方向的位置，
17、y为内椭圆弧、或外椭圆弧沿干流宽度方向的位置，
18、l'a为外椭圆弧的长半轴，
19、l'b为外椭圆弧的短半轴。
20、更进一步地，s2)中，所述内椭圆弧的长半轴为2倍干流河宽，内椭圆弧的短半轴为0.5倍干流河宽；所述外椭圆弧的长半轴为3倍干流河宽，外椭圆弧的短半轴为1.5倍干流河宽。
21、进一步地，s3)中，所述丁坝至支流入汇口远离水流分离区堤线的垂直距离为2～3倍干流河宽。
22、更进一步地，s3)中，所述丁坝沿干流断面布设，一端抵接至干流交汇口下游水流加速区堤线。
23、更进一步地，s3)中，所述丁坝垂直于干流交汇口下游水流加速区堤线。
24、更进一步地，s3)中，所述丁坝长度为0.5～0.6倍干流河宽。
25、更进一步地，s3)中，所述丁坝坝顶的高程高于对应断面枯水期水位。
26、更进一步地，s3)中，所述丁坝为埋置式的升降丁坝，所述丁坝包括埋置在河底、且顶端密封、上端开口的埋置壳体，所述埋置壳体上端口嵌置有能够上下升降的坝体，且坝体底端开口、顶端密封，所述埋置壳体与坝体之间密封相连；所述埋置壳体底端设置有升降机，且升降机顶端抵接至坝体顶端；所述埋置壳体底端还设置有供电系统和系统处理器，所述供电系统和系统处理器分别与升降机电连接。
27、本专利技术的优点在于：
28、1、本专利技术通过支、干流交汇位置处的堤线优化设计改变了支流入汇角度，减小甚至消除了汛期支流流量较大情况下形成的水流分离区及其内的涡旋结构，有效地增加了交汇口的实际过水断面面积，降低了干流交汇口上游的壅水高度，直接减小了两岸堤防面临的洪水威胁；
29、2、本专利技术通过堤线优化减小了交汇口上下游、左右岸的跌水落差，使得水流流速的分布更趋于均匀化，水流流态趋于平顺，减小了能量损耗与动能对势能的转化，从而提升了河道行洪效能；
30、3、本专利技术在堤线优化的基础上，进一步在干流交汇口下游水流加速区岸侧布设单个可升降式的丁坝，枯水期时将交汇口下游水流加速区水体挑向交汇口下游水流分离区，通过自然动能的重新分布，促进两股水流掺混，降低交汇口下游水流分离区岸侧的水体污染物浓度，减小高浓度污染带的影响区域；
31、4、本专利技术通过丁坝增强了交汇口下游垂向断面内的环流结构，加速水体的对流掺混作用，同时通过增强水体紊动、加速污染物降解；
32、5、本专利技术综合考虑了河道交汇区汛期行洪与枯水期水质改善的多目标需求，其中堤线设计在保证河道行洪效能得到有效提升的基础上，尽量减少了征地面积；升降式丁坝在汛期时降下，对河道行洪不产生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改善河道交汇区水动力学掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S1)中，支流入汇口的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值；干流交汇口下游断面的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值。
3.根据权利要求2所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S2)中，内椭圆弧和外椭圆弧分别满足下列的椭圆方程，
4.根据权利要求3所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S2)中，所述内椭圆弧的长半轴为2倍干流河宽，内椭圆弧的短半轴为0.5倍干流河宽；所述外椭圆弧的长半轴为3倍干流河宽，外椭圆弧的短半轴为1.5倍干流河宽。
5.根据权利要求1所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所述丁坝至支流入汇口远离水流分离区堤线的垂直距离为2～3倍干流河宽。
6.根据权利要求5所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所
7.根据权利要求6所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所述丁坝垂直于干流交汇口下游水流加速区堤线。
8.根据权利要求7所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所述丁坝长度为0.5～0.6倍干流河宽。
9.根据权利要求8所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所述丁坝坝顶的高程高于对应断面枯水期水位。
10.根据权利要求9所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：S3)中，所述丁坝为埋置式的升降丁坝，所述丁坝包括埋置在河底、且顶端密封、上端开口的埋置壳体(1)，所述埋置壳体(1)上端口嵌置有能够上下升降的坝体(2)，且坝体(2)底端开口、顶端密封，所述埋置壳体(1)与坝体(2)之间密封相连；所述埋置壳体(1)底端设置有升降机(3)，且升降机(3)顶端抵接至坝体(2)顶端；所述埋置壳体(1)底端还设置有供电系统(4)和系统处理器(5)，所述供电系统(4)和系统处理器(5)分别与升降机(3)电连接。
...【技术特征摘要】
1.一种改善河道交汇区水动力学掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：s1)中，支流入汇口的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值；干流交汇口下游断面的河宽和水深分别取汛期、枯水期多次勘测数据的平均值。
3.根据权利要求2所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：s2)中，内椭圆弧和外椭圆弧分别满足下列的椭圆方程，
4.根据权利要求3所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：s2)中，所述内椭圆弧的长半轴为2倍干流河宽，内椭圆弧的短半轴为0.5倍干流河宽；所述外椭圆弧的长半轴为3倍干流河宽，外椭圆弧的短半轴为1.5倍干流河宽。
5.根据权利要求1所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：s3)中，所述丁坝至支流入汇口远离水流分离区堤线的垂直距离为2～3倍干流河宽。
6.根据权利要求5所述的改善河道交汇区掺混流态的复合型整流控导方法，其特征在于：s3)中，所述丁坝沿干流断面布设，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李典，李安强，张浮平，夏函，陈世杰，汪文超，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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