[实用新型]河道交汇区急缓流平稳过渡导流结构

说明书

技术领域

本实用新型属于河流动力学技术领域，具体涉及一种用于河道交汇区急缓流平稳过渡导流结构。

背景技术

城市经济发展需要和城市土地的局限使得河流渠化严重，趋于集中。城市一旦发生洪灾，后果不堪设想，所以对渠道的行洪设计提出了非常高的要求。渠道本身的设计较为简单，主要是根据行洪量来设计渠道断面尺寸和底坡；而渠道与渠道的节点连接设计相对复杂并且重要的多。若节点设计不好，容易造成行洪困难而导致城市洪涝灾害。渠道与渠道的节点连接应按照两渠道的水流形态、水流走向等进行设计，本文只针对急流渠道向缓流渠道大角度入汇的节点连接提供平稳过渡的导流方法。由于城市规划和土地利用的限制，渠道的走向和形态不能轻易改变，这是城市渠道节点设计的一个瓶颈。目前还没有针对河渠交汇口复杂水力问题的设计手册，国内外很多相关研究都是针对一个理想化的交汇口，虽然不能直接用于工程实践，但是很多基本的汇流理论可以借鉴。例如汇流口水流形态一般认为可以分为7个区，其中几个比较重要的区域有停滞区、分离区和剪切层（图1）。停滞区是两股水流顶冲形成的驻波，该区域减小渠道过水区域，不利于行洪安全；该区域的大小主要与入汇水流的流速和入汇角度有关。分离区是位于入汇渠道一侧的漩涡区，它的存在束窄了过水断面面积；该区域的大小主要与两股水流的动量比和入汇角度有关。剪切层是位于两股水流中间的一道竖向水层，该层具有流速大、紊动强等特点，并且容易在该处的床面形成深坑。由于分离区对过水断面的束窄以及本身下游渠道相对于上游渠道过水断面的减小，汇流口会存在相当大的壅水。壅水高度与两股水流的动量比和入汇角度有关，两股水流的动量相差越大，入汇角度越大，则壅水高度越大。可见急流渠道向缓流渠道入汇如果不采用特殊的导流方法，出现的问题主要有：1）急流顶冲缓流形成大型驻波；2）交汇口水流分离，形成大漩涡；3）急流切断缓流造成缓流渠道回流，阻碍缓流渠道过流；4）造成汇流口水位大幅度上升，增加了渠道堤防发生漫顶溢流的风险（图2）。其中，第三个问题缓流回流是急流入汇缓流的汇流形式所特有的。

发明内容

本实用新型提出的是河道交汇区急缓流平稳过渡导流结构，其目的在于克服城市渠化严重、节点设计困难、土地利用紧张等问题，本结构能够将急流平稳地入汇缓流渠道，避免急流进入缓流渠道时大型驻波的产生，减少漩涡和水流分离，在保证设计行洪流量的基础上，尽量降低汇流口水位，减少城市洪灾的发生。

本实用新型的技术解决方案：其结构包括水跃消能段、流线型渠壁以及射流控制结构；其中水跃消能段设置在缓流渠道、平稳导流渠道两渠道交汇前的急流渠道上，流线型渠壁设置在急流渠道上的水跃消能段和缓流渠道之间；射流控制结构由鱼嘴、导流墙组成，其中导流墙置于鱼嘴顶端，并与缓流渠道平行；所述鱼嘴设置于流线型渠壁与缓流渠道相连的交点上，该交点连接平稳导流渠道；所述的急流渠道设计流量188.4m³/s，河床宽7.2m，底坡1/280，佛罗德数为1.22，水流流态属急流；缓流渠道设计流量89.7m³/s，河床宽10m，底坡1/1000，佛罗德数为0.77，水流流态属缓流；平稳导流渠道设计流量278.1m³/s，河床宽8m，底坡1/1000，佛罗德数为0.67，水流流态属缓流；所述的水跃消能段设置在两渠道交汇前的急流渠道上；当急流进入水跃消能段时，由于过水断面增大，急流流态会通过较弱的水跃转化为缓流，从而消耗一部分水体动能，避免急流直接进入缓流渠道时形成大型驻波，水跃消能段的扩张角5o；所述的流线型渠壁使用45o斜渠壁；所述的急流渠道和缓流渠道的夹角设置为60o；所述的鱼嘴是一长20m的薄棱形墙。

本实用新型的有益效果为：1）本发明可以避免急流直接进入缓流渠道时形成大型驻波，利于渠道行洪；2）可以使急流渠道水流平稳改变方向，流线平顺变形，减弱甚至消除水流分离和漩涡，增大实际水流过水面积；3）本发明采用射流控制结构有效地降低了汇流口水位；4）巧妙地利用了汇流和射流理论，在尽量减少城市征地的前提下，即保证了渠道的设计行洪流量，有效控制了汇流口水位，有利于在土地有限的地区以及城市防洪工程中大面积推广，大大减少土地的征用。

附图说明

图1是理想化交汇口水流形态示意图。

图2是急流渠道入汇缓流渠道水流形态示意图。

图3是河道交汇流区急缓流平稳过渡导流结构的结构示意图。

图4 (a)是图3中的A-A方向剖面图。

图4 (b)是图3中的A′-A′方向剖面图。

图5是射流控制结构示意图。

图6是图3中B-C断面的流速分布图。