堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪虹吸管帶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于堤壩分洪水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪虹吸管帶。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于堤壩分洪水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪虹吸管帶。
【背景技術(shù)】
[0003]2013年黑龍江發(fā)生人力無(wú)法抵御的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，在現(xiàn)有的水利規(guī)范與技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)“確保抗洪搶險(xiǎn)部隊(duì)的安全”與堤壩安全這一目標(biāo)的防汛預(yù)案難度很大，如果通過(guò)創(chuàng)新理論、創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，也就解決了堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂潰決傷人毀物的世界性的難題。2015年日本9月10日發(fā)生潰堤，整棟房屋、成排車輛被沖走，造成多人傷亡失蹤、大量財(cái)產(chǎn)損失，江河堤防普遍達(dá)標(biāo)的情況下，洪水都匯到河道里，增加下游發(fā)生洪水的機(jī)率，堤防增高，河道存水量增大，一旦發(fā)生決堤，就是滅頂之災(zāi);大量國(guó)內(nèi)外水庫(kù)大壩水毀產(chǎn)生的滅頂之災(zāi)與巨額經(jīng)濟(jì)損失的案例，說(shuō)明解決超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤壩水毀是保障國(guó)計(jì)民生急切需要解決的技術(shù)性難題，說(shuō)明本發(fā)明將產(chǎn)生巨大的的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤壩面臨的難題:遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水保堤壩不決口，采用手段只有三個(gè)，“蓄、擋、分”，“水庫(kù)蓄、堤壩擋”都有限度，一旦遇到不可抗拒的洪水，三種手段達(dá)到極限而分洪建筑物又不能現(xiàn)建，決口不可避免，這是現(xiàn)有水利工程技術(shù)面臨的難題，這三個(gè)選項(xiàng)中只有分洪保堤壩是萬(wàn)全之策。由于小型水庫(kù)流域面積小、量大，罕見(jiàn)暴雨中心集中在小型水庫(kù)的流域面積內(nèi)的概率大，而小型水庫(kù)重要性小社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益低，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，發(fā)生漫壩潰決不可避免，是小型水庫(kù)遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水面臨的難題。目前在土質(zhì)堤壩上分洪(泄洪)建筑物形式有鉿結(jié)構(gòu)的分洪閘及溢洪道、過(guò)水土壩、壩下埋管、豎井式溢洪道、虹吸式溢洪道及人為決堤分洪，這些分洪溢洪建筑物均不可能在發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水搶險(xiǎn)時(shí)現(xiàn)建，豎井式溢洪道、虹吸式溢洪道超泄能力低不適合作為土石壩樞紐的非常溢洪道，虹吸式溢洪道必須達(dá)到一定水位條件才可自動(dòng)啟動(dòng)，如果水庫(kù)的虹吸式溢洪道需主動(dòng)分洪，必須具備上下游閘閥及注水管閥以及消能防沖設(shè)施，這些設(shè)施造價(jià)高?，F(xiàn)在自潰堰式分洪道，相當(dāng)于無(wú)閘鉿結(jié)構(gòu)溢洪道，其造價(jià)也很高，而且一旦啟動(dòng)面臨小水產(chǎn)生不可控的大潰，現(xiàn)在分洪建筑物的消能形式面流、消力戽、挑流，面流、消力戽需要一定水力條件，底流、面流、消力戽消能必須有鉿結(jié)構(gòu)護(hù)坦，挑流消能必有挑坎與水頭形成安全沖坑。無(wú)消能設(shè)施的水庫(kù)破副壩的非常溢洪道，一旦啟動(dòng)代價(jià)高且不可控，其它非常溢洪道不僅造價(jià)高還需要一定的地形、地質(zhì)條件。
[0005]
[0006]
[0007]超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤漫頂潰決的原因:這些水毀案例共同的特點(diǎn)就是遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水的重大自然災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家也一樣存在，這是世界性的難題，世界各國(guó)通用的堤壩設(shè)計(jì)理論，是按照規(guī)范規(guī)定的具體量化洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)工程，確保在規(guī)范內(nèi)不發(fā)生工程水毀，各國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件不同僅僅是其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不一樣，發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀概率低，而發(fā)展中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀概率高。在理論上用規(guī)范的有限量化洪水標(biāo)準(zhǔn)不能解決無(wú)限的超標(biāo)準(zhǔn)洪水工程水毀的問(wèn)題;土石結(jié)構(gòu)的堤壩無(wú)法抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水。目前也缺少水庫(kù)的副壩分洪、非常溢洪道可控分洪的防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論。
[0008]利用葉興的泄洪灘地水毀機(jī)理，構(gòu)建向農(nóng)田、灘地分散分洪的新型分洪理論與措施，就可以解決以上一系列難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的:為實(shí)現(xiàn)“確?？购閾岆U(xiǎn)部隊(duì)的安全”的目標(biāo)，創(chuàng)建堤壩防災(zāi)減災(zāi)理論與方法，避免產(chǎn)生潰壩涌浪造成滅頂之災(zāi)，讓人畜有逃生機(jī)會(huì)，減少工程水毀的財(cái)產(chǎn)損失，解決堤防超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂潰決的世界性難題;提供一種堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪虹吸管帶，當(dāng)遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，能夠可控預(yù)泄分洪防止堤壩漫頂決口，提供一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搶險(xiǎn)臨時(shí)建造快捷、使用管理方便、造價(jià)低、不永久占地。
[0010]本發(fā)明適用于堤壩利用河道、溝、塘、低洼地向農(nóng)田分散分泄堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水，適用于水庫(kù)非常溢洪道，還適于用于水庫(kù)遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水泄流能力不夠的情況下分洪保壩，還適用于原設(shè)計(jì)副壩作為非常溢洪道的水庫(kù)遇較小超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下可控分洪保副壩不分洪，還適于任何需要抗洪搶險(xiǎn)、可控分洪的地方。
[0011 ]實(shí)現(xiàn)以上目的其技術(shù)方案如下:
堤壩超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪虹吸管帶，其特征在于它包括攔污柵、拍門、虹吸管身、注水管閥、順止蝴蝶閥門、剛體骨架人工合成材料的輸水帶、人工合成材料的輸水帶、動(dòng)態(tài)浮體出口。攔污柵安裝在上游傾斜段虹吸管身進(jìn)口外側(cè)，拍門安裝在上游傾斜段虹吸管身進(jìn)口外側(cè)，上游傾斜段虹吸管身進(jìn)口內(nèi)側(cè)安裝蝴蝶閥，上游傾斜段虹吸管身露天布置在堤壩上游坡上，上游傾斜段虹吸管身與壩內(nèi)水平段虹吸管身相連，上游傾斜段虹吸管身固定在上游鎮(zhèn)墩上，壩內(nèi)水平段虹吸管身與下游傾斜段虹吸管身相連，壩內(nèi)水平段虹吸管身下游與注水管閥相連，下游傾斜段虹吸管身露天布置在堤壩下游坡上，下游傾斜段虹吸管身末端布置在下游鎮(zhèn)墩上，下游傾斜段虹吸管身下游末端外側(cè)與剛體骨架人工合成材料的輸水帶相連，下游傾斜段虹吸管身下游末端安裝順止蝴蝶閥門，順止蝴蝶閥門由蝴蝶閥、伸縮環(huán)組成，蝴蝶閥下游接觸伸縮環(huán)，伸縮環(huán)下游與剛體骨架人工合成材料的輸水帶連接，剛體骨架人工合成材料的輸水帶與人工合成材料的輸水帶相連，人工合成材料的輸水帶末端與動(dòng)態(tài)浮體出口相連。
[0012]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以上目的，所述的虹吸管身按照堤壩防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)，所述的堤壩防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)理論是:在現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論、規(guī)范基礎(chǔ)上按照泄洪灘地水毀機(jī)理增加防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)災(zāi)難性潰堤壩涌浪。把承擔(dān)分洪的農(nóng)田視為泄洪灘地，利用其機(jī)理遇到不可抗拒的超標(biāo)準(zhǔn)洪水向?yàn)┑亍⑥r(nóng)田可控分散分洪。超標(biāo)準(zhǔn)洪水是指超過(guò)規(guī)范規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn)或超過(guò)工程所能承受的洪水。泄洪灘地水毀機(jī)理:承擔(dān)渠首部分泄洪流量的泄洪灘地水毀演變過(guò)程是在春汛小流量時(shí)，灘地會(huì)發(fā)生沖刷破壞，形成“水打溝”；一旦水打溝形成，水流回淘演變成水打溝向上游快速擴(kuò)展的“倒?fàn)颗！?，水打溝互相連通形成“串溝”；串溝與上下游河道連通，部分河水走此串溝形成“拉口子”，這些形式的灘地破壞，往往發(fā)生在小流量，大流量反而安全；串溝進(jìn)一步發(fā)展就變成“割灘改道”，往往夏汛發(fā)生“割灘改道”，而春汛很少發(fā)生，以上演變可以是一次洪水也可以多次。把上下游水流量關(guān)系繪在一張圖上，然后把河床底高程、堆石壩、沖沙閘、灘地高程相關(guān)因素標(biāo)注其上，構(gòu)成渠首泄洪灘地相關(guān)因素圖，把渠首泄洪灘地相關(guān)因素圖分四個(gè)區(qū)域，I區(qū)，灘地未行洪，灘地安全，2區(qū)，灘地過(guò)流但下游河水尚未出槽，此時(shí)水流屬于自由堰流，灘上水流屬于堰上急流，小流量高流速，沖刷破壞力強(qiáng)；3區(qū)，下游河水出槽，但下、上游灘上水深比〉=0.8，此時(shí)水流屬于自由堰流，沖刷破壞力較大;4區(qū)，下、上游灘上水深比〈0.8，此時(shí)屬于淹沒(méi)堰流，相對(duì)安全區(qū);K線，同一時(shí)刻潰堤壩上下游水位?流量點(diǎn)連線，此時(shí)屬于堰流，K的斜率小表示潰堤壩瞬間上下游水位差大、流量差大，單寬潰堤壩流量大、流速高，產(chǎn)生較高潰堤壩涌浪，其破壞性大，很高的潰堤壩涌浪會(huì)摧毀沿程的渠首、水庫(kù)、堤防、橋梁、房屋等建筑物，形成災(zāi)難性的潰堤壩涌浪，K的斜率大表不潰堤壩瞬間上下游水位差小、流量差小，單寬潰堤壩流量小、流速低，廣生較低潰堤壩涌浪，破壞性較小，甚至是安全的。如果春汛發(fā)生在二、三區(qū)而此時(shí)灘地植被尚未形成，表層松散的凍融土抗沖能力低，就會(huì)發(fā)生“水打溝、串溝、拉口子”，但此時(shí)灘地尚未完全融化，所以不會(huì)輕易改道，如果夏汛發(fā)生在二、三區(qū)時(shí)間長(zhǎng)，一旦拉口子就會(huì)演變成“割灘改道”。
[0013]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以上目的，所述虹吸管身下游出口高程低于上游進(jìn)口高程，高差大于水頭損失保證形成虹吸流。虹吸管身、剛體骨架人工合成材料的輸水帶、人工合成材料的輸水帶內(nèi)腔直徑、采用下述公式計(jì)算；