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CN107268519B - 一种感潮河段支流口门堤头结构 - Google Patents

一种感潮河段支流口门堤头结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种感潮河段支流口门堤头结构。本发明设计的堤头结构为阶梯式结构，包括堤头平台和堤头斜坡；所述堤头平台包括堤头上级平台和堤头下级平台，堤头上级平台和堤头下级平台间通过第一堤头斜坡连接，堤头下级平台通过第二堤头斜坡延伸至河床；所述堤头上级平台和堤头下级平台迎水面呈圆弧状，堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，堤头下级平台圆弧的两端点分别连接引河岸堤及主河岸堤。本发明的堤头结构可使感潮河段支流口门在涨潮引水及落潮排水时水流能够平顺分流。

Description

一种感潮河段支流口门堤头结构
技术领域
本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种感潮河段支流口门堤头结构。
背景技术
水资源分布不均匀及水质恶化导致水问题突出，使得实施跨流域调水工程十分紧迫。跨流域调水工程中，感潮河段水位流速实时变化，涨落潮历时不对称，特别是土地使用受限条件下枢纽离主河道较近时，引河口门区水流受到主河道涨落潮牵制作用，水流问题复杂。
涨潮引水情形下，进入引河水流受到堤头挑流作用，水流顶冲到对岸侧岸壁，一方面引起河岸冲刷，另一方面影响船舶通航；而落潮排水情形下，进入主河道水流受到堤头挑流后顶冲主流，随后较大角度折冲转向，向下游行进，这样不仅会造成堤头下游出现大范围区域淤积，还会改变河势，影响岸坡稳定。
目前通常对于引河及枢纽的设计中针对此类问题采取的措施一般为加强岸坡的防护，减小冲刷，同时对于口门处淤积区域进行定期清淤，这些措施不仅导致成本增加且无法从根本上解决问题。此外，主河道水流由于受到引河排水水流顶冲，其水流条件将会改变从而不利于该河段的河势稳定。鉴于此，本发明提供一种感潮河段支流口门堤头结构，用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提供一种感潮河段支流口门堤头结构，通过对开设引河时，在引河和主河间形成的堤头结构进行改良设计，使涨潮引水及落潮排水时水流能够平顺分流，从而从根本上解决问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种感潮河段支流口门堤头结构，所述堤头结构为在主河岸堤上开设引河时，主河岸堤和引河岸堤间形成一段结构；
所述堤头结构设计为阶梯式结构，包括堤头平台和堤头斜坡；
所述堤头平台包括堤头上级平台和堤头下级平台，堤头上级平台和堤头下级平台间通过第一堤头斜坡连接，堤头下级平台通过第二堤头斜坡延伸至河床；
所述堤头上级平台和堤头下级平台迎水面呈圆弧状，堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，堤头下级平台圆弧的两端点分别连接引河岸堤及主河岸堤。
作为本发明的进一步改进，所述堤头上级平台高程与引河岸堤高程相同，所述堤头下级平台的高程与主河道中水位相同。主河道中水位可由附近测站资料求得。
所述引河岸堤、第一堤头斜坡和第二堤头斜坡的坡度根据主河岸堤的坡度设计；第一堤头斜坡的放坡范围为整个堤头上级平台圆弧段；第二堤头斜坡的放坡范围为整个堤头下级平台圆弧段。
优选的，所述堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，并且与引河与主河交汇点距离100m～300m，两端点与交汇点距离太近，洪水位时堤头过水面积太小，无法满足排水水流通过上梯级平台，达不到分流的效果；若距离太远，征地面积过大，成本过高，可根据实际水流情况调整距离。
所述堤头下级平台圆弧的两端点分别连接引河岸堤及主河岸堤，堤头下级平台圆弧所对应圆心和堤头上级平台圆弧所对应圆心相距50～200m。取中水位建立堤头下级平台且外延50～200m是因为落潮引水时，水流先顶冲至下游侧堤头而后折冲进入引河道，堤头起到分流作用，而引水一般在中、枯水位时发生，因此虽然本发明中堤头上级平台较原岸线有所退后，但是堤头下级平台基本维持原岸线，并没有改变原有河床形态及水流分流态势，有利于落潮引水的平顺分流及河势稳定，外延距离可以根据实际水流情况设计。
作为本发明的进一步改进，所述开设的引河，堤头夹角采用如下公式确定：
所述堤头夹角为主河岸堤与引河岸堤之间的夹角；
其中，TF为涨潮历时，TE为落潮历时；涨潮历时和落潮历时通过采集河段水文资料分析获取。夹角的大小会影响堤头过水面积，而对改善流态的效果产生影响。
优选的，为更好的改善水流条件，对上述堤头夹角进行进一步改进，根据引河附近主河道天然支流的堤头夹角对堤头夹角进行修正；具体方式如下：
测出引河附近主河道天然支流的堤头夹角β，以及天然支流处涨潮历时Tg和落潮历时Th；使用修正公式为：
天然支流是在长期涨落潮动力及泥沙条件下自然塑造，为当地水动力与泥沙相互作用和适应的结果，其堤头夹角最适宜水流分流及河势稳定，利用天然支流堤头的夹角β修正过的引河堤头夹角θ，更利于枢纽功能长期的稳定实现。
本发明的通过对引河岸堤和主河岸堤间形成的堤头结构进行改良设计，使涨潮引水及落潮排水时水流能够平顺分流，本发明的堤头结构采用阶梯形式结构，在涨潮引水情形下，水流折冲转向入引河夹角减小，使得水流可以更为平缓的进入引河，减弱了水流顶冲左岸的趋势，减小了水流对河岸的冲刷，同时减小了引航道口门横流流速，更利于通航；在落潮排水情形下，堤头上级平台至堤头下级平台之间可供水流通过，减弱了水流顶冲主河道主流的强度，改善了堤头下游的缓流区，减少了泥沙淤积，同时能够顺应原本水流态势，保持岸坡稳定。
附图说明
图1为本发明的堤头结构俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
现以新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢纽的设计过程为例，对本发明所述感潮河段支流口门堤头结构的具体实施方式做进一步描述。界牌枢纽位于扬中河段太平洲右汊新孟河口门处，枢纽整体斜向进入大夹江。枢纽兼具由一座闸孔总宽90m的节制闸、一座总装机流量为300m3/s的双向泵站以及一座Ⅵ级船闸并排布置而成，建筑物轴线距长江约700m。其中闸站工程布置在东岸，船闸工程布置在西岸，节制闸中心线与新孟河河道中心线重合，船闸中心线与节制闸中心线、泵站中心线平行布置。扬中河段位于潮流界变化区段之内，上起五峰山，下至界河口范围，径流作用为主，同时亦有涨落潮，属感潮河段。
如图1所示，所述堤头结构如图1所示，其设计为阶梯式结构，包括堤头平台和堤头斜坡；
所述堤头平台包括堤头上级平台1和堤头下级平台2，堤头上级平台1和堤头下级平台2间通过第一堤头斜坡31连接，堤头下级平台2通过第二堤头斜坡32延伸至河床；
所述堤头上级平台1和堤头下级平台2迎水面呈圆弧状，堤头上级平台1圆弧的两端点分别位于引河岸堤5及主河岸堤4上，堤头下级平台2圆弧的两端点分别连接引河岸堤5及主河岸堤4。
本实施例中，主河岸堤顶高程为10m，中水位为4m，由此确定堤头上级平台1和堤头下级平台2的高程；引河岸堤5、第一堤头斜坡31和第二堤头斜坡32的坡度根据主河岸堤的坡度设计，第一堤头斜坡31的放坡范围为整个堤头上级平台1圆弧段；第二堤头斜坡32的放坡范围为整个堤头下级平台2圆弧段，堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，并且与引河与主河交汇点距离100～300m；堤头下级平台2圆弧的两端点分别连接引河岸堤5及主河岸堤4，堤头下级平台2圆弧所对应圆心和堤头上级平台1圆弧所对应圆心相距50～200m。
本实施例中，堤头夹角采用如下公式确定：
其中，TF为涨潮历时，TE为落潮历时；涨潮历时和落潮历时通过采集河段水文资料分析获取。针对本实施例的扬中河段，其位于潮流界变化区段之内，径流作用为主，同时亦受潮汐影响，为长江下游典型的感潮河段。根据2006年3月、2009年5月及2007年8月水文测验，右汊大夹江工程区附近中、枯水时，涨潮历时3.85h，落潮历时8.15h，计算公式具体如下：
则堤头夹角应取57.8°，呈锐角，可改善引河口门流态，使折冲水流较为平顺。
实施例2
本实施例中，根据引河附近主河道天然支流的堤头夹角对堤头夹角进行修正；具体方式如下：
测出引河附近主河道天然支流的堤头夹角β，以及天然支流处涨潮历时Tg和落潮历时Th；使用修正公式为：
在新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢纽下游约600m处有天然支流小夹江，测出小夹江下游侧的堤头夹角β＝53.4°，小夹江处涨潮历时为3.65h，落潮历时为8.35h，则修正后引河的堤头夹角θ＝56.3°。经修正后的夹角设计，更加符合水流自然演变特性，同时也兼顾了河道冲淤演变的稳定性，更好的改善水流流态。

Claims (8)

1.一种感潮河段支流口门堤头结构，其特征在于，所述堤头结构设计为阶梯式结构，包括堤头平台和堤头斜坡；
所述堤头平台包括堤头上级平台和堤头下级平台，堤头上级平台和堤头下级平台间通过第一堤头斜坡连接，堤头下级平台通过第二堤头斜坡延伸至河床；
所述堤头上级平台和堤头下级平台迎水面呈圆弧状，堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，堤头下级平台圆弧的两端点分别连接引河岸堤及主河岸堤。
2.根据权利要求1所述的堤头结构，其特征在于，所述堤头上级平台高程与引河岸堤高程相同，所述堤头下级平台的高程与主河道中水位相同。
3.根据权利要求1所述的堤头结构，其特征在于，所述引河岸堤、第一堤头斜坡和第二堤头斜坡的坡度根据主河岸堤的坡度设计。
4.根据权利要求1或3所述的堤头结构，其特征在于，第一堤头斜坡的放坡范围为整个堤头上级平台圆弧段；第二堤头斜坡的放坡范围为整个堤头下级平台圆弧段。
5.根据权利要求1所述的堤头结构，其特征在于，所述堤头上级平台圆弧的两端点分别位于引河岸堤及主河岸堤上，并且距离引河与主河的交汇点100～300m。
6.根据权利要求1所述的堤头结构，其特征在于，所述堤头下级平台圆弧的两端点分别连接引河岸堤及主河岸堤，堤头下级平台圆弧所对应圆心和堤头上级平台圆弧所对应圆心相距50～200m。
7.根据权利要求1所述的堤头结构，其特征在于，堤头夹角采用如下公式确定：
所述堤头夹角为主河岸堤与引河岸堤之间的夹角；
其中，TF为涨潮历时，TE为落潮历时；涨潮历时和落潮历时通过采集河段水文资料分析获取。
8.根据权利要求7所述的堤头结构，其特征在于，根据引河附近主河道的天然支流的堤头夹角对引河堤头夹角进行修正；具体方式如下：
测出天然支流的堤头夹角β，以及天然支流处涨潮历时Tg和落潮历时Th；使用修正公式为：
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