专利名称：一类低水噪声低水花的拦河坝装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及拦河坝的结构组成及水的流形曲面。 技术背景
目前拦阻河道水流，并能灵活可控地抬高其上游水位的方法有多种
其中最简单的方法之一,就是在需抬高水位河段的下游河道两岸边各 开凿或用水泥浇注出一对竖直滑槽，同时在该两岸滑槽间的河道中，横向 垂直于水流方向顺槽一块块地放下如木板等拦阻物，就能可变地拦阻河道 中水流而形成不同的上游水位。但该方法的缺点是，当上游水从其顶上溢 流出时，将很快趺落下来形成水落噪声和水花，同时该简易方法也只适用 于水面不宽的小河或水沟等水利设施。
另一种方法是在需抬高水位河段的下游河道中设置一个橡胶充水囊， 通过向囊中充入不同的水量，使其形成不同的高度，从而就能连续可控地 把上游水位抬高到预定的水位高度。由于从橡胶水囊的制作和其受力结构 等因素考虑，该橡胶充水囊往往都会被做成圆柱体形状，垂直于水流方向 横卧在河道中央，以此直接对上游来水形成阻挡。所以当上游河水从其顶 上溢流出后，同样也会很快趺落下来形成溅水和湍流,产生出噪声和水花。
总之，现在还没有一种很好的方法来解决拦河坝溢流水下落而产生出 的落水噪声和水花问题，因此目前的河流拦水工程一般都会伴生出烦人的 落水噪声和水花，而且在河水水质不太好的情况下，这些水花还会激起大 量经久不衰的泡沫覆盖整个河面，并随流而下，给都市景观和环境带来很 大的伤害。
发明内容
本实用新型的目的是充分利用水的流形原理，从理想和实用两个角 度出发，提供出多种可供选择的解决拦河坝落水噪声和激发出水花泡沫等 问题的实施方案来。
本实用新型的基本方案和原理是通过巧妙排列组合和分别控制一系 列大小形状各异的充水或充气囊(可由橡胶等材料做成)中的注水量或气 量，使其顶部形成一个能合理导引河水流过的立体曲面，并且还可在其顶 上覆盖光滑导流垫，尽可能使流过其上的河水不产生出湍流、形成不起陡 然的大趺水和激起大水花，以及使出水口的水速与下段河道的水速不会产 生过大的速度差而发生大的水跃，由此就能把烦人的水落噪声和激发出的 水花泡沬，控制在工程上可容忍的阀值限度内，让河水尽可能安静平稳地 流向下游。
总之，应用本实用新型，在现有橡胶拦河坝设施的基础上，不需增 加太多的成本投资，就可很好地解决目前困扰都巿内河流拦河工程的前述 棘手问题，并且还能为都巿河面增添出一道新的、优美的水流景观。
图1是本实用新型拦河坝装置按尽可能形成理想流形曲面前提下各 大小充水或充气囊位置排列的一种实施方案顶视图
图2是本实用新型拦河坝装置以实用为前提在能满足水噪声和水花 小于一定容忍阀值条件下对各大小充水或充气囊进行位置排列的一种实 施方案顶视图
图3是本实用新型拦河坝装置各大小充水或充气囊顶部加盖了导流垫 时的侧面剖视图
图4是本实用新型拦河坝装置另一种以实用为前提不加盖导流垫而按
大、中、小相互交错排列各充水或充气囊形成弧形阶梯状导流斜面的实施 方案侧面剖视图
图中A、 A' 、 B、 B' 、 Bl、 B2、 B3、 C、 C' 、 Cl、 C2、 C3、 C4、 D、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 E、 El、 E2、 E3、 E4、 E5、 E6、 E7均为充水囊 或充气囊，M为导流垫，l为上段河道，2为下段河道。
实施本实用新型的最佳方式
图l所示本实用新型拦河坝装置实施例，是一种按尽可能形成理想三 维流形曲面前提下对各大小充水或充气囊位置排列的方案，从该顶视图可 看出，通过分别控制充水或充气囊(A)、 (Bl)、 (B2)、 (B3)、 (Cl)、 (C2)、 (C3 )、 ( C4 )、 ( Dl )、 ( D2 )、 ( D3 )、 ( D4 )、 ( D5 )、 ( D6 )、 ( El )、 ( E2 )、 ( E3 )、 (E4)、 (E5)、 (E6)、 (E7)中的注入水量或气量(在实践中，具体所采用 水囊或气囊的数量和排位等参数，应根据河道现场具体情况而确定)，就 可使各充水或充气囊顶部或者是顶起的光滑导流垫(M)(釆用导流垫可使
水流形变得更加平稳)形成一种尽可能符合平稳水流条件的立体半束管水 道曲面。这样做的依据和目的在于，利用该形状产生的先窄管而后宽管效 应，将有效消减坝顶水下落时的重力加速效应，使上段河道(1)的河水 在通过本实用新型拦河坝装置下落时，其流速将自动由一个平稳的加速过 程平滑过渡为减速过程，并最终使下落到底的出口水流速度与下段河道 (2)的水流速度相同。这样就不会因出口水流速度与下段河道(2)水流
速度两者之间存在速度差，而形成跃水，产生出湍流，激起噪声和水花。 图2所示本实用新型拦河坝装置实施例，是一种以实用为前提，在满 足水噪声和水花小于一定容忍阀值条件下，为简少大小充水或充气囊的形
状类型和数量，便于产品制作安装、简化控制系统复杂性、降低使用维护 管理成本，而釆用的充水或充气囊形状、位置的排列方案顶视图。该方案
的特点是，通过由大到小排列各条充水或充气囊，使各条充水或充气囊顶
部或者顶起的光滑导流垫(M)(采用导流垫可使水流形变得更加平稳)形
成一个能引导水流缓慢下降的斜面，所以上段河道(1)的河水自顶下落
到底时其水流速度增加不会太大，因而出水口水流速度与下段河道(2) 水流速度两者间速度差也不会太大，形成不了大的水跃，造成不了大的湍 流，因此激起的水花和噪声就可控制在能容忍的闳值限度内。
图3为在本实用新型拦河坝装置各大小充水或充气囊顶部加盖了导 流垫(M)(可由橡胶等材料做成，若河道较宽，可铺设多个)时的剖视图， 由图可以看出，把充水或充气囊(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)沿水流方向 由大到小进行排列，通过向其注入不同的水量或气量，就将使覆盖在上面 的柔性光滑导流垫(M)弯曲成一个尽可能符合理想流形的曲线，当河水 沿其光滑表面流过时，就不会产生出太大的水头损失和在重力作用下发生 陡然的自由下落，从而也就不会形成大的湍流和大的趺水、溅水，产生出 超过容忍阀值限度的噪声和水花。同时，对于导流垫(M)还应根据不同 的情况，把其一端(既可是其的上游端，也可是其的下游端)锚固在专门 的底板、定位桩、定位钉、充水或充气囊及河岸墙等物件上。
图4是另一种以实用为前提的本实用新型拦河坝装置实施例侧面剖 视图，它的主要特点是不加盖导流垫(M)(这样可进一步降低成本和便于 使用维护)，而是通过把各充水或充气囊(A)、 (A' )、 (B)、 (B' )、 (C)、 (C' )、 (D)、 (E)按大、中、小相互交错排列的方式，形成起一个弧形 阶梯状的导流斜面。虽然，河水在沿各充水或充气囊非理想流形上表面流 过和下落时，或多或少都会形成一些水跃，并产生水头损失和形成湍流， 但这些不利情况都被一级级小弧形阶梯曲面微分化了 ，而不会产生出太大 的水花和噪声，这也包括河水流出最后一级出口时与下段河道(2)水流 速所产生的速度差，都因此而不会形成大的水跃,产生出大的水花和噪声。
所以，本方案工作原理实质就是通过多级微分的方式，化解掉拦水坝整 体巨大的落差势能，从而就巧妙地把激起的水花和噪声控制在可容忍的阀 值限度内。
总的说来，由于本实用新型装置中的充水或充气囊数量多、大小形状 各不相同、注入水量或气量也不一致，且还必须考虑不同的拦水高度、不 同的水流速度、不同的水质粘滞度及水温等因素，因此要预先精确计算设 计出理想流形曲面的控制实现参数组合，将非常复杂和困难。所以， 一种 实现本发明装置最佳控制管理的方式，就是釆用计算机集散控制系统并辅 以人工手动调整，即通过控制系统的自适应学习机能和记忆功能，以及人
工的辅助调整，逐步达成最优化控制目标。其具体工作实现过程是
根据现场实际情况，先让计算机控制系统按预设参数对装置进行充水 或充气，之后再辅以人工观测方式进行手动调整，使通过河水流形达到相 对最佳、最合理的状态，把水噪和水花均控制在阀值限度内，并对此实际 调整得到的参数模式组合进行存储留档。当今后再遇到类似情况时，即可 快速从计算机中调出该参数模式组合，及时完成对本装置中各充水或充气 囊的调控处理，由此就可对河道拦水实现最有效的优化控制管理。
为更精确控制各充水或充气囊的注入水量或气量，更可靠地保持好理 想流形曲面，并实现有效的现场控制管理，在各充水或充气囊的内部或外 部还应设立相应的传感测量装置，以便计算机系统能对其进行实时量化采 样及完成自动的闭环控制管理，由此也能更及时有效地发现各充水或充气 囊出现的故障问题。
同时，对各充水或充气囊还可设置相应的水压或气压上限安全保护或 报警装置，防止注入水压或气压过大、水量或气量过多，撑破充水或充气 囊。
权利要求1、一类低水噪声低水花的拦河坝装置，在于由一系列大小形状各异的充水或充气囊以及还可加上覆盖其顶的导流垫构成，其特征是这些充水或充气囊按确定的数量和位置关系进行有序排列组合，并且还可在其顶上覆盖一个或多个导流垫，在它们的顶部或顶上覆盖的导流垫形成出一个能按设计目的引导河水流过的三维流形立体曲面。
2、 根据权利要求l所述拦河坝装置，其特征是各充水或充气囊 的顶部拼合成一个整体近似半東管状的立体弧面，或在各充水或充气 囊的顶部铺设覆盖一个或多个导流垫来托举形成起一个表面光滑、流 畅的半東管状立体弧面。
3、 根据权利要求1所述拦河坝装置，其特征是顺河水流向由大 到小排列各个充水条囊或充气条囊，使它们的顶部或者用它们顶部托 举起一个或多个导流垫，形成起一个引导水流能较平稳下降的弧形阶 梯组合斜面。
4、 根据权利要求2和根据权利要求3中所述导流垫，其特征是 由具有柔韧可弯曲、耐水、耐晒、耐热、耐寒、耐风化、耐划破、上 表面光滑的面材料做成，并可由数块来拼合而成，同时还可把其的一 端锚固在专门的底板、定位桩、定位钉、充水或充气囊及河岸墙等物 件上。
5、 根据权利要求l所述拦河坝装置，其特征是顺河水流向把确 定数量的不同大、中、小充水囊或充气囊、充水条囊或充气条囊进行 相互交错组合排列，使它们的上表面形成起一个能引导水流平稳下降 的异形阶梯组合曲面。
6、 根据权利要求l所述拦河坝装置，其特征是构成它的各充水 囊或充气囊、充水条囊或充气条囊由具有耐水、耐热、耐寒、耐风化、 耐划破、外表面光滑、有柔韧性的面材料做成的有确定体积和外观形 状的可储水或储气容器，并且在这些容器的内部或外部还能安装上测 量、控制、保护的附加装置。
专利摘要本实用新型低水噪声低水花拦河坝装置，用于对通常河道实施拦水后而抬高上游河段的水位，并能有效地把上游河水顺拦河装置跌落时产生出的噪声和激发出的水花泡沫控制到最小，其特点是通过合理地排列组合和分别控制一系列大小形状各异的充水或充气囊(A、A′……E7)中的注水量或气量，使它们的顶部形成一个能合理导引河水流过的立体曲面，让流过的河水尽可能平稳而不产生出湍流、形成不起陡然的大跌水和激起大水花，并使装置出水口的水速与下段河道的水速不产生出过大的速度差而发生大的水跃，由此就能把烦人的落水噪声和激发出的水花泡沫控制在工程上可容忍的限度内。
文档编号E02B7/00GK201058987SQ20062003626
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者周学军 申请人:周学军