水位调节自动翻转堰的制作方法

技术领域：

本发明属于水利基础设施，尤其是涉及到一种能够根据水位高低转换堰体摆放形式并达到蓄水或安全行洪的水位调节自动翻转堰。

背景技术：
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人们为了充分利用河流中的水流，通常修筑各种各样挡水堰体。目前使用的挡水堰体一般采用固定式挡水结构、橡胶坝或液压钢板坝等形式；固定式挡水堰体由于堰体高度固定，在汛期存在阻碍行洪，并可能使河床抬高，形成洪涝灾害；橡胶坝或液压钢板坝虽然能够解决河道行洪障碍、减少河床抬高的问题，但仍存在操作运行管理困难、运行成本高等缺点。

技术实现要素：
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本发明的目的就是为克服上述问题为市场提供一种结构科学、施工简单、节省成本、使用安全方便的可根据水位高低实现堰体自动翻转，从而及时调节水位，达到高水位安全行洪、低水位蓄水的全自动水位调节翻转堰体。

本发明的技术方案是：自动翻转堰体包括固定堰基和活动堰体组成，所述活动堰体分为挡水堰体和配重堰体两部分，并在挡水堰体和配重堰体交接处下游侧设置与横轴形成隅合的圆形凹槽，横轴固定安装在固定堰基迎水侧顶角处。

本发明的有益效果是：由于在固定堰基上设置了活动堰体，当堰前水位升至设计水位时，活动堰体所受水压力产生的翻转力矩超过配重堰体的重力产生的稳定力矩，从而使活动堰体自动翻转至水平位置，增大溢流量，达到及时泄洪的目的。当水位降至一定高度后，活动堰体在配重堰体自身重力作用下，自动翻转复位，从而实现拦蓄河水，获得更多的储水空间。通过调整垂直堰体的结构形式及高低和配重堰体的结构形式及重量，可以实现不同的蓄水高度，具有结构科学、施工简单、节省成本、使用安全方便等优点，具有广泛的推广和应用价值。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明：

图1为本发明剖面结构示意图；

图2为本发明挡水状态剖面结构示意图及受力示意图；

图3为本发明泄洪状态剖面结构示意图及受力示意图。

图中：1为固定堰基，2为挡水堰体，3为配重堰体，4为横轴，5为水面。

具体实施方式：

如图1所示，水位调节自动翻转堰是由固定堰基1和活动堰体组成，所述活动堰体分为挡水堰体2和配重堰体3两部分，并在挡水堰体2和配重堰体3交接处下游侧设置与横轴4形成隅合的圆形凹槽，横轴4固定安装在固定堰基1迎水侧顶角处。实施本发明时，在河流需要挡水的地方砌筑水位调节自动翻转堰，由于处于垂直状态的挡水堰体2侧面所受水压力以及处于水下的配重堰体3下表面所受水压力产生翻转力矩小于配重堰体3上表面和侧表面所受水压力以及自身重力产生抵抗翻转的稳定力矩，从而使挡水堰体2处于垂直挡水状态（如图2所示），达到蓄水的目的。当洪水来临时，随着水位的不断增高，挡水堰体2所受水压力随之不断增大，处于垂直状态的挡水堰体2侧面所受水压力以及处于水下的配重堰体3下表面所受水压力产生翻转力矩达到大于配重堰体3上表面和侧表面所受水压力以及自身重力产生抵抗翻转的稳定力矩时，活动堰体则自动绕转轴4旋转使挡水堰体2至水平叠放于固定堰基1上（如图3所示），达到排涝泄洪的目的。当堰前水位降低至一定高度时，通过配重堰体3的重力产生的力矩反方向翻转，恢复至初始挡水蓄水状态。

为了方便理论计算，将挡水堰体和配重堰体都抽象为矩形，忽略挡水堰体上方水压（产生力矩的力臂小，对于整体计算影响不大），忽略挡水堰体下游侧水压力。

下面列出截取单位长度（1m）的堰体翻转平衡的计算式（如图2所示），设定：

p1-挡水堰体所受水平水压力；

p2-配重堰体所受水平水压力；

p3-配重堰体所受垂直水压力；

p4-配重堰体所受浮托力；

g1-挡水堰体重量；

g2-配重堰体重量；

h-堰上水头；

h1-挡水堰体高；

w1-挡水堰体宽；

-挡水堰体材料平均密度；

-配重堰体高；

-配重堰体宽；

-配重堰体材料平均密度；

-转轴半径；

长度单位都为m，密度单位都为；

水密度，重力加速度g=，

翻转力矩=p1×p1力臂+p4×p4力臂。

其中p1产生的力矩可由积分

p4产生的力矩为

稳定力矩=p2×p2力臂+p3×p3力臂+g1×g1力臂+g2×g2力臂

其中p2产生的力矩可类似的由积分

p3产生的力矩为

g1产生的力矩为

g2产生的力矩为

综上，翻转力矩=

稳定力矩=。

下面以我市罗田县石桥铺村河道恢复重建一道河堰为例：该河道宽45m，河堰2016年被洪水冲毁，堰高2.5m，设计流量360m³/s，堰前设计水位4.6m。2016年汛期被冲毁，主要原因是固定堰体将水位衬托超过堤顶，漫顶后堤堰均被冲毁成灾。现按本发明设计，并进行简单的比较分析。

本方案整个堰体包括固定堰基1和活动堰体两部分，整体堰高仍按原方案2.5m设计，固定堰基1可按顶宽2m布置，按阶梯消能，阶梯宽度按1m，高差按0.33m（即三个阶梯），固定堰基1高度为1m。阶梯后面与消力池（或海漫防冲结构）进行衔接，然后顺势接入河道。活动堰体包括挡水堰体2和配重堰体3。其中：挡水堰体按钢结构，高度设计为1.5m、厚度为0.3m，钢结构平均密度按1000kg/m³进行加工；配重堰体高度设计为0.7m，厚度设计为0.5m，材料密度按7800kg/m³进行加工。两者连接处下游侧设置直径为0.2m的圆形凹槽，与设计在固定堰基1迎水顶然处设置的横轴4隅合连接。

通过计算，可知

当h=0.55,h1=1.5,w1=0.3,ρ1=1.0,h2=0.7,w2=0.3,ρ2=7.8时，

翻转力矩=15325n·m

稳定力矩=15325n·m

意味着，当挡水堰体2上的水头达到0.55m时，堰受力情况基本处于临界状态，开始翻转至水平状态（如图3所示）。

当挡水堰体2处于水平状态时，堰体水头高度小于0.36m时，活动堰本将自动翻转至挡水状态（如图2所示）。