一种涉水结构物内水自调节系统及调节方法与流程

本发明涉及涉水结构物内水自调节系统及调节方法，属于水工结构安全监测领域。

背景技术：

目前，随着大坝、堤防工程以及各涉水结构物的建设高度及规模日趋增加，周遭环境的不利工况越来越多，水电能源开发与利用也遇到了前所未有的难题及瓶颈，从当前我国现有的涉水结构物现状而言，出现了其建设及运行服役风险的不断增大以及相关的风险评定与调控理论和技术及其法规极度匮乏的严重问题；有利地形及中低高度的涉水结构物建设基本结束，如何在极为恶劣的环境下建造及保证涉水结构物的安全运行变得极为艰巨，其严重影响了涉水结构物的高效建设及长效服役，与当前我国各领域内的增强技术应用及科研创新不相匹配，是亟待需要增强的重大关键领域。

对于科学合理地创建风险及其时变影响的我国涉水结构物安全评价理论及相关技术和相应的指标、标准体系而言，涉水结构物的变形以及互馈响应机理探究及实际高效应用成为了该领域所面临的首要难题，在建设期需要有效保证涉水结构物的安全施工及合理控制各项技术参数指标等，则需要有效控制涉水结构物内水的调蓄，为涉水结构物的安全施工提供强力保障。

面对已经运行的涉水结构物而言，如何实现少人甚至无人监视情况下的工程绿色高效运行是将来必须要面临的问题，其必将需要在运行期能够实现实时提供行之有效的涉水结构物内水的调蓄系统，保证涉水结构物的通畅与安全运行。

当前，我国面临着解放初期所兴建的三边工程坝群，除险加固问题变成了极为迫切的问题，其直接影响着社会及人民的安全，在进行除险加固的过程中，如何有效地低成本地调蓄涉水结构物内水的循环系统，往往会成为影响除险加固工程最重要的因素之一，其必将需要探知、引进、构建新的技术及方法，保证涉水结构物除险加固过程有序、低成本、高效的运行。

新的涉水结构物不断建设、已建涉水结构物需要长效安全运行，已建老涉水结构物需要不断地修复与加固，因此对于涉水结构物而言，需要构建一套涉水结构物内水自调节系统。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种涉水结构物内水自调节系统及调节方法，利用该系统可以调蓄水流，且可以保证内水清淤，保证涉水结构物结构安全有效地施工与运行，大大降低了施工成本、保证了施工与运行质量。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种涉水结构物内水自调节系统，包括外柔吸模块、前调水模块、底游离模块、内交感模块、内扩聚模块；所述外柔吸模块包括z管、感压阀、柔吸纵体、柔吸管、柔吸横体、平压斗、扇形扁阀，所述柔吸管通过感压阀与z管连接，在柔吸管内设有柔吸纵体，柔吸纵体与柔吸横体连接，柔吸横体与扇形扁阀连接，平压斗位于扇形扁阀上；所述前调水模块包括曲折臂、轮体、轮叶、聚阀、渡轮、喇叭体，所述喇叭体通过聚阀与z管连接，所述曲折臂一端与轮体连接，在轮体上安装有若干个轮叶，在轮叶上安装有渡轮；所述内扩聚模块包括弹头花、贯柱、外护体、横调槽，所述外护体的顶端设有伸缩阀，伸缩阀与掺入管连接，掺入管上安装有外载槽，外载槽内配置待测试用的传感元件，外护体的底端设有曾敏板，曾敏板上通过贯柱安装有弹花头，弹花头位于扇形扁阀的下方，外护体的外侧设有横调槽，横调槽位于外调柱上，外调柱位于横承上，曲折臂一端固定在横承上；所述内交感模块包括上聚牙板、下聚牙板、感测光缆、下山形压体、底柱导头、增敏板、上山形压体，所述曾敏板的下方安装有底柱导头，底柱导头的下方安装有上聚牙板，上聚牙板下方安装有下聚牙板，上聚牙板上安装有上山形压体，下聚牙板上安装有下山形压体，在上山形压体和下山形压体之间设有感测光纤，感测光纤的两端与调控台连接。

作为优选，所述前调水模块通过底载盒与底游离模块相连接。

作为优选，所述底游离模块包含第一弹力腿、第一可调节转轮、底弧扩体、第二可调节转轮和第二弹力腿，第一弹力腿和第二弹力腿分别与底载盒连接，第一弹力腿和第二弹力腿分别与第一可调节转轮和第二可调节转轮连接，第一可调节转轮和第二可调节转轮之间连接有底弧扩体；通过调整第一弹力腿与第二弹力腿之间的夹角，可以调整涉水结构物内水自调节系统前后水平倾斜的角度，通过单独调整第一弹力腿与第二弹力腿的高度，可以调整内水自调节系统竖直高度的高差，第一可调节转轮与第二可调节转轮通过弹性体材料构造的底弧扩体进行连接，实现了前后开拉距离的调整。

作为优选，所述掺入管与外交融模块连接。

作为优选，所述外交融模块包括顶漏柱、暂容球、掺剂管、外载槽、掺入管、升降台、内卡扣阀和外椎体，所述外锥体与掺入管连接，在外锥体的顶部安装有暂容球，暂容球的顶部安装有顶漏柱，暂容球通过掺剂管与掺入管连接，在掺剂管上安装有内卡扣阀。

作为优选，所述掺入管的尾部位于升降台上，升降台与调控台信号连接。

一种上述的涉水结构物内水自调节系统的调节方法，包括以下步骤：

第一步，将伸缩阀扣至于外护体的顶端面以下的位置，且向掺入管内通水，开启平压斗，测试伸缩阀的连通性，在外载槽内配置待测试用的传感元件，打开顶漏柱，测试掺剂管、暂容球的连通性；

第二步，启动聚阀，固定曲折臂的扬起高度和角度，转动轮体，进而带动轮叶和渡轮的转动，通过感压阀控制进入柔吸管内的水体的水量，调整柔吸纵体和柔吸横体的空间位置；

第三步，通过增敏板将水体的作用传导到底柱导头上，一上一下的贯柱会引导增敏板上下浮动，进而，通过不断地感测上聚牙板和下聚牙板之间感测光缆被嵌入的角度和长度来感测水体的作用与变化，通过调控台实时控制，并且控制升降台的高度，进而控制掺入管的高度变化，以及控制横调槽和外调柱之间的变化，进而控制外护体的倾斜的角度和方向，实现多级联动与动态控制的目的；

第四步，不断地调整第一弹力腿与第二弹力腿之间的夹角，进而调整涉水结构物内水自调节系统的高度与角度的变化，通过第一可调节转轮与第二可调节转轮的不断的移动，进而实现了多目标多自由度的移动，进而实现了任意空间位置处的涉水结构物内水自调节的功能；

第五步，不断地重复以上1～4步骤，通过调控台实时控制，实现了多级联动与动态控制、任意空间位置处地涉水结构物内水自调节系统的运行。

本发明的涉水结构物水体自循环式系统，通过顶漏柱、暂容球和内卡扣阀的联合作用效应，可以在保证自循环水体即不能有效内流到掺剂管内，且又可以很好地将外暂容球内的吸附粒子通过顶漏柱内的水压力作用实现与内水体的有效交融；通过柔吸管内的柔吸纵体和柔吸横体的纵向和横向的方向特性的布设以及其特殊的材质结构，可以有效的提升内水速度，且保证内水无污性的自动流动，通过平压斗可以很好的保证整个水流系统的压力的有效汇聚与释放；通过曲折臂、轮体、聚阀的配套使用，可以很好地解决内水水源的外部自动调节功能；通过第一可调节转轮、第一弹力腿以及底弧扩体的融合使用，其大大增加本系统多自由度地游离与结构体的稳定；通过上聚牙板、下聚牙板、感测光缆的协助使用，其实现了动态实时的信息采集与分析，达到的自动化调控的效果；通过弹头花、贯柱的巧妙研制，其实现了内水的多向性的扩散与收聚，极大的提高了本系统的效能。本系统操作便捷、使用方便、自动化程度高，大大提升了涉水结构物内水调控的效能。

在本发明中，横调槽是横向的，外调柱是竖向的，且横调槽、外调柱是位于外护体两侧都有的结构，通过升高或者降低两侧的横调槽和外调柱，可以实现对外护体倾斜的角度和方向的调整。

有益效果：本发明的涉水结构物内水自调节系统，通过多模块多元件的配置，采用人工智能化的操作，在各部件相互协调运行下，实现了涉水结构物内水自动化处理与调蓄，可以实现无人操作、大大节约了人力、极大地降低了施工成本与运行管理费用，具有多级的应用目标，弥补了该领域的空白，在工程实用化方面具有极大的使用价值。

附图说明

图1为本发明专利的结构示意图。

图2为本发明专利中轮体、轮叶和渡轮的细部结构示意图。

图3为本发明专利中弹头花和贯柱的细部结构示意图。

图4为本发明专利中上聚牙板和下聚牙板的细部结构示意图。

图5为本发明专利中暂容球内卡扣阀的细部结构示意图。

其中：001-平压斗；002-柔吸横体；003-柔吸管；004-柔吸纵体；005-z管；006-横承；007-曲折臂；008-喇叭体；009-聚阀；010-底载盒；011-横调槽；012-外调柱；013-底柱导头；014-扇形扁阀；015-弹头花；016-外护体；017-贯柱；018-增敏板；019-伸缩阀；020-上山形压体；021-上聚牙板；022-下聚牙板；023-下山形压体；024-感测光缆；025-顶漏柱；026-外椎体；027-暂容球；028-掺剂管；029-内卡扣阀；030-外载槽；031-升降台；032-掺入管；033-传控线；034-调控台；035-外伸柱；036-外缘梁；037-第二弹力腿；038-第二可调节转轮；039-底弧扩体；040-第一可调节转轮；041-第一弹力腿；042-轮体；043-轮叶；044-渡轮；045-牙板底柱。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明专利的一种涉水结构物内水自调节系统，包括外交融模块、外柔吸模块、前调水模块、底游离模块、内交感模块、内扩聚模块；其中，外交融模块包括顶漏柱025、暂容球027、掺剂管028、外载槽030、掺入管032、升降台031、内卡扣阀029和外椎体026组成；外柔吸模块主要包括z管005、感压阀、柔吸纵体004、柔吸管003、柔吸横体002、平压斗001、扇形扁阀014组成；前调水模块主要包括曲折臂007、轮体042、轮叶043、聚阀009、渡轮044、喇叭体008；底游离模块主要包括第一弹力腿041、第一可调节转轮040、底弧扩体039、第二可调节转轮038、第二弹力腿037；内交感模块主要包括上聚牙板021、下聚牙板022、感测光缆024、下山形压体023、底柱导头013、增敏板018、上山形压体020；内扩聚模块主要包括弹头花015、贯柱017、外护体016、横调槽011组成；外柔吸模块通过横承006与前调水模块相连接，前调水模块通过底载盒010与底游离模块相连接，底游离模块通过牙板底柱045与内交感模块相连接，内交感模块通过调控台034和传控线033与外交融模块相连接，调控台034通过外伸柱035安装在横承006上，横承006通过外缘梁036安装在底载盒010上，外交融模块通过伸缩阀019与内扩聚模块相连接，内扩聚模块通过外调柱012与内交感模块相连接。

在本发明中，外交融模块中顶漏柱025可以实现与外界自由接触，暂容球027为具有弹性的结构体，当涉水结构物内水自调节系统内部的气压过低时，外部气体通过顶漏柱025进入暂容球027，可以实现自动压缩与扩充的功能，内卡扣阀029为两个扇形结构的交叉体组成，在掺入管032水流欲经过掺剂管028时，内卡扣阀029起到阻止掺入管032中的水进入掺剂管028中，内卡扣阀029可以起到将掺剂管028中的气体或者液体实现一定的流速的控制，保证持续有效的与掺入管032相连通。

在本发明中，外柔吸模块中柔吸纵体004与柔吸横体002之间成90°夹角，该种角度的设计极大地减缓了水流的直接冲刷，利用水流的反射将水流过渡到柔吸横体002处，且柔吸纵体004与柔吸横体002的布置位置是柔吸管003靠近内侧的管壁，该种设计主要是即给出水流留出了足够的外部空间，又有效防止了水体从靠近内侧管壁夹缝中返流；且在柔吸纵体004和柔吸横体002的内设置了柔性颗粒，其增大了柔吸管003的过流能力，且柔性颗粒可以与水体直接接触，在降低水体中阻碍水体流动的颗粒和杂质具有极好的阻隔作用，柔吸横体002的底端连接的扇形扁阀014是成60°的扇形体，其主要是扩散水流、增加柔吸纵体004和柔吸横体002与水体的接触以及防止返流，且有效过渡了柔吸管003末端水体的冲击，在顶端平压斗001的设计中，其主要是在及时平衡来自柔吸管003中的水体的水压方面起到了作用，且可从内部安装无线或者有线的视频装置来实现动态观察与监控水体各性态；在柔吸管003底端的感压阀主要是感测来自z管005的水体水压，进而实现动态控制与调节；z管005设计成“z”字形，主要是实现聚阀009、横承006、感压阀之间的有效过渡，且z”字形设计在该处便于观察水体的情况与滞留易堵塞物的功能，z管005通过水泵将水抽入到柔吸管003中。

在本发明中，前调水模块中曲折臂007第一端与横承006连接，其曲折臂007第一端可以沿着横承006进行180°转动，该种角度满足了对0～180°范围内水体调动，曲折臂007的另一端与轮体042的中心位置处相连接，且在曲折臂007的带动下轮体042本身可以绕着曲折臂007的另一端与轮体042的中心位置交汇处进行360°的转动，轮体042圆周上布置了6个等尺寸的轮叶043，在轮体042转动下，会带动6个等尺寸的轮叶043的转动，为能更好的过流水体且调制引导水体，在每个轮叶043上配备有圆形外形的渡轮044，渡轮就是一种轮子，引导水体的圆形轮子，被调动的水体经过楔形的喇叭体008后在聚阀009的带动下汇入到z管005中；

在本发明中，底游离模块中由于第一弹力腿041与第二弹力腿037为内置弹性结构的元件，通过调整第一弹力腿041与第二弹力腿037之间的夹角，可以调整涉水结构物内水自调节系统前后水平倾斜的角度，通过单独调整第一弹力腿041与第二弹力腿037的高度，可以调整内水自调节系统竖直高度的高差，第一可调节转轮040与第二可调节转轮038通过弹性体材料构造的底弧扩体039进行连接，实现了前后开拉距离的调整；

在本发明中，内交感模块中在增敏板018的作用下会引导底柱导头013作用到上聚牙板021上，在上聚牙板021的作用下，感测光缆024会被作用到下聚牙板022中，下聚牙板022中会有“山”形的牙槽，增敏板018的升降幅度不同，进而感测光缆024会被作用到下聚牙板022中“山”形的牙槽长度也不同，通过监测这种变化来监测分析内扩聚模块中水体的变化；

在本发明中，内扩聚模块中弹头花015顶端为倒“v”形结构，弹头花015会将外柔吸模块中扇形扁阀014处自由水体打散到外护体016内周向侧，弹头花015下端的贯柱017为“1”形结构，贯柱017将外界变化的水体实时作用传导到增敏板018上，通过横向拉伸与周向转动来调整横调槽011围绕外调柱012的位置，进而调整内扩聚模块的位置。

确定涉水结构物为何种形式的水工建筑物，该处选择处于古黄河处的一处堤防结构物，且该处堤防结构需要进行地基处理，为此，为保证工程能够顺利施工，在该处使用本系统，其具体的实施程序如下：

首先，需要配备该涉水结构物内水自调节系统，通过按照底游离模块、前调水模块、外柔吸模块、内扩聚模块、内交感模块、外交融模块的顺序依次进行配置，待所有的配备元件配置完成之后，需要检测六大模块每个模块具体部件的连接情况，且需要进行电源连接，且开启调控台034，测试各个部件的运行情况，保证该涉水结构物内水自调节系统运行良好；

其次，待测试完成之后，进行涉水结构物内水自调节系统位置的位置定位，在该古黄河处的需要进行地基处理的前端10m处配置该涉水结构物内水自调节系统，通过第二弹力腿037、第二可调节转轮038、第一可调节转轮040、第一弹力腿041之间的交叉角度，最终确定本系统向后倾斜30°的角度，以保证更加平稳地调节软层地基上水体的情况，其后确定底弧扩体039，以固定第二弹力腿037和第一弹力腿041之间的空间位置关系，实现位置选址与定位；

第三，将伸缩阀019配置到外护体016内，调整掺入管032位置，打开调控台034，控制传控线033，调整升降台031，控制掺入管032高度，打开顶漏柱025，调整暂容球027，控制内卡扣阀029，抬起曲折臂007，转动轮体042，带动轮叶043，引起渡轮044快速转动，在喇叭体008处形成快速水体涡旋，启动聚阀009，快速水体径入z管005，实时控制感压阀，变化的水体从柔吸管003内的柔吸纵体004左右侧开始导入，在柔吸纵体004充水的情况下，会引导柔吸横体002发生变化，柔吸横体002的变化会引起扇形扁阀014上的水体导出的速率，且水体内的混杂物质会被柔吸纵体004和柔吸横体002吸附排出，不断控制平压斗001的开闭，控制内部的气压高低，进而实现控制扇形扁阀014处的水体流量；

第四，在顶漏柱025内导入外掺体，后经过暂容球027进入到掺剂管028内，暂容球027开闭，引起了内部气压的不平衡，进而会引起内卡扣阀029上的开闭，外掺体会单向的流入到外椎体026所控制的掺入管032内，高速变化的水体会冲击到弹头花015处，变化的水体会通过贯柱017不断地作用到增敏板018上，增敏板018的不断升降变化会引起底柱导头013的变化，进而在上聚牙板021的上山形压体020和下聚牙板022的下山形压体023之间来回错动的情况下，其会引发感测光缆024上光信息的变化，变化的光信息会被外伸柱035上的调控台034所实时捕获，且外伸柱035配置到外缘梁036上，下聚牙板022的受到的竖向的冲击会传导到牙板底柱045上，在底弧扩体039的作用下，弧形结构可以有效保证涉水结构物内水自调节系统的平衡与稳定；

第五，快速变化的水体被分散到外护体016内时，随着水体的升高，变化的水体会不断的作用到伸缩阀019上，伸缩阀019的上下变化，有效精确控制地了水体进入掺入管032的水流速度与水体流量，通过控制外载槽030上的检测元件，实现对水体的动态监控与观察；

第六，不断地重复上述1～5的步骤，在经过一定时间之后，即可完成该处的堤坝结构物的内水自循环过程，后再根据另一个地方的需求，开始新的布设与调整。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。