一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面及其设计方法，包括上半部分和下半部分，上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面，断面中冰盖的弯矩值小于原梯形断面的弯矩值，冰盖的最大弯矩值小于原梯形断面冰盖的最大弯矩值。本发明专利技术设计的新型断面形式中更加容易形成冰盖，并且形成的冰盖也更稳定。可为寒冷地区引水式水电站和引水建筑物的正常输水奠定基础，又可以解决寒冷地区的民生问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑
，涉及一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面及其设计方法。
技术介绍
在西北寒冷地区，尤其是新疆等地，为确保引水式水电站和引水建筑物在冬季能正常运行，利用冰盖的保温作用来输水是一种简单而有效的措施。而引水式水电站和引水建筑物的输水渠道一般都是梯形渠道，梯形渠道要形成稳定的冰盖一般都比较困难并且所需时间也比较长，有时会严重影响渠道输水量而导致发电量减小。如果在该地区使用矩形渠道虽然可以解决梯形渠道中遇到的问题，但是矩形渠道的衬砌冻胀问题在寒冷地区更为严重，故矩形渠道也不能适应该地区。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面及其设计方法，提出“上半部分为梯形下半部分为矩形”的一种新型渠道断面形式，“上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面形式”的断面是根据与原梯形断面过水面积相等的原则进行布置的。这样既可以克服传统梯形渠道形成稳定冰盖时间长且困难的问题，又可以避免纯矩形渠道的衬砌冻胀问题。其具体技术方案为：一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面，包括上半部分和下半部分，上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面，断面中冰盖的弯矩值小于原梯形断面的弯矩值，冰盖的最大弯矩值小于原梯形断面冰盖的最大弯矩值。一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面的设计方法，具体步骤如下：步骤1、对于已建梯形渠道的改造：根据过水断面的面积相等原则，把形体渠道的有效过水面直接改造成矩形断面，在保证过水断面水深不变的情况下，过水断面的有效宽度会明显减小；步骤2、对于新建的上半部为梯形断面下半部分为矩形断面的渠道直接根据设计的断面具体尺寸进行修建；步骤3、上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面的设计要根据引水式水电站或引水建筑物的输水要求进行渠道的断面设计，还要遵循尽量保证过水断面的宽度不要过大，尽量使过水断面的深度增加以减少过水断面的宽度；步骤4、对于步骤1所述已建梯形渠道改造成上半部为梯形断面下半部分为矩形断面的渠道和步骤2所述的新建的上半部为梯形断面下半部分为矩形断面的渠道，都要保证好渠道的衬砌，采用混凝土材料或预制混凝土板进行衬砌。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术设计的新型断面形式中更加容易形成冰盖，并且形成的冰盖也更稳定。可为寒冷地区引水式水电站和引水建筑物的正常输水奠定基础，又可以解决寒冷地区的民生问题。附图说明图1是传统梯形渠道断面的结构示意图；图2是新型渠道断面形式的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。传统梯形渠道断面形式如图1所示，新型渠道断面形式如图2所示。由于形成的冰盖相当于简支于两岸坡上，由简支梁的最大弯矩公式可知，新型断面的L2明显小于原梯形断面图1中的L1，即新型断面中冰盖的弯矩值明显小于原梯形断面的弯矩值，这样图2中冰盖的最大弯矩值小于图1中冰盖的最大弯矩值，更有利于冰盖的稳定；此外由水力学的基本知识可知，在断面流量和平均流速相等的情况下，水面越宽时，断面中间上表面的流速就越大，因为过水断面越宽，边壁效应对中间断面的影响就比较小，也即图1中原梯形断面中间上表面的流速大于图2中过水断面中间上表面的流速，而过水断面中上表面的流速越大，冰盖越不容易形成，即图2中的新型断面形式易于在较短的时间内形成冰盖，基于以上原因可知图2中的新型断面形式中更加容易形成冰盖，并且形成的冰盖也更稳定。可为寒冷地区引水式水电站和引水建筑物的正常输水奠定基础，又可以解决寒冷地区的民生问题。本专利技术的易于形成稳定冰盖的新型渠道断面设计步骤：1)对于已建梯形渠道的改造：根据过水断面的面积相等原则，把形体渠道的有效过水面直接改造成矩形断面，在保证过水断面水深不变的情况下，可知过水断面的有效宽度会明显减小，如：当水深为2m时，渠底宽为2m，冰盖的弯矩可以减小到原来的40％左右。2)对于新建的“上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面”的渠道可以直接根据设计的断面具体尺寸进行修建；3)“上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面”的设计要根据引水式水电站或引水建筑物的输水要求进行渠道的断面设计，还要遵循尽量保证过水断面的宽度不要过大，尽量使过水断面的深度增加以减少过水断面的宽度。4)对于以上两种情况都要保证好渠道的衬砌，一般可采用混凝土材料或预制混凝土板进行衬砌。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，本专利技术的保护范围不限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面，其特征在于，包括上半部分和下半部分，上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面，断面中冰盖的弯矩值小于原梯形断面的弯矩值，冰盖的最大弯矩值小于原梯形断面冰盖的最大弯矩值。

【技术特征摘要】
1.一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面，其特征在于，包括上半部分和下半部分，上半部为梯形原断面下半部分为矩形断面，断面中冰盖的弯矩值小于原梯形断面的弯矩值，冰盖的最大弯矩值小于原梯形断面冰盖的最大弯矩值。2.一种易于形成稳定冰盖的新型渠道断面的设计方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1、对于已建梯形渠道的改造：根据过水断面的面积相等原则，把形体渠道的有效过水面直接改造成矩形断面，在保证过水断面水深不变的情况下，过水断面的有效宽度会明显减小；步骤2、对于新建的上半部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正中，张雪才，王弈，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61