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适用于高含沙海域的多功能防波堤和冲淤平衡自调节方法技术

技术编号:21882888 阅读:22 留言:0更新日期:2019-08-17 11:26
本发明专利技术公开了一种适用于高含沙海域的多功能防波堤和冲淤平衡自调节方法,包括防波堤主体、水动力交换通道、涡轮发电机和控制阀。本发明专利技术采用的原理为利用潮汐涨落解决我国部分高含沙海域的防波堤内外冲淤不平衡的问题,同时附带的涡轮发电机兼具消能和发电的作用,可进一步利用含沙水体动力交换时产生的能量。本发明专利技术具有经济环保、适用性广、生产和维修都较为方便等特点,不仅具有潮汐发电的功能和普通防波堤具有的消浪、拦沙等功能,也能够自动调节港池内外的冲淤平衡,可节省各沿海港口泥沙淤积清理所产生的巨额费用,降低相关单位的运营成本。

Multifunctional breakwater and self-regulation method for erosion and siltation balance in high sediment concentration sea area

【技术实现步骤摘要】
适用于高含沙海域的多功能防波堤和冲淤平衡自调节方法
本专利技术涉及海港防波堤
,尤其涉及一种适用于高含沙海域的多功能防波堤。技术背景港口作为重要的交通枢纽,对于经济发展有着极为深远的意义。据有关资料显示,全球35个国际化的城市,其中有31个是因为有港口而发展起来的国际化的城市,并且全球财富的50%集中在沿海港口城市。然而对于我国部分沿海港口(如上海港、宁波-舟山港等等)而言,由于处于高含沙的海域,因此不可避免的会产生淤积现象。其原因在于,为达到港内泊稳条件,往往需要在港池以外建造防波堤,改变了当地水动力条件,导致影响了原本的冲淤平衡。由于防波堤内侧水体流速较低,泥沙易沉降,因此可能在该位置发生淤积。一旦发生淤积,则会导致港内水深不足的现象,影响船只航行与停泊。目前,解决港口淤积问题的方式主要有两种,其一为根据当地水流特性,建立数值模型以采取最优的设计,但是该方式不具有普适性,且实际建成后一旦水动力特征有变,则无法发挥优势;其二为采用定期疏浚的方式,但是该方式具有耗资巨大(每年耗资可高达几百万)、不具有可持续性(需要长期清淤长达几十年)、破坏生态等诸多方面的缺点,是一种不得已而为之的方法。根据以上现状,可知寻找一种低成本、效果显著且技术上容易实现的解决方案具有重大的现实工程意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题,提供了一种适用于高含沙海域的多功能防波堤的设计思路,可应用于各类港口,解决防波堤内侧港池容易淤积的问题。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:适用于高含沙海域的多功能防波堤包括防波堤主体、水动力交换通道、涡轮发电机和控制阀;所述的水动力交换通道为预先铺设并贯穿防波堤主体的管道;水动力交换通道在防波堤主体上排布为上下两层,每层包含多个管道;所述控制阀安装在水动力交换通道的迎浪侧端部,涡轮发电机安装于水动力交换通道的背浪侧出口处;所述的控制阀为单向阀门,上层控制阀仅允许迎浪侧水体流入背浪侧,下层仅允许背浪侧水体流入迎浪侧。优选的,上层水动力交换通道和下层水动力交换通道的管道之间交错排布。优选的,水动力交换通道的管道管径在0.2m~0.5m之间。优选的,在防波堤主体背浪侧海床处还设置有水泥块或石块保护底床防止冲刷。优选的,所述的上层水动力交换通道的高度低于涨潮时的海面高度,下层水动力交换通道低于落潮时的海面高度。优选的,下层水动力交换通道的管道出口处连接有导管,所述的导管用于全部或部分导出港内流出的高含沙水流。本专利技术还公开了一种基于所述的防波堤的高含沙海域的冲淤平衡自调节方法:1)在涨潮期间,由于防波堤外侧的水位逐渐升高,上层含沙量相对较低的海水通过上层管道进入港池,同时驱动涡轮机转动发电;在经过能量转换后,水体动能被消耗,不会对港内水体产生过大的影响;2)在落潮期间,由于港池内水体稳定,泥沙自然沉降,因此靠近背浪侧海床的泥沙浓度较高,该部分高含沙水流通过下层管道流出,整体降低港内含沙量;同时,驱动涡轮机转动发电并起到消能作用;由于流入港池的水体泥沙浓度较小,而流出港池的水体泥沙含量较高,因此每次涨落潮的泥沙净通量为负值;将每次涨落潮的泥沙净通量换算为每年泥沙净通量,调整上层管道的横截面积A1与下层管道的横截面积A2的值,使每年泥沙净通量与历史所测的每年泥沙淤积量相抵消即可。而在非涨落潮期间,本专利技术与普通防波堤的工作原理类似。本专利技术的防波堤主体可以以常见的重力式斜坡堤为例,堤身内部在浇筑时预先在上下铺设两层管道作为水动力交换通道。结合水体中泥沙含量垂线分布规律,可认为在重力沉降作用下,靠近底面海床的含沙浓度较高,靠近水面的含沙浓度较低。在涨潮时,水流只能从上层管道流入港池,此时的水流因位于上层,含沙浓度相对较低;退潮时水流只能从下层管道流出,此时的水流因为重力沉降作用,含沙浓度相对较高。每日的涨落潮循环中,港内泥沙不断被带出,可解决港内淤积问题。同时港内流出的高含沙水流可通过导管引流至别处,同时可以解决部分情况下可能存在的迎浪测局部冲刷问题。考虑到高含沙水流拥有比一般水流更大的动量,一方面,当港外水动力作用较强时,通过传递,会影响港内泊稳条件或者导致港内过度冲刷问题,因此需要在水动力交换通道内侧出口处设置消能装置;另一方面,考虑到潮汐能是一种清洁能源,也是当前海洋资源利用的一大热点方向,因此,本专利技术将发电装置与消能装置合并,以发电涡轮机的形式安装在防波堤内侧管道出口处,同时在内侧海床处设置水泥块或石块保护底床防止冲刷。本专利技术采用如上技术方案,并具有以下优点:1.本专利技术所述的多功能防波堤是针对高含沙海域而设计,可有效解决港口内外的冲淤不平衡问题。2.该防波堤除了具有正常防波堤具有的消浪、拦沙等功能外,还可以利用潮汐能进行发电,同时避免安装了消能装置,一举两得。3.该防波堤在实际浇筑时不存在技术难题,便于实现。4.该防波堤将发电涡轮机和单向阀安装在水动力交换通道两端,便于后期维修和更换。附图说明图1为本专利技术实施例的整体结构断面示意图。图2为本专利技术实施例的整体结构正面示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例,本专利技术提供有附图。附图为本专利技术揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1和2所示,本专利技术的适用于高含沙海域的多功能防波堤包括防波堤主体、水动力交换通道、涡轮发电机和控制阀;所述的水动力交换通道3为预先铺设并贯穿防波堤主体的管道;水动力交换通道3在防波堤主体上排布为上下两层,每层包含多个管道;所述控制阀1安装在水动力交换通道3的迎浪侧端部,涡轮发电机2安装于水动力交换通道3的背浪侧出口处;所述的控制阀1为单向阀门,上层控制阀仅允许迎浪侧水体流入背浪侧,下层仅允许背浪侧水体流入迎浪侧。上下两层水动力交换通道没有明显差异图中仅作示意。水动力交换通道3贯穿堤身,连接控制阀1和涡轮机2。考虑到防波堤的结构和稳定性,对于新建的防波堤,应在堤身浇筑前预先放置管道。若希望改造原有的防波堤,则应该拆除需要安放管道的部位,重新进行浇筑,不可在原防波堤上钻孔。施工方式取决于防波堤类型,具体流程如下所述:若为沉箱式防波堤,则需要将沉箱浮运至目的地后,再于沉箱侧壁上开孔,否则在运输过程中有沉没风险。为避免填料出现空洞,需要在填料填充至与开孔平齐后再架设预制管道。填料填充完毕后,采用混凝土将缝隙填补即可。若为普通方块防波堤,则应先铺设底层混凝土方块,并预留铺设管道空间,待管道铺设完毕后对空隙进行浇筑填补即可。若为巨型石块防波堤,理论上需要先进行底层的混凝土浇筑,填充至预定高度后再进行管道铺设。然而,考虑到铺设管道所需要的时间空隙,可能导致前期浇筑的混凝土与后续浇筑的混凝土之间出现分层,进而导致稳定性隐患,因此应避免,尽量选取其他类型的防波堤。另外,考虑到后期维修及更换的便利,对于发电涡轮机的辅助装置,例如管线等,不应浇筑在混凝土内部,应选择在浇筑完成后再进行铺设。在设计水动力交换管道位置与横截面积时,为保障结构稳定性与美观性,采用如图2所示上下交错分布的方式。管道的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于包括防波堤主体、水动力交换通道、涡轮发电机和控制阀;所述的水动力交换通道(3)为预先铺设并贯穿防波堤主体的管道;水动力交换通道(3)在防波堤主体上排布为上下两层,每层包含多个管道;所述控制阀(1)安装在水动力交换通道(3)的迎浪侧端部,涡轮发电机(2)安装于水动力交换通道(3)的背浪侧出口处;所述的控制阀(1)为单向阀门,上层控制阀仅允许迎浪侧水体流入背浪侧,下层仅允许背浪侧水体流入迎浪侧。

【技术特征摘要】
1.一种适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于包括防波堤主体、水动力交换通道、涡轮发电机和控制阀;所述的水动力交换通道(3)为预先铺设并贯穿防波堤主体的管道;水动力交换通道(3)在防波堤主体上排布为上下两层,每层包含多个管道;所述控制阀(1)安装在水动力交换通道(3)的迎浪侧端部,涡轮发电机(2)安装于水动力交换通道(3)的背浪侧出口处;所述的控制阀(1)为单向阀门,上层控制阀仅允许迎浪侧水体流入背浪侧,下层仅允许背浪侧水体流入迎浪侧。2.根据权利要求1所述的适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于上层水动力交换通道和下层水动力交换通道的管道之间交错排布。3.根据权利要求1所述的适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于水动力交换通道的管道管径在0.2m~0.5m之间。4.根据权利要求1所述的适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于在防波堤主体背浪侧海床处还设置有水泥块或石块保护底床防止冲刷。5.根据权利要求1所述的适用于高含沙海域的多功能防波堤,其特征在于所述的下层水动力交换通道的高度...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵西增徐天宇童晨奕吕超凡付丁刘雨诗
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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