适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤，包括防波堤主体、涵洞、涡轮机、高压水管、潮位计、数控阀门。本实用新型专利技术利用潮汐以及泥沙悬浮特性来解决我国部分高含沙淤泥质海域的防波堤内外水循环封闭，水体质量低、泥沙淤积的问题，根据理论推导以及数值试验，发现潮汐在防波堤的涵洞内部会形成一股流量巨大的振荡水流，对港内水体交换起到了重要作用，且涵洞位置对此流量的大小影响较小。本实用新型专利技术具有施工简单、经济环保、适用性广等特点，在防波的同时提高水体质量进而减少了泥沙淤积，此外防波堤构成一个循环系统，更加智能。

【技术实现步骤摘要】
适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤
本技术涉及海港防波堤
，尤其涉及一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤。
技术介绍
泥沙淤积一直是影响海港运营的最主要问题，以中国舟山海域为例，舟山海域水体泥沙含量较高，同时由于舟山码头众多，为了维持港内的波况稳定，修建了大量的重力式防波堤，由此也带来了一系列的问题。由于防波堤的阻隔作用，防波堤内外水体交换被堵塞，仅有口门能够使得内外水体交换，同时由于港内波浪条件较好，内侧水体流速较低，泥沙易沉降，在防波堤内侧更是如此，泥沙大量淤积，但一般船舶的停泊区域就在防波堤内测，由此一旦发生淤积，港内水深条件将满足不了船舶的靠泊要求，进而影响码头的运营。目前，解决港口淤积问题的方式主要定期疏浚的方式，但是该方式始终是治标不治本，泥沙淤积之后需要清淤，清完之后继续淤积，如此循环往复，如果港口水动力条件不改变的话，清淤就是一个永远存在的问题，无法解决；同时清淤费用花费巨大，少则百万，多则千万甚至上亿，如长江深水航道，每年花费更是用亿来计，用清淤来解决泥沙淤积问题并不经济，同时还有污染环境的副作用。根据以上问题，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极大的意义。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提供了一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤的设计思路，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，本技术采用如下技术方案：一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤，包括防波堤主体、涵洞、涡轮发电机、数控阀门、高压水管和潮位计；所述的涵洞为贯穿整个防波堤主体的矩形通道，通道高度与设计低水位(低潮累积频率为90％的潮位，简称低潮90％)时的水深比值为0.1-0.2，通道长度与设计低水位时的水深比值为2-4；涵洞在防波堤主体上排布为上下两层，每层包含多个通道，上层涵洞的迎浪侧和下层涵洞的背浪侧为进水口，上层涵洞的背浪侧和下层涵洞的迎浪侧为出水口，每一个涵洞的进、出水口处安装有所述的数控阀门；所述的涡轮发电机安装于涵洞内靠近进水口的位置，且涵洞进水口与涡轮发电机之间安装有用于冲洗通道内泥沙的高压水管；所述的土工织布设置在防波堤主体堤脚处，防止防波堤底部冲刷；所述的潮位计设置在防波堤主体的迎浪侧，涨潮时仅开启上层涵洞进、出水口处的数控阀门，迎浪侧水体经上层涵洞流入背浪侧，落潮时仅开启下层涵洞进、出水口处的数控阀门，背浪侧水体经下层涵洞流入迎浪侧。优选的，上层涵洞和下层涵洞的矩形通道之间交错排布。优选的，上层涵洞的布置高度低于设计低水位，下层涵洞略高于海底。优选的，涵洞通道的宽度与高度相等。优选的，上层涵洞内部的高压水管进水口处位于设计低水位附近，下层涵洞内部的高压水管进水口处位于海底附近，所述的高压水管流量可调节。优选的，数控阀门结构形式为滚动式数控阀门，相较于横拉式施工方便，相较于旋转式更好控制涵洞的开度，因此能更好的保持港内外的泥沙平衡。本技术的自动化多功能涵洞式防波堤的冲淤方法为：1)在涨潮期间，港外水位逐渐升高，潮位计监测到水位从低到高变化时，将开启上层涵洞进、出水口处的数控阀门，关闭下层涵洞进、出水口处的数控阀门，同时上层涵洞内部的高压水管从水面附近取水，上层含沙量相对较低的水体通过上层涵洞进入港内，驱动涡轮发电机转动发电，在发电的同时水体动能被消耗，港内波较小，满足船舶停泊要求；2)在落潮期间，港外水位逐渐降低，潮位计监测到水位从高到低变化时，将开启下层涵洞进、出水口处的数控阀门，关闭上层涵洞进、出水口处的数控阀门，同时下层涵洞的高压水管从海底处取水，由于港内的水体动力较弱，泥沙在重力的作用下自然沉降，靠近海底的水体含沙量较高，高含沙水体在潮流以及高压水管的协同作用下被带到港外，整体降低港内含沙量，防止港内泥沙淤积；随着潮流以及波浪输移，同时驱动涡轮发电机转动发电并起到消能作用；3)考虑到港内外的泥沙平衡问题，定期检测港内外的泥沙淤积情况，若港内以淤积为主，则减少涨潮时上层涵洞的数控阀门开启时间以及阀门开度，加大上层涵洞内高压水管的流量；若港内以冲刷为主，则减少落潮潮时下层涵洞的数控阀门开启时间以及阀门开度，减小下层涵洞内的高压水管的流量。所述的涡轮发电机生成的电能用于供给数控阀门、高压水管、潮位计使用，多余能量进行储存。在涨落潮的协同作用下，能够较好的解决从口门带来的大量泥沙问题，进而减少每年的清淤量，经济环保，同时整个防波堤形成一个系统，除却自身所需的能量外还能向外部提供能量。本技术具备的有益效果为：1、本技术所述的自动化多功能涵洞式防波堤整体构成一个系统，除了机器维修外，不再需要人为干预，具有自动化的特性，且制作工艺简单，施工方便，不存在技术难题；2、本技术所述的自动化多功能涵洞式防波堤是针对高含沙海域而设计，可有效解决港内泥沙大量淤积同时水体更新率较低的问题；除了具有正常防波堤具有的消浪、拦沙等功能外，还可以利用潮流能进行发电，同时由于涡轮机的作用，不需要额外安装消能装置，与传统的重力式防波堤比起来，不但减少了清淤费用而且防波堤的发电也能带来一定的经济效益；3、该防波堤涵洞结构尺寸能够在满足波浪透射的条件下提高水体交换效率，减少泥沙的淤积，具备理论基础；4、该防波堤将发电涡轮机、高压水管安装在涵洞入口处，实现后期维修或更换方便，且将发电涡轮机安装在入口处，水体涡脱剧烈，能量更为集中，有利于提高发电率；本技术在涵洞中配备了高压水管，兼备冲洗功能和清淤功能，位于入口处高压水管的清淤范围变大，能够更好的冲洗涵洞。附图说明图1为本技术实施例的整体结构断面示意图；图2为本技术实施例的整体结构正面示意图；图3为本技术的防波堤的涵洞尺寸设计流程图；图4为实施例中波浪对透空式直立堤作用示意图；图5为涵洞相对长度对透射系数的影响曲线；图6为涵洞相对长度对反射系数的影响曲线；图7为涵洞相对长度对平均速度的影响曲线；图8为涵洞相对长度对平均加速度的影响曲线；图9为涵洞相对深度对透射系数的影响曲线；图10为涵洞相对深度对平均速度的影响曲线；图11为涵洞相对深度对平均加速度的影响曲线；图12为涵洞相对高度对透射系数的影响曲线；图13为涵洞相对高度对平均速度的影响曲线；图14为涵洞相对高度对平均加速度的影响曲线；图15为涵洞相对高度对涵洞流量的影响曲线；图中，1防波堤主体、2数控阀门，3涵洞，4涡轮发电机，5潮位计，土工织布，7高压水管。具体实施方式为进一步说明各实施例，本技术提供有附图。附图为本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技术的优点。图中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤，其特征在于，包括防波堤主体、涵洞、涡轮发电机、数控阀门、高压水管、土工织布和潮位计；/n所述的涵洞(3)为贯穿整个防波堤主体的矩形通道，通道高度与设计低水位时的水深比值为0.1-0.2，通道长度与设计低水位时的水深比值为2-4；涵洞(3)在防波堤主体上排布为上下两层，每层包含多个通道，上层涵洞的迎浪侧和下层涵洞的背浪侧为进水口，上层涵洞的背浪侧和下层涵洞的迎浪侧为出水口，每一个涵洞的进、出水口处安装有所述的数控阀门(2)；/n所述的涡轮发电机(4)安装于涵洞内靠近进水口的位置，且涵洞进水口与涡轮发电机(4)之间安装有用于冲洗通道内泥沙的高压水管(7)；所述的土工织布设置在防波堤主体(1)堤脚处，防止防波堤底部冲刷；所述的潮位计(5)设置在防波堤主体的迎浪侧，涨潮时仅开启上层涵洞进、出水口处的数控阀门(2)，迎浪侧水体经上层涵洞流入背浪侧，落潮时仅开启下层涵洞进、出水口处的数控阀门(2)，背浪侧水体经下层涵洞流入迎浪侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于高含沙海域的自动化多功能涵洞式防波堤，其特征在于，包括防波堤主体、涵洞、涡轮发电机、数控阀门、高压水管、土工织布和潮位计；
所述的涵洞(3)为贯穿整个防波堤主体的矩形通道，通道高度与设计低水位时的水深比值为0.1-0.2，通道长度与设计低水位时的水深比值为2-4；涵洞(3)在防波堤主体上排布为上下两层，每层包含多个通道，上层涵洞的迎浪侧和下层涵洞的背浪侧为进水口，上层涵洞的背浪侧和下层涵洞的迎浪侧为出水口，每一个涵洞的进、出水口处安装有所述的数控阀门(2)；
所述的涡轮发电机(4)安装于涵洞内靠近进水口的位置，且涵洞进水口与涡轮发电机(4)之间安装有用于冲洗通道内泥沙的高压水管(7)；所述的土工织布设置在防波堤主体(1)堤脚处，防止防波堤底部冲刷；所述的潮位计(5)设置在防波堤主体的迎浪侧，涨潮时仅开启上层涵洞进、出水口处的数控阀门(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵西增，吕超凡，李梦雨，徐天宇，付丁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33