【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利工程，尤其涉及一种拦冰索。
技术介绍
1、在我国纬度较高地区，冬季河流或渠道中常常会形成冰盖、冰塞或冰坝等冰情现象，会阻塞水流的过水断面，导致上游水位上涨，容易造成冰凌灾害，影响冬季的航运、水力发电、供水和给排水等，情况严重的还会决溢成灾。冰凌灾害主要包括冰塞冰凌洪水和冰坝冰凌洪水。拦冰设施对避免灾害发生、减轻凌汛威胁方面有着重要的现实意义。
2、拦冰索是一种常用的拦冰装置，包括多个节块，相邻节块间由连接索相连接，整体形成柔性的拦冰索，拦冰索的两端的连接索锚固在渠道两岸，拦冰索位于水面处，主要起到三方面的作用：1、拦截流冰作用，拦冰索架设完工后能够阻拦上游飘来的浮冰。2、破冰作用，当浮冰与拦冰索结构相撞后，大块冰容易被撞碎，撞碎后的冰块有的潜入水下从拦冰索下游冒出，有的从拦冰索上翻过，破碎率较高。3、促进冰盖平铺上溯发展。拦冰索在拦截上游飘来的浮冰之后，降低了冰速，从而促进冰盖平铺上溯发展。
3、在长距离输水工程冬季运行过程中，现有拦冰索表现出以下问题：布置形式单一、工程投入高、拦冰效率低、易断裂、冰盖发展方式不可控。
4、在渠道输水中，并不需要破冰作用，渠道输水更追求利用拦冰索促进冰盖平封发展形成水面冰盖，保护冰盖下能够持续稳定输水。
5、a、现有拦冰索在迎水面流态紊乱、流速较快的情况下，拦冰能力不足，流冰容易撞击拦冰索后，发生下潜逃逸或翻越逃逸的现象，拦冰效率较低。b、流冰在拦冰索处破碎后，更容易下潜逃逸或翻越逃逸。c、渠道流速分布不均(渠道宽度方向两侧流速低
6、另外，受明渠表面紊流形态的影响，冰盖形成后整体发展形态为非对称式分布，沿拦冰索方向荷载分布不均，常造成两岸锚固端一侧被破坏或连接绳断裂的现象。为了确保拦冰效率，传统运行中常见做法是在距离较近处布置两道或多道拦冰索，两岸锚固点较多，工程量大，工程投入大幅增加。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，提高拦冰效果，促进保障冰下持续稳定输水的完整冰盖更快形成。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，拦冰索包括多个节块，相邻节块间通过连接索连接，拦冰索通过其两端的连接索锚固在渠道两岸，拦冰索设有两道，将位于相对下游侧的拦冰索称为s1，将位于相对上游侧的拦冰索称为s2，s1和s2的两端锚固点相同；
3、渠道宽度为l，拦冰索s1安装长度取值范围为1.408～1.441l，拦冰索s2安装长度为1.045～1.062l；
4、在水流和浮冰的作用下，s1和s2均向下游方向弯折各自呈弧形，s1和s2围成月牙形区域；s1和s2的弧顶之间的距离d为二者的最大间距，0.265l≤d≤0.366l；
5、s1和s2的各节块关于渠道中轴线对称分布；
6、i为从渠道中轴线向渠道两端的方向数的s2的节块序号；将第i个s2的节块与第i+1个节块之间的上游侧间距定义为di；
7、k为从渠道中轴线向渠道两端的方向数的s1的节块序号；将第k个s1的节块与第k+1个节块之间的上游侧间距定义为dk；
8、dk小于等于0.02米；di的最小值大于dk的最大值；
9、s2在水流和浮冰的作用下向下游弯折后，其相邻节块的上游侧之间的间距di由渠道中轴线向渠道两岸的方向依次增大。
10、节块长度为m；
11、将节块远离渠道中轴线的一端称为节块的远端，节块的远端距离渠道中轴线的距离为s；
12、di按公式一确定取值：
13、公式一为：
14、
15、渠道宽l为18米时，拦冰索长度取值范围为：s1＝25.344～25.938米，s2＝18.81～19.116米；4.77m≤d≤6.588米；s1拦冰索节块长度m＝0.8米；s2与s1节块形状相同，s2拦冰索节块间距为：当i≤6时di＝0.06米；当i≥7时di＝0.08i-0.5米。
16、本专利技术具有如下的优点：
17、本专利技术的设计原理如下：
18、设计目标：提高冰盖形成速度，通过促进渠道表面形成完整的冰盖，避免冰塞冰凌洪水和冰坝冰凌洪水，并保障冰盖下能够持续稳定输水。
19、相关的科学原理及技术考量：(1)水体比两岸衬砌土体的比热容大，气温下降时，两岸边坡降温幅度比水温快，因此冰盖初始生长于渠道两岸处，由两岸处向渠道中轴线处生长。(2)位于渠道中轴线处的水流流速较大，而靠近两岸的水流受到岸坡影响流速较小(渠道流速分布是两侧高中间低)；这样渠道中部的冰更容易被水流冲走，渠道中部冰盖形成速度慢。(3)相同低温条件下，冰盖形成与流速、水深等有关，流速越大越不容易形成冰盖。放在整个渠道上考量，渠道各处水流速度越不均匀，冰盖形成速度就相对越慢。这里有结冰被水流冲走的因素，也有浮冰通过拦冰索的因素。在冰盖形成期，流速越高，浮冰越容易翻越拦冰索或下潜通过拦冰索。流速越均匀，通过拦冰索的浮冰就越少，拦冰效果越好，对于月牙形区域处冰盖的形成越有利。
20、水流速度的均匀性与冰盖形成速度的相关性，是专利技术人创造性思考的结果，并非是本领域技术人员的已有认识。如何利用这种相关性来通过拦冰索促进冰盖生长速度，更是专利技术人的独创。
21、基于以上科学原理，本专利技术的直接技术目标的指向是控制渠道表面的水力条件，通过荷载平衡与流态改善促进冰盖更快速形成。
22、本专利技术通过以下手段来促进冰盖更快形成：
23、1、两道拦冰索两端锚固点相同，下游侧的拦冰索长于上游侧的拦冰索，s1和s2围成了月牙形区域，s2的节块间距较大，水面碎冰容易进入月牙形区域；由于s1的节块间距较小，因而碎冰容易在s1和s2的共同约束下聚集在月牙形区域处，在低温下容易由碎冰相互结合、生长而成为稳定的冰盖。在结冰过程中，月牙形区域s1和s2的节块处流速很低，s1和s2的节块又能提供水结冰所需要冰核，s1和s2处的结冰很容易相对延展生长相连，尤其是月牙形区域的两端部，在结冰初期s1和s2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，拦冰索包括多个节块，相邻节块间通过连接索连接，拦冰索通过其两端的连接索锚固在渠道两岸，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，其特征在于：节块长度为m；
3.根据权利要求2所述的基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.基于荷载平衡与流态改善的渠道拦冰索结构，拦冰索包括多个节块，相邻节块间通过连接索连接，拦冰索通过其两端的连接索锚固在渠道两岸，其特征在于：
2.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，赵志宏，杨晨，张廷奎，张晓雷，罗秋实，张远生，李荣蓉，马堡卿，张善举，廖明晖，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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