一种激流水道结构的制作方法

1.本实用新型涉及水域应急救援技术领域，尤其涉及一种激流水道结构，应用于微笑流流态的水域应急救援的模拟训练中。


背景技术：

2.目前，水域救援成为应急救援任务中一项重要内容。水域救援中常见的危险流态主要有：沸腾线、翻滚流、覆盖流、微笑流、皱眉流、漩涡流、v字流、回流区等。如图1所示，水道中具有障碍物32，使水流形成微笑流。微笑流是水流遭遇到桥墩或突出水面的孤石所形成的水流流态，遇险人员容易被水流挤压或吸贴而难以自行脱困，微笑流是救援人员重要的训练科目之一。目前，我国救援人员的水域救援模拟训练大多局限于在天然河流水域中进行。但是，天然河道来水条件不稳定，地形复杂，危险性大,训练过程中容易造成人员伤亡，因而模拟训练计划受到极大制约。
3.现有专利如公开号cn113362669a公开的一种消防救援形成v字流流态的水道及流态设计方法，专利公告号cn215562303u和cn211473544u公开的一种水域救援综合训练基地，这些现有专利并未提供微笑流流态可供参考的水道结构体型，无法准确计算与模拟微笑流流态。
4.因此，如何在激流水道中形成训练效果理想的微笑流流态是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种激流水道结构，以解决激流水道中微笑流水流强度弱小、水流冲击力不足的问题。
6.本实用新型的技术方案是：一种激流水道结构包括依次设置的上游水道、变坡水道和下游水道，所述上游水道和下游水道的底部均为水平面，且所述下游水道的底部低于所述上游水道的底部；所述变坡水道的底部在上游水道和下游水道之间倾斜设置；所述上游水道与变坡水道之间设有挡水组件，所述挡水组件的中部设有供水流通过的槽道，所述变坡水道和下游水道之间设置障碍物，所述障碍物与所述槽道位置对应。
7.上述方案中，采用两侧对称布置的挡水墙将水流引导至水道中心，通过减小过水面积，抬高上游水位，增大落差，进而增大流速，增加单宽流量，提高水流冲击力。
8.在一种具体的技术方案中，所述挡水组件包括挡水墙和挡水板，所述挡水墙在垂直于水流方向上位于上游水道的两端，两个所述挡水墙之间形成所述槽道，所述槽道的底部叠设至少一个所述挡水板。
9.优选的，所述挡水墙具有长度l，上游水道具有宽度b，2l＝b。
10.在另一种具体的技术方案中，所述挡水组件包括挡水板和两个间隔设置的立柱，两个立柱之间形成所述槽道，两个立柱远离所述槽道的一侧分别叠设至少一个所述挡水板。
11.优选的，所述障碍物朝向所述槽道的迎水面为弧形面。
12.优选的，所述障碍物的宽度为倍的下游水道的宽度。
13.优选的，所述变坡水道的底部依次连接有斜坡底板和水平底板，所述水平底板自所述下游水道的底部水平延伸，所述斜坡底板连接上游水道的底部和水平底板。
14.优选的，所述上游水道和下游水道的横截面为矩形。
15.与相关技术相比，本实用新型的有益效果为：
16.一、采用两侧对称布置的挡水墙将水流引导至水道中心，通过减小过水面积，抬高上游水位，增大落差，进而增大流速，增加单宽流量，提高水流冲击力；
17.二、障碍物布置在水道中心线上，水流直接顶冲障碍物迎水面，显著改善障碍物外周流速场；
18.三、变坡水道的斜坡底板使水流获得落差，流速进一步增大，障碍物外周流速场进一步改善；
19.四、依次分级增加叠梁式的挡水板数量，分级抬高上游水位，可以分级提高水流冲击力，实现递进式提高训练难度的目的；
20.五、提供了形成微笑流流态的水道结构体型，该结构体型简单，对参训人员无安全风险，提高了激流水道微笑流流态强度，提高水流冲击力，达到理想的训练效果。
附图说明
21.图1为现有的微笑流平面布置示意图；
22.图2为本实用新型提供的实施例一的激流水道结构的平面示意图；
23.图3为图2的纵剖面示意图；
24.图4为沿图2的i-i的剖面示意图；
25.图5为沿图2的
ⅱ‑ⅱ
的剖面示意图；
26.图6为本实用新型提供的实施例二的激流水道结构的平面示意图；
27.图7为沿图6的
ⅲ‑ⅲ
的剖面示意图。
28.附图中：1、供水系统；2、上游水道；3、变坡水道；31、挡水墙；32、障碍物；33、挡水板；34、槽道；35、斜坡底板；36、水平底板；37、立柱；4、下游水道；5、回水系统。
具体实施方式
29.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
30.实施例一
31.如图2所示，本实施例提供的一种激流水道结构包括依次设置的上游水道2、变坡水道3和下游水道4。所述上游水道2的上游侧设有供水系统1，下游水道4的下游侧设有回水系统5。所述供水系统1给水道提供水源，所述回水系统5将下游的水回流至供水系统1中。
32.如图3所示，所述上游水道2的底部为水平面，边墙为铅直面。所述变坡水道3为微笑流形成区，其底部包括依次连接的斜坡底板35和水平底板36。所述斜坡底板35位于上游，
其与上游水道2的底部相连。所述水平底板36位于下游，与下游水道4的底部相连。所述下游水道4的底部为水平面，边墙为铅直面。所述上游水道2和下游水道4的横截面为矩形。
33.所述变坡水道3的水平底板36长度为5m～20m，斜坡底板35的坡度为i＝1︰25～1︰50。水流流经斜坡底板35获得水面落差，流速增大，同时经过斜坡段调整，障碍物32外周流速场得到进一步改善。
34.如图2、图3、图4所示，所述上游水道2与变坡水道3之间设有挡水组件，所述挡水组件的中部设有供水流通过的槽道34。所述挡水组件包括挡水墙31和挡水板33，所述挡水墙31在垂直于水流方向上位于上游水道2的两端，两个所述挡水墙31之间形成所述槽道34，所述槽道34的底部叠设至少一个所述挡水板33。
35.所述挡水墙31对称布置，两侧挡水墙31总长度为(1/3～2/3)倍水道净宽，即：2l＝(1/3～2/3)b，挡水墙厚度20cm～40cm。两侧对称布置的挡水墙31缩小水道过水面积，抬高挡水墙31上游侧水位，增大水面落差，进而加大障碍物迎水面行近流速。同时挡水墙31将水流集中引导至水道的中心，增加水道中心区的单宽流量，提高水流冲击力。
36.如图2、图5所示，所述变坡水道3和下游水道4之间设置障碍物32，所述障碍物32与所述槽道34位置对应。所述障碍物32朝向所述槽道34的端面为弧形面。所述障碍物32的阻水宽度为(1/4～1/3)倍水道净宽，即：b＝(1/4～1/3)b，且b≥2.0m，障碍物32的厚度50cm～100cm。障碍物32布置在水道中心线上，被挡水墙31引导下行的水流直接顶冲障碍物迎水面，显著改善障碍物外周流速场。
37.所述槽道34深度5cm～10cm，宽度10cm～20cm，用于固定叠梁式挡水板33。通过依次增加或减少叠梁式挡水板33的数量，分级抬高或降低挡水墙31上游水位，增大或减小水面落差，进而改变水流流速，分级增减微笑流强度，实现递进式提高训练难度的目的。所述挡水板33的挡水高度10cm～20cm。
38.在具体的实施例中，上游水道2宽度8m，单侧挡水墙31长度3m，挡水墙31断面水道过水净宽度2m，变坡水道3斜坡底板35坡度1︰30，水平底板36长度10m，障碍物32宽度2.5m，厚度0.8m。当水道总流量4m3/s时，上游水深0.75m，障碍物32迎水面顶冲流速2.5m/s。
39.实施例二
40.如图6、图7所示，重复实施例一，所不同的是本实施提供的激流水道结构的挡水组件包括挡水板33和两个间隔设置的立柱37。所述立柱37为圆柱体。两个立柱34之间形成所述槽道34，两个立柱34远离所述槽道34的一侧分别叠设多个所述挡水板33。由此形成两边侧流道挡水，中间槽道34无阻碍流水的水道结构。当卸除全部挡水板33时，水道基本实现全断面过流。当安放部分挡水板33时，挡水板顶面高程低于水面高程时，两侧边流道可用于障碍物翻越训练。
41.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种激流水道结构，其特征在于，包括依次设置的上游水道(2)、变坡水道(3)和下游水道(4)，所述上游水道(2)和下游水道(4)的底部均为水平面，且所述下游水道(4)的底部低于所述上游水道(2)的底部；所述变坡水道(3)的底部在上游水道(2)和下游水道(4)之间倾斜设置；所述上游水道(2)与变坡水道(3)之间设有挡水组件，所述挡水组件的中部设有供水流通过的槽道(34)，所述变坡水道(3)和下游水道(4)之间设置障碍物(32)，所述障碍物(32)与所述槽道(34)位置对应。2.根据权利要求1所述的激流水道结构，其特征在于，所述挡水组件包括挡水墙(31)和挡水板(33)，所述挡水墙(31)在垂直于水流方向上位于上游水道(2)的两端，两个所述挡水墙(31)之间形成所述槽道(34)，所述槽道(34)的底部叠设至少一个所述挡水板(33)。3.根据权利要求2所述的激流水道结构，其特征在于，所述挡水墙(31)具有长度l，上游水道(2)具有宽度b，2l＝(1/3～2/3)b。4.根据权利要求1所述的激流水道结构，其特征在于，所述挡水组件包括挡水板(33)和两个间隔设置的立柱(37)，两个立柱(37)之间形成所述槽道(34)，两个立柱(37)远离所述槽道(34)的一侧分别叠设至少一个所述挡水板(33)。5.根据权利要求1～4任一项所述的激流水道结构，其特征在于，所述障碍物(32)朝向所述槽道(34)的迎水面为弧形面。6.根据权利要求1～4任一项所述的激流水道结构，其特征在于，所述障碍物(32)的宽度为(1/4～1/3)倍的下游水道(4)的宽度。7.根据权利要求1～4任一项所述的激流水道结构，其特征在于，所述变坡水道(3)的底部依次连接有斜坡底板(35)和水平底板(36)，所述水平底板(36)自所述下游水道(4)的底部水平延伸，所述斜坡底板(35)连接上游水道(2)的底部和水平底板(36)。8.根据权利要求1～4任一项所述的激流水道结构，其特征在于，所述上游水道(2)和下游水道(4)的横截面为矩形。

技术总结
本实用新型提供一种激流水道结构。所述激流水道结构包括依次设置的上游水道、变坡水道和下游水道，所述上游水道和下游水道的底部均为水平面，且所述下游水道的底部低于所述上游水道的底部；所述变坡水道的底部在上游水道和下游水道之间倾斜设置；所述上游水道与变坡水道之间设有挡水组件，所述挡水组件的中部设有供水流通过的槽道，所述变坡水道和下游水道之间设置障碍物，所述障碍物与所述槽道位置对应。本实用新型采用两侧对称布置的挡水墙将水流引导至水道中心，通过减小过水面积，抬高上游水位，增大落差，进而增大流速，增加单宽流量，提高水流冲击力。提高水流冲击力。提高水流冲击力。


技术研发人员：周望武 王立杰 戴晓兵 王大为 苗宝广
受保护的技术使用者：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2022.09.19
技术公布日：2023/2/9