用於水流控制的水工結構的製作方法

2024-01-18 22:52:15

用於水流控制的水工結構的製作方法
【專利摘要】本申請公開了一種水工結構，其包括壁(1)，該壁在流動的地表水中產生向下遊變窄的通道。壁的下遊端(4)有邊緣，以便產生從邊緣(4)向下遊消散的渦流(2)，該渦流耗散由於在通道的進口和出口之間的高度差而產生的流動能量。
【專利說明】用於水流控制的水工結構
[0001]本發明涉及根據權利要求1的前序部分的水工結構。它還涉及多個這種結構的布置方式。
[0002]為了控制水流，公知堰和其它障礙物。US-3593527提出了一種水工結構，流動特徵能夠通過該水工結構而例如從較深、較窄的水道轉變成較寬、較平的河床，以減小衝刷和保持水面高度。該布局的原理稱為MEL(最小損失結構)。
[0003]在現有結構中，下降結構的問題是儘管在堰周圍的水可能通常看起來相對平靜，但是它們可能對於小船、遊泳者或涉水者是極其危險的位置，因為在下遊側的環流形式(通常稱為「水力」)能夠長時間地淹沒人。這種現象因此為劃獨木舟的人、劃皮船的人和在河流上花費大量時間的人所公知，他們還對堰有一個沮喪的名稱:「淹沒機器」。在該設計中沒有這種水平漩渦也解決了這些問題以及一些其它問題，實際上，這些以前使用的堰可能是垃圾和其它碎屑積累的點。通過本發明的結構，實際上將不會發生在「淹死機器」中已知的淹沒。
[0004]因此，本發明的目的是提供一種水工結構，它有減小的侵蝕作用和較小危險的流體動力。
[0005]這樣的水工結構在權利要求1中確定。其它的權利要求確定了這種水工結構的優選實施例和布置方式。
[0006]本發明涉及一種下降結構，它包括如在美國專利N0.3593527中所示的最小能量損失(MEL)結構，以便降低水面高度和產生控制的渦流(通過在結構之後流動形式的突然變化)。因此，能量線這樣降低，其中，大部分能量耗散在遠離結構自身也遠離天然地基的水中的漩渦內。在河堤附近產生一系列相對平靜的漩渦，這積累了相對平靜的反向流，這大致防止河堤侵蝕，因此堤岸能夠由容易侵蝕和因此更自然狀的材料來構成。如上所述的結構實際上在較高流量下起到充分的作用，且在水的峰值流動能量是主要問題的地點(即具有相對較高水頭(head)的溢洪道、洪水河道或斜道)非常有利。
[0007]當希望河流在正常和低流量情況下也有平衡的河床負載輸送時，這些流動的能量控制必須通過其它方式來實現，即通過渦輪和/或魚梯。這些渦輪通常必須能夠以相對較低水頭來起作用。這使得河流形態「就像是自然的」。自然界總是試圖將流動校正至最小能量損失情況(弗勞德數Fr = I)。這意味著當流動為亞臨界時產生沉積，當它為超臨界時產生腐蝕。
[0008]在臨界流動情況中發現這種平衡，
[0009](FR = I):
[_] Wb=1
[0011]這種設計能夠在結構中在水表面高度沒有任何增加的情況下在最大設計洪水位處流動。實際上，通常降低了該高度。該結構能夠在比設計流量大很多(20%-50%)的流量下在沒有顯著泛濫的情況下安全地起作用。要等待的僅有可能損壞是結構自身的表面侵蝕增加。當經常產生確定流量時，明智的是在臨界流動情況下設計結構，因此弗勞德數的有利範圍是0.7_1.0 ο
[0012]總原理
[0013]Gordon Mckay 已經在他的書「Design of minimum energy culverts」(1971 年 10月)的「引言」中很好地解釋了總原理
[0014]幾百年來，水道設計的基礎是一些形式的Chezy公式，v = C (RS) 其中，v是流速，R是水力半徑，S是能量線的斜率，C是變量，其取決於水道邊界條件和流動情況。已經花費了相當大的努力和時間來試圖確定「C」。很多這樣的努力的方向是引入常數「n」，該常數η只取決於水道邊界。
[0015]應用這種公式的最重要條件是它們只用於較長的均勻水道-沒有確定的「較長」或「均勻」和穩定的流動。關於自然水道的計算已經在類似基礎上進行，長度限制為一些較小長度，能量斜率被認為在該較小長度上恆定，並平行於河床和水面。也就是，顯然，作為較小長度和不均勻性的直接矛盾不會滿足基本分析需要。為了獲得切合實際的回答，應用了稍微任意選擇的係數。
[0016]在1932年,Boris Bakmateff引入了比能的概念_與開放水道流動相關聯的內部能。他表示，對於特殊的排出，流動將在兩個深度產生，除了一個特殊情況-臨界深度。在較緩坡度下，較小收縮導致深度減小，同時相應增加速度-這樣，流動的總內部能保持恆定。Bakmateff從原始水道底部測量了這種能量。這種概念解釋了 「水躍」，但是排除了使用跳躍作為混合設施或者在特殊地點降低水頭，這種概念的實際使用非常少。
[0017]總是假定速度增加導致增加的「摩擦」損失，因此引起這種速度增加的收縮必然導致能量損失速度增加，因此，為了保持，必須增加上遊的水面高度。當沒有其它變化時可能是這樣。
[0018]自然水流總是非均勻的。非常難測量或確定「斜度」。截面從一個點至另一個點變化，通常很快。通常很難識別截面形狀和邊界粗糙度的變化。已經表示，最初引入作為常數的「η」在相同水流中完全隨著水位(stage)在不同截面中變化。Chow提出了 η隨著水位的可能變化。圖1是對於Queensland的主要沿海河流的、η與水位的標繪圖。基本圖由灌溉和供水委員會獲得。假定它們以合適的精度來獲得。當「η」是直接乘數時，使用特殊η值的任何計算都必然有較大誤差。
[0019]總體上，在截面處的比能由下面的公式給出:
A Q2
[0020]— = -T-
B gA-
[0021]其中，
[0022]A是流動的截面面積(如在流體力學中確定的那樣來測量-垂直於速度);
[0023]B是頂部水寬度；以及
[0024]Q是排出量。
[0025]除非比能在不同截面相容，否則必然產生能量耗散-湍流。因此，能量損失能夠純粹由截面形狀變化來產生-不是邊界粗糙性。同時，豎直元件的比能總是:
V
[0026]y+ —
2g
[0027]其中，y是元件的深度，V是深度平均速度，因此，橫向流動很可能從較深深度的點(高能量)至較淺深度(低能量)。這種橫向流(又產生湍流)將耗散能量。因此，截面形狀能夠明顯改變能量耗散率(不管邊界情況如何)。
[0028]湍流的持久性是漩渦尺寸的函數。較小的漩渦快速消失，但是較大的漩渦維持相當長的時間和(因此)距離。因此在邊界處產生的較小漩渦將快速消散，並將只有局部作用。由形狀變化或截面形狀產生的較大漩渦將向下遊維持，並將使得下遊明顯達到「粗糙」。漩渦的尺寸並不單獨測量能量耗散率。漩渦的數目同樣重要。
[0029]不過，如果比能在不同截面相容，將能夠在不會形成湍流的情況下產生相當大的截面變化-能夠達到相當「平滑」。
[0030]在自然水流中的主要情況可能是這樣，即形狀損失支配流動形式，且邊界「摩擦」是總能量損失的很小部分。「η」值的範圍與固體在湍流中的阻力係數的變化相當，例如，相同直徑的扁平盤與流線形體(1.0比0.1)。
[0031]本發明涉及這樣的情況，能量耗散能夠通過截面的控制變化來進行，因此能量在不同排放量和流速下同樣高效地耗散，總是不會有較大的沉積或侵蝕問題。因此，在大部分流動情況下，河床負載輸送也能夠保持平衡。對於選定流量(它確定結構的尺寸)，能夠在整個水道/河流中有FR = I的流動。應當知道，流動實際上有在渦流區域中的虛擬邊界，這意味著流動實際上在渦流區域的外部為臨界，儘管對實際質量進行的計算不會給出這樣的結果。這與老結構有較大區別，在老結構中，水躍需要較高侵蝕FR>5或者最終FR>9，以便高效耗散，或者當使用溢流水壩時，需要較高水頭來在高流量時達到相同耗散效率，這當然不可接受，因為防止了魚遷移。
[0032]用於控制液體流的能量的這種結構的特徵在於在垂直於流動的每一個截面處在水頭、深度、寬度和總流量之間的特殊關係，以便給出最小侵蝕，但是有平衡的河床負載輸送，並有高效但無害的方式來耗散水能量。更特別是，這種關係由MEL原理來確定。
[0033]下面將參考附圖通過優選的示例實施例來進一步解釋本發明。
[0034]圖1是結構的平面圖；
[0035]圖2是穿過圖1的結構的剖視圖；以及
[0036]圖3是整個系統的原理的示例的設計圖，具有多個不同的流動控制狀態。
[0037]流動方向是從左向右。
[0038]在附圖中，使用以下標記:
[0039](Yc-1)水工結構上遊的水深度
[0040](Yc-2)水工結構下遊的水深度
[0041](B-1)水深度為(Yc-1)時在水表面處的流動寬度
[0042](B-2)水深度為(Yc-2)時在水表面處的流動寬度
[0043](H)下降的高度；水頭
[0044](L)在兩個結構之間的長度。
[0045](L-1)收斂和下降結構的長度。
[0046](L-2)渦流區域的長度。
[0047](L-3)必須承受主渦流(2)的脈衝負載的河床長度。
[0048](Yc-1)具有(B-1)的臨界水深度
[0049](Yc-2)具有(B-2)的臨界水深度
[0050]I)在(B-1)和(B-2)之間收斂，通過美國專利3593527中的公式6來計算(見附件)；
[0051]2)渦流的近似說明(34個圓)。
[0052]3)渦流區域的邊界。應當知道，水面高度將在渦流區域中稍微下沉。
[0053]4)流動形狀的突然變化。
[0054]5)表示河床應當怎樣構成，具有收斂部分I。
[0055]6)水表面
[0056]7)為了說明目的而簡化的一部分結構的示例。實際上，在例如河堤和結構之間的圓角過渡為優選，這顯著提高了結構的性能(主要對於最大流量)。由於圓角過渡的改進可以是5至10%。
[0057]8)可能需要河床支承結構的點。
[0058]9) 「溢流堰耗散區域
[0059]10)由I和9構成的溢流堰的高度。
[0060]11)防止侵蝕-逆流
[0061]12) 「水躍耗散區域
[0062]13)魚梯
[0063]14)低/中等流動水道
[0064]15)護魚篩網/耙
[0065]16)渦輪流出引導件
[0066]17)渦輪進口
[0067]18)渦輪
[0068]19)渦輪擴散器
[0069]設計原理
[0070]用於設計所需的數據是:
[0071]a:排出流量(Q)
[0072]b:下降的高度，水頭⑶
[0073]c:所需結構的限制尺寸；
[0074](B-1)在水表面的流動最大寬度；以及
[0075](L)從下降至下降的距離；或者
[0076](I)能量梯度。
[0077]大部分計算已經在美國專利3593527中解釋，因此這裡不需要再次公開。僅有的新東西是從下降至下降的距離(L)或能量梯度(I = H/L)。這兩者實際上都給出相同信息。當距離太小時，能量梯度也將太高，並將沒有用於渦流的足夠空間。
[0078]原理將通過三個示例計算來解釋，它們同時表示了對於各個給定數據總是能找到一個唯一的方案。用於多個水頭和能量梯度的最小長度(L)必須通過詳細模型測試來找至IJ。由恰好如圖1和2中所示的結構來製造和在示例I中介紹的、1:36的模型測試已經顯示，對於渦流(L-2)所需的長度近似為至少1.2x ((B-1) - (B-2))。因此，可以認為，在0.8m水頭(H)的情況下，對於這些系統的最小長度(L)是25m，因此最大梯度(I)為ca.0.033 (當不接受更複雜的耗散方案時)。這些渦流的衝擊力也必須計算或研究，並加在結構和河床的負載上。當河床材料並不足夠穩定以承載該負載時，必須加上額外的支承結構8。
[0079]其它耗散方案將在(B-2)後面自動表現為水躍12。這種跳躍自身並不對建築產生侵蝕，因為它並不與河堤或結構接觸。因此它可以在一些示例中用於確定(B-2)-具有中等流量FR = I和因此有高流量(其中FR>1.0)的結構部分。這可以給出泵送儲存水電實際上可維持的方案，其中，需要控制非常突然的中等流量變化，以避免生態問題。在這些示例中，結構的尺寸必須設置成中和這些突然中等流量變化的負面影響，因此泛濫情況必須通過其它方式來解決。結構I的高度10的尺寸能夠為這樣，其中，它作為普通溢流堰6而起作用。應當知道，該高度10並不恆定/水平。這意味著能夠最終將這樣一個簡單的結構I的尺寸設置成具有三個耗散狀態:第一總是漩渦2，第二必然是在區域(L-2)中產生的水躍12，在左側和右側漩渦2之間，而第三是在區域(L-1)中的溢流堰1、9。
[0080]強烈建議，計算和功能通過模型測試來證明，特別是當希望較短的(L-l)、(L-2)和(L-3)時。當沒有進行這些測試，且以後發現長度(L-2)和(L-3)太短以至於不能耗散設計流量的能量時，也沒有泛濫的危險。這隻導致在流動中部的較高流速，因此導致水面高度6的下降。當然，較高速度引起結構上的表面侵蝕，因此可能達不到預期的使用壽命。這種情況恰好與當設計流量由於突然的特大洪水而增加時發生的情況相同。當流量增加時，水面高度當然升高，但是如示例所示，該變化相對較小。示例II實際上與示例I相同，但是流量增加33%。在該示例中，水面高度6從1.37m升高至1.65m,也就是升高0.28m,但是實際上升高將甚至更小，因為當設計如示例I中構成時水將以較高速度流動。
[0081 ] 這種高流量設計的示例
[0082]為了容易和清楚地解釋，對於矩形截面流動情況給出了示例。對於任意截面形狀(幾何形狀或者其它)能夠進行相同計算，但是它們通常涉及更複雜的計算。最終總是將使用這些複雜形式和計算，因為這種太簡單的示例將帶來問題，例如在圖中的點7，因為流速和截面面積(如水力學中已知)不再垂直。不過，確定結構的尺寸的原則保持相同。解決該問題的容易方案是計算結構的起點，而不是具有線性變化形式(B)的(Yc)的線性變化，或者這兩種方法的組合。
[0083]示例 I
[0084]在矩形水道或河流中，Q = 100m3/s,B = 20m,水頭Η = 0.8m,能量梯度1 = 0.02,計算為:
[0085]Q/B = 5.0m3/s 每米
[0086]在下降開始處的水深度將由美國專利3593527的公式(3)來計算，為1.37m。在相同點的流速將由公式(3A)來計算，因此為3.7m/s。
[0087]這時，水面高度必須下降0.8m，它能夠由公式(4)等來計算，在下降結束處的速度必然為5.4m/s,由公式(3A)，水深度必須為2.97m，然後由公式(I)，能夠計算出(B)必然在下降結束時為6.25m。下面，當計算邊緣時，從開始至結束的形狀I變化能夠通過公式(6)來計算。
[0088]在下降至下降之間的距離(L)為0.8/0.02 = 40m,且不能變化。
[0089]示例 II
[0090]在矩形水道或河流中，Q= 100m3/s,B-l = 15m,水頭H = 0.8m,能量梯度I = 0.02,計算為:
[0091]Q/B = 6.7m3/s 每米
[0092]在下降開始處的水深度為1.65m。在相同點的流速為4.0m/s。
[0093]這時，水面必須下降0.8m,因此在下降結束處的速度必然為5.7m/s，水深度必須為3.25m，然後能夠再計算出(B)必然在下降結束時為5.44m。當計算邊緣時，從開始至結束的形狀I變化能夠通過公式(6)來計算。
[0094]在下降至下降之間的距離(L)為0.8/0.02 = 40m，與示例I中相同，但是如由圖1中可見，相對長度更高，能量耗散能夠預期優於示例I，相同流量能夠在更小空間中傳送。這是基於這樣的情況，即水深度越高，渦流因此也越高，所需面積越小。
[0095]示例III (在相同截面中的兩種結構)
[0096]在矩形水道或河流中，Q = 2x 50m3/s, B-1 = 2x 1m,水頭Η=1.0m,能量梯度I=0.025，計算為:
[0097]Q/B = 5m3/s 每米
[0098]在下降開始處的水深度為1.37m。在相同點的流速為3.7m/s。
[0099]這時，水面必須下降1.0m,因此在下降結束處的速度必然為5.7m/s，水深度必須為3.37m。然後，由公式(3)能夠計算出在下降結束時(B-2)必須為2x 2.59m。然後，當計算邊緣時，從開始至結束的形狀I變化能夠通過公式(6)來計算。
[0100]在下降至下降之間的距離(L)為1.0/0.025 = 40m,即與示例I中相同，但是如由圖1中可見，相對長度更高，能量耗散能夠預期優於示例I，儘管耗散能量的量更大。
[0101]低&中等流量設計的原理和示例
[0102]下降結構和整個水道的尺寸必須設置成在沒有泛濫和損壞的情況下以最高排放量來起作用。這些設計流量能夠比平均流量高5-10倍，甚至比最小流量高50倍。當然，還有河流在一年的一部分時間完全乾涸。以瑞士在Engstligen的河流作為示例，Kander, Aare的支流河，最終為Rhine。排放量(Q)在最小流量時僅1.5m3/s，一年的大部分時間它在3至1mVs之間變化。中間值是6m3/s。因此，當我們希望使得河流形態「就像是自然的」時，我們必須有最小能量損失(MEL)情況的流動，也作為臨界流動FR = I。這在最小流量情況下實際上不可能實現，但這實際上並沒有關係，因為這時並不發生侵蝕。更重要的是流動情況滿足在一年超過200天(當流量為3-10m3/s時)中的需求。作為示例(圖3)，我們有兩個水電機器15-19，它們能夠從lm3/s-3m3/s來工作，因此從流量2m3/s-6m3/s中耗散全部能量，且魚梯13有大約lm3/s。
[0103]在圖3中表示了一種組合，其中，達到這種臨界流動(總流量為5.7m3/s，最大水深度為0.47m)，且魚梯(魚通道)13為1.2m寬、平均流速為V= 1.8m/s，B-l = 9.7m，以及橫截面積為A = 3.172m2。5.lm3/s是用於渦輪發電(通過水電裝置例如渦輪而轉變成電能)。
[0104]對於3m3/s，弗勞德數為0.84，最大水深度為?0.38m，且2.6m3/s用於渦輪運行。對於10m3/s，弗勞德數為1.2，最大水深度為?0.57m，且6m3/s用於渦輪運行。
[0105]當這種潤輪組合與在示例I中介紹的下降結構組合時，理論上，具有FR = I的最大流量為大約107m3/s,在所有變化排放量中，流動將保持接近Fr = I,因此河流形態總是保持「就像它是自然的」，儘管我們完全構成的河流具有水電和洪水防護。為了使得在低和中等流量有最好的形態穩定性，需要其它結構來使得在區域(L-3)中的結構之間也保持在FR = I的情況中的流量。這通過構成分隔水下結構8來容易地實現，其中，通向水道14的開口的尺寸設置成用於FR = I。這將使得河流的(L-3)部分沒有極端形態變化的危險，因為這些變化集中在河流的(L-2)部分。還應當知道，當收斂部分I只構成為相對較薄壁而並不充滿石頭時，在收斂部分I的後面能夠建立相對平靜的水區域。這樣的平靜水區域也完全給予了河流生命以庇護所，甚至在非常極端的流動情況下。它還給予了防止寒冷天氣的庇護所，因為它將快速地結起一層冰。
[0106]概括
[0107]通過所述的原理，能夠在河流中建立一種水工結構,其中,水在幾乎任何流動情況下都以接近平衡的能量來流動，因此儘管流動被壓迫至較窄的完全建築空間，河流也保持為自然生活環境。為了充分實現該目的，流動必須在不同狀態(Phase)進行控制。必須單獨來確定是否只使用主要狀態以及在該狀態中的確定流量是什麼。
[0108]主要狀態是達到這些豎直渦流的結構。它的尺寸能夠只對於一個特殊流量來設置。小於該特殊流量的流量必須通過渦輪和/或魚梯來控制，但是也能夠並排地建造兩個或者甚至更多不同尺寸的結構，作為用於實現該目的的矩陣。當該結構自身沒有對於泛濫情況進行優化時，這種高流量的一部分能量能夠通過計劃液壓泵和/或如上述的組合下降結構而進行控制。
[0109]優選實施例的其它方面是:
[0110]1.通過流動截面的控制變化而由結構產生近似豎直的渦流，這有效耗散了能量，並在河堤區域建立了平靜反向流，因此河堤和河床能夠更輕和因此在結構之間更自然地構成。
[0111]2.結構能夠給出更平衡的河床負載輸送狀態，並當正確設置關於長度(L-2)和(L-3)的尺寸時，能夠建立渦流，甚至河床區域適合魚產卵。一個這樣的區域位於從(L-2)到(L-3)的過渡區附近。這裡，沒有根本性的形態變化，河床仍然保持在恆定但較小的運動。
[0112]3.結構的流動不會產生較強的浸沒現象(稱為淹死機器)。因此有效降低了對於人們(例如遊泳者和涉水者)的危險。
[0113]4.當它只建造為薄壁時，結構能夠在所有流動情況下都給予河流生命一個平靜的庇護所。該庇護所不會由沉澱物覆蓋，且它不會幹涸。在較冷季節中，它很容易冰凍，因此它也給予了防止極冷溫度的保護。
[0114]5.結構建造為並排設置的兩個或者甚至更多這種結構的矩陣，和/或交疊，但是只有尺寸不同和/或建造為不同高度，以便產生更寬範圍的流量控制(與只通過一個這樣的結構能夠獲得的流量控制相比)。
[0115]6.結構的尺寸設置成使得出現的最高流量在該結構之後形成水躍，即另一狀態的能量耗散。
[0116]7.結構的高度尺寸能夠設置成這樣，當產生大於設計的流量時，該結構也將用作普通的溢流堰，從而還提供另一狀態的能量耗散。
[0117]8.結構和魚梯，在結構中，這些渦流不能再起任何作用的低流量也能夠通過與水電機器組合而保持在臨界情況，該水電機器通過轉變成電能而耗散能量。因此，河床負載輸送能夠在下降結構區域中(其中只輸送一部分水)和在下降結構之間(其中輸送全部水量)保持平衡。
[0118]9.渦輪的攔汙柵在正常流動情況中在水表面附近取水，這些攔汙柵由相對較高水量衝洗，從而防止沉積物和河床生物吸入至渦輪中。
[0119]10.確定水通道的壁可以只設置於一側，另一側由例如河堤構成，即在沒有水工結構的情況下具有水邊界。
[0120]11.確定通道的壁可以局部由其它裝置(而不是嚴格意義的壁)構成，例如成堆的石頭。重要的是在水通道的端部處有至少一個邊緣，渦流在該處產生。
[0121]12.用於引起豎直渦流的邊緣可以為較大範圍的角度。不過更有效的是至少90°角度。通過該角度，特別是通過銳角，更容易形成渦流，特別是渦流可以在壁的後側延伸。更小的角度產生更有效的渦流，這在減小的長度(L-2)上耗散流動能量。非常有效的裝置是葉片狀元件，例如鋼葉片，因此角度甚至接近180°。
[0122]附錄
[0123]US3593527 的公式
[0124]Y。3 = q2/g(3)
[0125]Vc = (g Yc)1/2(3a)
[0126]Y+ (V2/2g) = Hs(4)
[0127]B〉= Q/ [g1/2 {(2/3) (Hs_h)}3/2] (6)
[0128]其中:
[0129]Y:流動深度
[0130]Yc:根據MEL的流動深度
[0131]q:每單位寬度的流量(Q/B)
[0132]V:流動速度
[0133]Vc:在Yc處的流動速度
[0134]B:在水表面處的流動寬度
[0135]Q:流量
[0136]g:重力加速度
[0137]Hs:在水面高度上面的能量
[0138]h:高於河床的結構高度
【權利要求】
1.用於在運行的地表水中進行水流控制的水工結構，其特徵在於:兩個壁部件(I)構成水通道，所述水通道向下遊有效變窄，地表水的河床的地面(5)在通道中向下遊降低，至少一個壁部件的下遊端(4)構成邊緣，河床的寬度在所述邊緣之後有效變寬，從而在上遊和下遊的地面之間的地面高度差的流體能量通過在所述邊緣處或所述邊緣的附近產生的大致豎直渦流(2)來耗散。
2.根據權利要求1所述的水工結構，其特徵在於:所述水工結構的包括通道的部分構成為最小能量損失(MEL)結構，直到水表面下降至預定高度。
3.根據權利要求1或2所述的水工結構，其特徵在於:壁部件為水基本不可滲透的。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:壁部件(I)相對於流動方向基本垂直豎立。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:壁部件(I)的產生通道的前表面具有相對於地表水的流方向的大約鏡面對稱形狀。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:在壁部件的下遊端處的邊緣相對於流動的主方向具有至少30°的角度，優選是至少60°的角度，更優選是至少90°的角度，所述邊緣甚至更優選是基本由葉片狀元件來構成。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:在壁部件(I)的下遊端(4)之後，地表水的河床至少變寬至通道的進口的寬度。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:通道的變窄和地面的傾斜是基本連續的。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:壁部件朝著通道大致為凸形。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:至少一個壁的後側相對於水流方向延伸至少80°，優選是90°，更優選是大約平行於壁部件的前表面，以便產生在壁部件後面的平靜水空間，所述角度限定於水表面的平面中。
11.根據權利要求1至10中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:魚通道(13)布置在在通道中，所述魚通道的底部構成通道的最深高度，因此當設置有水時，甚至在低水位的情況下，首先讓魚通過。
12.—種水工結構的布置方式，包括至少兩個根據權利要求1至11中任意一項所述的水工結構，所述至少兩個水工結構成平行布置方式、連續布置方式和至少兩個水工結構以堆垛方式放置的布置方式中的一種或多種，其中，堆垛的水工結構布置成用於不同水面高度。
13.根據權利要求12所述的水工結構的布置方式，其特徵在於:至少兩個水工結構的寬度、長度和深度中的至少一種不同，因此水工結構的布置方式能夠處理地表水的增大範圍的流速或體積流量。
14.根據權利要求1至13中任意一項所述的水工結構，其特徵在於:提供了水電裝置(18)，所述水電裝置具有在通道的上遊端處或更上遊處的進口(17)以及在通道的下遊端處或更下遊處的出口(16、19)，從而水電裝置利用水工結構的上遊和下遊的高度差能夠產生電流。
【文檔編號】E02B3/02GK104204358SQ201380013750
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月14日 優先權日:2012年3月14日
【發明者】約尼·約凱拉 申請人:約尼·約凱拉