[发明专利]潮汐响应式屏障

说明书

本申请是申请人为“SOM设计事务所”、名称为“潮汐响应式屏障”的中国专利申请No.201080035980.9(国际申请号为PCT/US2010/045268)的分案申请。

技术领域

本发明涉及装置和方法，用于保护海岸线或者沿着水道的城市区域抵御与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的周期性高水位。更具体地说，本发明涉及潮汐响应式屏障，该屏障包括可塌缩的高强度延展膜，该延展膜在底端锚定到海底或河底，而在该膜的顶端具有球胆，其中所述球胆可以有选择地膨胀，以使所述膜的前导边缘(例如，响应潮汐变化)升高到海水或河水的表面，以使所述膜从海底或河底牵拉到水面以及水边，所述膜在水边锚定到结构性塔台。

背景技术

下个世纪中，洪水的主要威胁并不必然来自海平面本身的升高，而是来自高潮和暴风雨过程中极端情形的增多，这将导致在相对较短的期间对现有防洪设施造成破坏。永久性堤坝、堰堤或者防波堤先前已经用于保护海岸线并且针对高潮或者暴风雨中的这种周期性极端情形提供一些保护，但是这些设备通常包括混凝土块、碎石或者其他沉重的增强材料，这些材料为永久结构，不允许海洋船只通过，抑制了自然海洋生态系统，限制了完全享受海岸线地区并且建造和部署(deploy)昂贵。

一种现有技术的防波堤结构采用固紧到海底的漂浮网用于保护海岸线，这种结构在美国专利公开US2005/0036839中描述。这种现有技术的防波堤结构采用漂浮支撑件，诸如填充空气的球胆、聚乙烯浮标或者其他材料在海底和低潮水位36之间牵拉所述网。在高潮水位，防波堤结构的网完全浸入水中，并且因此无法有效阻止周期性的极端潮汐变化或涌浪淹没海岸线。此外，所公开的现有技术防波堤结构披露为永久部署，这带来与限制海洋船只通过、海洋生物以及完全享受部署防波堤结构的海岸线地区类似的问题。

因此，需要能克服上述问题的潮汐屏障，并且该潮汐屏障响应与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的周期性高水位，以保护海岸线或者沿着水道的城市区域免受这种周期性高水位的影响。

发明内容

符合本发明的装置、系统和方法提供了一种潮汐响应式屏障，该屏障为轻型且环境敏感的系统，设计用于保护与内陆水道接壤的城市区域免受与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的高水位。所述潮汐响应式屏障根据浮力固有原理以及与延展网膜相关联的结构有效性来操作。符合本发明的潮汐响应式屏障可以较之永久堤坝和局部洪水保护结构以显著更低的成本制造并实施在局部水道中，而不会损害生态以及这些水域的商业。

根据符合本发明的装置，提供了一种响应潮汐变化的潮汐屏障。所述潮汐屏障包括具有延展膜的网。所述延展膜具有上边缘和下边缘。所述下边缘具有多个锚定点，用于将下边缘附连到水体下的海底。所述潮汐屏障还包括附连到上边缘的球胆，并且所述球胆具有有选择地膨胀和收缩球胆的阀。所述球胆具有足够大的体积，以便在以气体膨胀该体积时，所述膜的上边缘升高到水体的表面。所述潮汐屏障还包括设置在所述延展膜附近的泵，该泵与所述球胆的阀流体连通。所述泵具有控制器，用于有选择地促动所述泵以气体膨胀和收缩所述球胆。

在一种实施方案中，所述潮汐屏障的网进一步包括多条内部缆绳，所述内部缆绳在所述延展膜的下边缘和上边缘之间延伸，以便在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应地升高到水体表面时，所述内部缆绳加强所述延展膜的拉伸强度。

所述潮汐屏障还可以包括多个塔台，每个塔台相对于海底锚定并且在水体处于预定深度时，在水体表面上延伸预定的高度。在这种实施方案中，所述潮汐屏障的网进一步包括附连到所述延展膜的上边缘并沿着所述延展膜的上边缘长度延伸的顶部缆绳。所述顶部缆绳一端连接到一个塔台而另一端连接到另一个塔台，以使在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应升高到水体表面时，所述延展膜的上边缘以水体流动限定的弧线从一个塔台延伸到另一个塔台。在这种实施方案中，当所述网一侧水体的水位随着水流升高时，所述延展膜的上边缘相应地升高，导致所述延展膜在水流方向上形成悬链弧，以使水位升高受到限制而不能越过所述网的一侧。

在另一种实施方案中，所述潮汐屏障可以进一步包括在所述泵和所述球胆的阀之间流体连通的罐。在这种实施方案中，所述泵适配成将用于膨胀所述球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存。所述罐具有输出阀，所述输出阀适配成响应输入而将所储存的一定量的气体释放到所述球胆中。