CN100429358C - 悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种用于河流河道整治的悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置。其特征是呈旋翼状，悬浮于水体中，利用水流自身动力保持泥沙不淤，比水体密度轻，设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max，式中的Y是旋翼扬沙器放置高度，U_max为最大流速，u为任意点水流速度；优点：利用底部水体流动的能量，带动旋翼旋转起动，从而将河床底部泥沙扬动保持不淤或带入下游；只要河床泥沙能够在水体动力条件下扬动，它可以设置于水下任意位置；由于旋翼设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max(y为距河床距离，U_max为最大流速)，所以它可以沉浮于水体任意位置。

Description

悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置

技术领域

本发明涉及的是一种实用于沿海挡潮闸的闸下淤积，可以利用潮汐动力或利用挡潮闸调度闸上水体动力，以确保闸下不淤积，并可用于河流河道整治的旋翼沉浮式扬沙器。

背景技术

为了抵御盐水入侵、排泄内涝，常在河口一侧或两侧修筑导堤，一是改善水流条件，切断由风浪掀起的海滩泥沙补给源，减少涨潮流挟带进入引河的沙量；二是约束和稳定下泄径流，缩窄航道宽度和口门宽度，增大落潮水流速度，束水攻沙，改善并稳定出口水深，从而达到减少引河淤积的目的。然而河口建闸后，改变了河口地区的动力条件，使潮位和潮流过程出现相位差，涨潮历时缩短而涨潮流速加大，落潮历时加长而落潮流速减小，使涨潮带进的泥沙量远大于落潮带出的泥沙量，改变了原有天然情况下的输沙平衡，河口建闸也使得上游泄水量减小，引起闸下河段的严重淤积。

目前采用减少闸下淤积的冲淤措施有人工水力冲淤、机械冲淤二种，其中水力冲淤是逢大潮开闸冲淤、低高潮时开闸冲淤、利用水头差开闸、纳潮冲淤。

机械清淤是在上游水源有限，闸下河床比较坚硬，靠水流难以冲动的情况下，或者是在上游水源紧缺，顺流搅动以增加落潮或上游来水带去沙量的情况下，用机船拖淤、机船挖淤、水力冲塘等机械手段清淤。

无论是水力冲淤还是机械冲淤，它们的共同缺陷在于投入的人力、物力较大，改变闸下河段淤积的效果短暂、甚至是不明显的。目前闸下河段的淤积情况是越来越严重。

发明内容

本发明根据明渠水流速度垂线分布和泥沙含沙量沿垂线分布的特性，而设计的安置在水中一定深度的旋翼沉浮式扬沙器，利用底部水体流动的能量，带动旋翼旋转起动，使底部水体紊动起来，从而实现将河床底部泥沙扬动保持不淤或带入下游。

本发明的技术解决方案：其特征是悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置呈旋翼状，它比水体密度轻，它设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max，Y是旋翼扬沙器放置高度，U_max为最大流速，u为任意点水流速度；

实用于沿海挡潮闸的闸下淤积，充分利用潮汐动力或利用挡潮闸调度闸上水体动力，确保闸下不淤积并可用于河流河道整治；投入少、效果好。

其水流速度垂线分布、悬沙含沙量沿垂线分布、泥沙起动流速公式分别选用：

起动流速公式：

$U_c={\left(\frac{h}{D}\right)}^{1/6}\·{[3.2\frac{{\mathrm{\γ}}_s-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}\mathrm{gD}+{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_b}{{\mathrm{\γ}}_{b0}}\right)}^{10}\frac{k}{\mathrm{\ρD}}]}^{1/2}$

γ_s——泥沙颗粒的容重；

γ——水体的容重；

γ_b——床面泥沙的容重(考虑空隙在内)；

γ_b0——床面泥沙达到密实后的容重(＝1.6克/厘米³)；

k——常数(＝2.9×10^-4克/厘米³)；

D——泥沙颗粒粒径；

ρ——水体密度；

h——水深。

流速分布：

$\frac{U_{\max }-u}{U_{*}}=\frac{1}{k}\ln \frac{h}{y}$

悬移质含沙量沿垂线分布：

$\frac{S}{S_a}={\left[\frac{\frac{h}{y}-1}{\frac{h}{a}-1}\right]}^{\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{kU}}_{*}}}$

S_a——y等于某一定值a处的含沙量；

U_*——摩阻流速；

ω——泥沙的沉速；

S/S_a——相对含沙量；

本发明的优点：利用底部水体流动的能量，带动旋翼旋转起动，从而将河床底部泥沙扬动保持不淤或带入下游；只要河床泥沙能够在水体动力条件下扬动，它可以设置于水下任意位置；由于旋翼设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max，Y是旋翼扬沙器放置高度，U_max为最大流速，u为任意点水流速度；所以它可以沉浮于水体任意位置；

附图说明

附图1是两叶旋翼的结构示意图。

附图2是三叶旋翼的结构示意图。

图中的1是叶。

具体实施方式

其结构是悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置呈旋翼状，旋翼的长度0.5-2米，宽度0.2-1米，比水体密度轻，设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max，Y是旋翼扬沙器放置高度，U_max为最大流，u为任意点水流速度；

水流速度垂线分布、悬沙含沙量沿垂线分布、泥沙起动流速公式分别选用：起动流速公式：

$U_c={\left(\frac{h}{D}\right)}^{1/6}\·{[3.2\frac{{\mathrm{\γ}}_s-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}\mathrm{gD}+{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_b}{{\mathrm{\γ}}_{b0}}\right)}^{10}\frac{k}{\mathrm{\ρD}}]}^{1/2}$

γ_s——泥沙颗粒的容重；

γ——水体的容重；

γ_b——床面泥沙的容重(考虑空隙在内)；

γ_b0——床面泥沙达到密实后的容重(＝1.6克/厘米³)；

k——常数(＝2.9×10^-4克/厘米³)；

D——泥沙颗粒粒径；

ρ——水体密度；

h——水深。

流速分布：

$\frac{U_{\max }-u}{U_{*}}=\frac{1}{k}\ln \frac{h}{y}$

悬移质含沙量沿垂线分布： $\frac{S}{S_a}={\left[\frac{\frac{h}{y}-1}{\frac{h}{a}-1}\right]}^{\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{kU}}_{*}}}$

S_a——y等于某一定值a处的含沙量；

U_*——摩阻流速；

ω——泥沙的沉速；

S/S_a——相对含沙量；

实施例

在河宽为10～30米，河道涨潮或落潮平均流速0.5～1.5米/秒，泥沙粒径0.03～0.1mm，水深0.5m～3m。泥沙颗粒的起动流速为0.01～0.25m/s。旋翼沉浮式扬沙器采用两叶或三叶旋翼，旋翼的长度1米，宽度0.5米，重1kg。旋翼的设置于距河床距离0.2m左右处，最大流速U_max约为2.1m/s。

Claims (1)

1、悬浮式旋翼水力自动防淤清淤装置，其特征是呈旋翼状，悬浮于水体中，利用水流自身动力保持泥沙不淤，比水体密度轻，设置于Y＝Y|u＝0.1～0.5U_max，Y是旋翼扬沙器放置高度，U_max为最大流速，u为任意点水流速度；

水流速度垂线分布、悬沙含沙量沿垂线分布、泥沙起动流速公式分别选用：

起动流速公式：

$U_c={\left(\frac{h}{D}\right)}^{1/6}\·{[3.2\frac{{\mathrm{\γ}}_s-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}\mathrm{gD}+{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_b}{{\mathrm{\γ}}_{b0}}\right)}^{10}\frac{k}{\mathrm{\ρD}}]}^{1/2}$

γ_s——泥沙颗粒的容重；

γ——水体的容重；

γ_b——床面泥沙的容重(考虑空隙在内)；

γ_b0——床面泥沙达到密实后的容重(＝1.6克/厘米³)；

k——常数(＝2.9×10^-4克/厘米³)；

D——泥沙颗粒粒径；

ρ——水体密度；

h——水深，

流速分布： $\frac{U_{\max }-u}{U_{*}}=\frac{1}{k}\ln \frac{h}{y}$

悬移质含沙量沿垂线分布：

$\frac{S}{S_a}={\left[\frac{\frac{h}{y}-1}{\frac{h}{a}-1}\right]}^{\frac{\mathrm{\ω}}{k{U}_{*}}}$

S_a——y等于某一定值a处的含沙量；

U_*——摩阻流速；

ω——泥沙的沉速；

S/S_a——相对含沙量。

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