CN101289842A

CN101289842A - 水下沿程清淤廊道

Info

Publication number: CN101289842A
Application number: CNA2008100477462A
Authority: CN
Inventors: 蔡莹; 黄国兵; 金峰; 杨文俊; 卢金友; 王才欢; 魏国远; 陈端; 程子兵
Original assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Current assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2008-10-22

Abstract

水下沿程清淤廊道，它包括沿程开有侧孔(2)的廊道(1)，在廊道(1)的进水端或出水端安装有用于控制廊道内空腔进流或出流的闸门(3)，或在廊道(1)的空腔内安装控制廊道内空腔进流或出流的可提供水头的水泵(5)。它克服了现有的清淤方法一般耗水量大、受季节来水量的限制、清淤时对发电、航运等有些影响、作用范围小等缺点。本发明水下沿程清淤廊道具有沿程清淤廊道结构比较简单、功能明了；耗水量少、清淤范围广、清淤效率高等优点。

Description

水下沿程清淤廊道

技术领域

本发明涉及一种工程水下沿程清淤装置，更具体地说它是一种水下沿程清淤廊道。

背景技术

现有主要工程清淤措施包括：(1)“蓄清排浑”工程调度；(2)枢纽冲(排)沙闸、孔冲沙；(3)河道“束水攻沙”；(4)运用机械清淤等。

“蓄清排浑”工程调度清淤措施存在的问题有：(1)一般耗水量大；(2)受季节来水量的限制；(3)对年调节或多年调节水库以及没有水头差的工程无法实施；(4)清淤时对发电、航运等有些影响。枢纽冲(排)沙闸、孔冲沙的措施存在的问题有：(1)清淤一般耗水量大；(2)作用范围小。河道“束水攻沙”措施影响河道天然河势。运用机械措施难以满足大量清淤要求，工作时间长。以上措施一般都是在河道内转移泥沙，对流域梯级或沿程开发都有连锁影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能方便清淤的水下沿程清淤廊道。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：水下沿程清淤廊道，其特征在于它包括沿程开有侧孔2的廊道1，在廊道1的进水端或出水端安装有用于控制廊道内空腔进流或出流的闸门3。

或在廊道1的空腔内安装控制廊道内空腔进流或出流的可提供水头的水泵5(在廊道1的空腔内位于闸门3也可根据需要安装水泵5提供水头替代闸门3控制廊道内空腔进流或出流)。

在上述技术方案中，所述廊道1的顶端设置有顶孔6，具体可根据需要进行设置。

在上述技术方案中，所述廊道1为分段式长距离清淤结构，侧孔2的上连接有可分段控制闸门启闭的液压装置7。

在上述技术方案中，所述廊道1的侧孔2外侧上方有防淤高压喷水嘴8，所述喷水嘴8与输水管道9连接。

在上述技术方案中，所述廊道1的侧孔2外侧防淤有水面高压喷水船10，所述高压喷水船10上有可沿导轨11在水下导移的水下喷嘴8。

本发明水下沿程清淤廊道具有如下优点：①、沿程清淤廊道结构比较简单、功能明了；②、耗水量少、清淤范围广、清淤效率高，可将泥沙转移到河道或水库以外加以利用；③、新建工程可在干地施工，水下工程国内外已有成熟的敷设水下大型遂道的经验；④、根据工程性质、规模等多方面考虑，合理设置沿程清淤廊道应具有较好的综合效益；⑤、结构总体技术比较常规，主要问题可以解决，易于推广应用，并有助于发展相关技术和沿程变化过流量理论；⑥、工程泥沙问题多，沿程清淤廊道为可工程清淤提供一种新途径，应具有现实应用价值。

附图说明

图1为本发明水下沿程清淤廊道(吸式)的结构示意图(实施例1)。

图2的图1的A-A剖示图。

图3为本发明水下沿程清淤廊道(冲式)的结构示意图(实施例2)。

图4的图3的A-A剖示图。

图5为本发明水下沿程清淤廊道的分段清淤结构示意图(实施例3)。

图6为图5的A-A剖示图。

图7为本发明水下沿程清淤廊道的侧孔防淤结构示意图(实施例4)。

图8为图7的A-A剖示图。

图9本发明水下沿程清淤廊道的侧孔防淤结构示意图(实施例5)。

图10为图9的A-A剖示图。

图11为在不同位置清淤廊道的布置示意图。

图中1为廊道、2为侧孔、3为廊道闸门、4为淤积坡、5为水泵、6为顶孔、7为侧孔闸门、8为喷水嘴、9为输水管、10为高压喷水船、11为导轨。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解(图中箭头所示方向为水流方向)。

参阅附图可知：水下沿程清淤廊道，它包括开有侧孔2的廊道1，在廊道的进水端或出水端安装有用于控制廊道内空腔进流或出流的闸门3，在廊道1的空腔内位于闸门3也可根据需要安装水泵5提供水头替代闸门3控制廊道内空腔进流或出流，廊道1的顶端也可设置顶孔6，廊道1可为分段式长距离清淤结构，通过液压装置1分段控制侧孔1的闸门启闭，廊道1的侧孔2外侧上方可设防淤高压喷水嘴8，所述喷水嘴8由输水管道9供水，廊道1的侧孔2外侧防淤也可用水面高压喷水船10，所述高压喷水船10的水下喷嘴8沿导轨11在水下导移。

沿程清淤廊道的布置形式可根据清淤需要分为吸式(如图1、图2所示)和冲式(如图3、图4所示)结构。清淤廊道的主要组成有：(1)沿程开清淤孔的廊道，这部分为主要工作段。清淤孔有顶孔和侧孔，利用孔口内外水头差达到水下吸淤或冲淤的目的。廊道断面顺水流方向采用吸式结构时尺寸逐渐扩大、冲式结构逐渐减小，而沿程侧向进水孔断面尺寸则呈相反变化。廊道长度、断面尺寸和型式、孔距以及孔型等参数由计算结合试验效果确定，廊道断面形状可为有方形、顶圆下方形和圆形等(也可为其它结构形式)，孔形有矩形、圆形及三角形等(也可为其它形状)；(2)连接廊道和控制闸门或工作水泵。闸门或水泵(另行设置)控制或提供清淤水头，在没有水头差时由水泵提供动力，若有水差作为动力，则可不用水泵；(3)排淤通道或淤积沉淀库。

超长距离清淤(如图5、6所示)。一般河道局部清淤应用几公里长的廊道应可满足要求，但在河口、深水航道等部位一般清淤距离长，在这些部位应用沿程清淤廊道也可发挥作用。运用方式有：(1)降低廊道清淤孔高程，使清淤部位形成较深的清淤坑，依靠稳定淤积边坡可达到长距离清淤，但这种清淤方式可能会影响岸坡稳定，在有的情况下可能无法降低河床高程；(2)采用同一长廊道分时分段清淤(如图5、6所示)，这种布置方式要在水下廊道分段设置闸门控制清淤孔开启，须研发相关技术。

分时分段清淤控制廊道闸门开启措施有：(1)潜水员水下操作。存在的问题：①工作效率低；②安全问题；③超范围水深不能操作。(2)机器人水下操作。存在的问题：①有投资与效率问题；②影响航运。(3)设置分时分段液压活塞并联传动控制闸门(如图5、6所示)。因闸门尺寸小、重量轻，液压控制应比较灵活，也容易实现。这种方式的需要解决水下安装、维护等主要问题。

理论计算

沿程清淤廊道为沿程进流或泄流构造布置。由沿程均匀泄流水头损失公式

h_{f} = \frac{l}{K^{2}} {(Q^{'} + 0.55 ql)}^{2},

可初步确定所需总水头H、流量Q、清淤长度l之间的关系。

公式中：K为流量模数，

K = AC \sqrt{R} .

C为谢才系数，

C = \frac{1}{n} R^{1 / 6},

A为廊道截面积，R为水力半径，

R = \frac{A}{L} .

n为廊道粗糙系数。L为湿周。

Q′为端部进流量，当端部封闭，Q′＝0；

q为沿程单位长度过流量，

q = \frac{Q - Q^{'}}{l};

流量可由Q＝vA确定。v为满足廊道内清淤流速，v约3m/s。

令H＝h_f，可求得断面为6m(宽)×2m(高)的廊道所需水头H、流量Q、清淤长度l之间的组合，如下表。(廊道端部封闭，

h_{f} = \frac{1}{3} \frac{{(ql)}^{2}}{K^{2}} l,

n取0.014。)

由计算成果可知，在一般情况下，清淤水头不超过10m，用几十个流量可实现约3000m长的廊道内清淤。因单位长度流量q较小，廊道外清淤宽度应结合降低清淤孔高程形成水下稳定淤积边坡考虑。据实测资料，水下淤积稳定边坡一般都小于1∶10，低于清淤控制面3m的廊道应可控制超过70m宽的清淤范围。根据上述条件可估算，一条6m(宽)×2m(高)×3000m(长)的廊道单位淤积厚度清淤量可超过20万m³，多条廊道布置可扩大清淤范围和清淤量。

具体工程廊道规模以及有关水力参数可根据工程情况结合研究确定。

理论计算的问题：(1)公式由沿程泄流条件推导得到，但根据公式推导方法沿程进流条件应得到相同结论；(2)清淤水流含沙量大，由公式得到的结果可能有些差别；(3)由管道泄流公式应用于解决大型廊道问题结果可能也有差异。

运用沿程清淤廊道应解决的主要问题

由于缺乏工程实例，运用该措施应有诸多问题等待解决。如果理论计算和试验结果都有一定的可靠性，运用沿程清淤廊道清淤将要解决的主要问题应该是如何防止廊道和孔口的淤塞。解决这一问题应采取综合措施，简单设想如下。

1、首先廊道设计应充分考虑，确保廊道内有足够的冲淤流速，在条件容许情况下争取廊道内有较大的冲淤流速；

2、合理选择廊道断面和孔口型式也应有助于预防廊道堵塞，在侧板底部开孔的顶圆下方的廊道积淤后，廊道内留有一定的空间，可为内部清淤提供通道。正三角侧向清淤孔可能有较好的综合效果；

3、适时监测清淤部位淤积情况，合理调度清淤廊道清淤是防止廊道和孔口淤塞的主要途径；

4、为防万一，应考虑配套处理堵塞措施。在廊道外采用高压水冲孔应比较容易实现，可以考虑廊道配置高压管道或配备高压水冲孔船等(如图7、图8、图9、图10所示)，高压水冲孔船配备的特殊设施少、运用方便可靠，可防廊道及孔口淤塞。

沿程清淤廊道的布置

清淤廊道可对水库、河道、取水建筑物进水及港口友码头等部位进行清淤。在不同的部位清淤廊道的布置示意如图11所示。

清淤动力由水头差或水泵提供，吸式布置将泥沙直接排向下游或主库内设置的沉淀库，建高位水库对主库库底冲淤采用冲式布置。排至沉淀库的泥沙可利用主库年内水位变化在沉淀库内反复干地清淤。完全利用季节水位变化在主库设沉淀库清淤要占用部分主库容。

Claims

1、水下沿程清淤廊道，其特征在于它包括沿程开有侧孔(2)的廊道(1)，在廊道(1)的进水端或出水端安装有用于控制廊道内空腔进流或出流的闸门(3)，或在廊道(1)的空腔内安装控制廊道内空腔进流或出流的可提供水头的水泵(5)。

2、根据权利要求1所述的水下沿程清淤廊道，其特征在于所述廊道(1)的顶端设置有顶孔(6)。

3、根据权利要求1或2所述的水下沿程清淤廊道，其特征在于所述廊道(1)为分段式长距离清淤结构，侧孔(2)的上连接有可分段控制闸门启闭的液压装置(7)。

4、根据权利要求1或3所述的水下沿程清淤廊道，其特征在于所述廊道(1)的侧孔(2)外侧上方有防淤高压喷水嘴(8)，所述喷水嘴(8)由输水管道(9)供水。

5、根据权利要求1或3所述的水下沿程清淤廊道，其特征在于所述廊道(1)的侧孔(2)外侧防淤有水面高压喷水船(10)，所述高压喷水船(10)上有可沿导轨(11)在水下导移的水下喷嘴(8)。