CN103195017A - 一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法，包括：锚固点，锚固点通过锚固绳与水流方向垂直设置的系固杆连接，系固杆连接纵横布置的连接杆，连接杆上连接多个浮动体，形成浮动体阵列，浮动体阵列中的各个浮动体分别连接带有收放设施的深度绳索，各条深度绳索连接搅动体阵列，搅动体阵列由纵排列或纵横排列的搅动体构成，各条深度绳索的中段分别设有单个搅动体。本发明在水库容易淤积泥沙的位置设置浮动体阵列并使浮动体连接水底的搅动体阵列，不使用任何人为的动力，利用风力产生的波浪促使浮动体阵列带动搅动体阵列产生波动，同时利用自然流动水流促使搅动体阵列搅动水流，使水库底部淤积的泥沙在搅动水流的作用下泛起，被水流冲走。

Description

一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法，是一种水工装置和方法，是一种利用自然力对水库底部所淤积的泥沙进行干预，使泥沙顺水流流走的装置和方法。

背景技术

水库中淤积泥沙是自从人类开始建造水库即开始出现的问题。在河流上修坝建库后，库区水位壅高，水面比降减缓，流速减小，水流挟沙能力显著降低，促使大部分泥沙淤积在库内。其结果不仅导致水库有效库容减小，降低兴利效益和防洪能力，甚至将威胁水库使用寿命及安全运行；同时水库淤积引起回水末端上延，将扩大淹没和浸没面积，并将威胁上游城镇、工矿及交通安全；回水末端的泥沙淤积还会影响航运；库区泥沙的大量淤积，可能造成有害物质沉积于库底，污染水库和周围环境，并且将会淤没鱼类的产卵地，影响鱼类繁殖。水库泥沙问题是一个在世界范围内普遍存在的问题，但我国水库泥沙问题尤为突出。这是因为由于严重的水土流失，我国的河流含沙量一般都很高。因此，在这样的多沙河流上修建水库，必然会产生泥沙问题。传统清除水库泥沙的方法是使用大型机械设备开挖水库清除淤泥，但是这种方法要花费大量的人力物力。为此，是否可以找到一种不使用人类的力量，而是借助自然的力量，对水库底部容易淤积泥沙的部位进行干预，清除或防止泥沙的淤积，这需要一种全新的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法。所述的方法是将利用风力和自然水流动能产生搅动的装置放在指定的水库位置。风力产生的水面波动和随着水流的自然流动使所述装置在水低上下左右的摆动，增加库底水流的扰动，促使淤积泥沙再次起动并防止淤积发生，从而改变库底指定位置的冲淤特性，并以此清除水库库区内淤积的泥沙。

本发明的目的是这样实现的：一种驱动水库淤积泥沙再分布的方法，所述的方法包括如下步骤：

确定防止淤积或需要清除淤积的水库部位；

在所选定的水库部位的水面设置水面浮动体阵列；

用可调节长度的深度绳索连接水下的搅动体阵列；

调整深度绳索的长度，使搅动体阵列接近水库底部的泥沙和淤积面；

所述的浮动体阵列在风力的作用下随水面的波浪上下浮动，并带动搅动体阵列上下运动形成波动，同时所述的搅动体阵列在自然水流的作用下形成摆动；

所述的搅动体阵列的波动和摆动直接搅动泥沙或在淤积面附近水流中产生持续紊流；

所述的搅动紊流将库底的泥沙搅动起来；

被搅动体阵列搅动起来的泥沙随自然水流流走。

一种实现上述方法的驱动水库淤积泥沙再分布的装置，所述的装置包括：在水流上游设置的锚固点，所述的锚固点通过锚固绳与水流方向垂直设置的系固杆连接，所述的系固杆连接纵横布置的连接杆，所述的连接杆上连接多个浮动体，形成浮动体阵列，所述的浮动体阵列中的各个浮动体分别连接带有收放设施的深度绳索，所述的各条深度绳索连接搅动体阵列，所述的搅动体阵列由纵排列或纵横排列的搅动体构成，所述的各条深度绳索的中段分别设有单个搅动体。

本发明产生的有益效果是：本发明在水库容易淤积泥沙的位置设置浮动体阵列并使浮动体连接水底的搅动体阵列，不使用任何人为的动力，利用风力产生的波浪促使浮动体阵列带动搅动体阵列产生波动，同时利用自然流动水流促使搅动体阵列搅动水流，使水库底部淤积的泥沙在搅动水流的作用下泛起，被水流冲走。搅动体利用了最基本的流体力学原理，促使平稳流动的水流产生紊流，清除泥沙。由于不使用任何人为的动力，可以节省大量能源。同时由于搅动体可以使用十分便宜的材料，浮动体阵列和搅动阵列制造也十分简单，整个装置成本极低。由此，本发明使用最简单的装置改变水流动能转化方式，增大指定位置水流扰动，从而实现在不使用任何人为动力而借助自然力的情况下，解决了水库淤积泥沙这个用传统方法费时、费力还难于解决的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例四所述装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例五所述条带状搅动体阵列的结构示意图；

图3是本发明的实施例六所述短条状搅动块示意图；

图4是本发明的实施例八所述的菱形片搅动体弯曲的示意图，是图1中A-A的剖视图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种驱动水库淤积泥沙再分布的方法，所述的方法包括如下步骤：

确定防止淤积或需要清除淤积的水库部位。首先寻找水库内具有确定流向的淤积泥沙的位置，以确定需要清除水库泥沙的部位。水库中的泥沙通常淤积在水流由激流变为缓流的位置，即由河道进入库容的位置，那里水流突然变缓，泥沙十分容易沉淀。本实施例的主要思路是：通过铺设利用风力和自然水流产生搅动的装置，增大水库指定位置的紊动、形成紊流，利用紊流将水库底部所淤积的泥沙搅动泛起，随流动的水流自然冲走。

在所选定的水库部位的水面设置水面浮动体阵列。由于水库的水深相对较深，水流流速较小，直接将搅动阵列放在水底，一方面比较困难，另一方面无法利用风力的作用，因此，使用一个与搅动体阵列面积相仿的浮动体阵列，所述的浮动体阵列漂浮在水面上，并且利用自然风力的作用，可以随同水面起伏，利用浮动体阵列的起伏带动搅动体阵列起伏。浮动体阵列可以使用多个纵横排列的浮动体或其他具有浮力的设置，用纵横的绳索连接起来，并利用岸边和浅水中设置的锚固点，将浮动体阵列锚固在一个相对固定的位置。

用可调节长度的深度绳索连接水下的搅动体阵列。深度绳索是连接浮动体阵列和搅动阵列的设施，可以使搅动阵列随浮动体阵列固定，同时可以随浮动体阵列上下波动。所述的搅动体阵列是由各种条状、块状或片状的搅动体用柔性的绳索连接在一起形成的。搅动体可以有各种形式，如可以使条带状、片状、条块状等等。搅动体阵列可以由单一形状搅动体构成，也可以使多种形状的搅动体组合形成，以满足各种水库条件下的水流情况。

调整深度绳索的长度，使搅动体阵列接近水库底部的泥沙和淤积面。由于水库水位是不断变化的，因此，水面到库底的距离是变化的。为了使搅动阵列尽可能的接近库底的淤泥，但又不能落在淤泥面上，所以深度绳索的长度要有随水深的变化自动调整长度的能力。其实现是通过双向回力轮6实现的：双向回力轮通过深度绳索分别连接上面的悬浮体和下面的搅动阵列，在浮力和重力的作用下自动随水深收放深度伸缩，使搅动阵列始终处于淤积面部位。

所述的浮动体阵列在风力的作用下随水面的波浪上下浮动，并带动搅动体阵列上下运动形成波动，同时所述的搅动体阵列在自然水流的作用下形成摆动。所述的搅动体阵列随浮动体阵列上下摆动的同时还随自然水流的作用下形成自身的摆动，这样搅动体阵列的摆动综合了浮动体阵列的上下摆动和搅动体阵列本身的上下和左右的摆动，形成复杂的综合性摆动。搅动体阵列的自身摆动在各种条件下不尽相同，而且摆动的方式随搅动体的形状，连接方式等因素不同而不同。比如，搅动体是沿水流方向并排布置的多条长条带状搅动体，在水流的作用下，长条带会以波浪的形式波动。由于各个长条带的波动频率、波长不同，所以整个搅动体阵列会产生复杂的波动。如果搅动体阵列是由带有扭面的短条状搅动体组成，在水流的作用下，搅动体还会产生水水流的扭动，如果将带有正反扭面的短条状交错安装，整个搅动阵列除产生波浪形的搅动外，还可以产生各种复杂的扭动，使产生的紊流更加复杂，更好的起到搅动的作用。

所述的搅动体阵列的波动和摆动直接搅动泥沙或在淤积面附近水流中产生持续紊流。由于搅动体的摆动直接搅动泥沙，或者其所产生的复杂变动，使库底附近水流中会持续产生明显的紊流层，从而使淤积的泥沙迅速启动。

所述的搅动紊流将库底的泥沙搅动起来。库底的泥沙在紊流的作用下，持续不断的扩散到水流中。

被搅动体阵列搅动起来的泥沙随自然水流流走。扩散到水流中的泥沙最终由自然流动的水流所冲走。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于搅动体阵列的摆动的细化。本实施例所述的搅动体阵列的摆动是沿水流方向条状波动和与水流方向垂直波动的综合波动。

本实施例所述的搅动阵列所产生的摆动是一种波动，这种波动主要是沿水流方向的纵向波动，同时伴随横向波动，纵横两个方向的波动组合在一起形成复杂的波动。这种波动主要产生沿水流方向的上下搅动，使水流中产生带有涡旋的紊流，涡旋使库底表面的泥沙泛起，并被水流冲走。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于搅动体阵列的摆动细化。本实施例所述搅动体阵列的摆动是沿水流方向轴线的扭动。

搅动体在产生上下波动行的摆动的同时还产生一种自身的扭动，这种扭动可以进一步增加水流的中带有涡旋的紊流的复杂流动，使搅动更加有效。

实施例四：

本实施例是一种实现上述实施例所述方法的驱动水库淤积泥沙再分布的装置，如图1所示。本实施例所述的装置包括：在水流（图1中箭头的方向）上游设置的锚固点2，所述的锚固点通过锚固绳3与水流方向垂直设置的系固杆1连接，所述的系固杆连接纵横布置的连接杆5，所述的连接杆上连接多个浮动体4，形成浮动体阵列，所述的浮动体阵列中的各个浮动体分别连接带有收放设施6的深度绳索7，所述的各条深度绳索连接搅动体阵列9，所述的搅动体阵列由纵排列或纵横排列的搅动体构成，所述的各条深度绳索的中段分别设有单个搅动体8。

本实施例所述的锚固点可以使用钢钎打在水库岸边，或使用专门设置的水泥墩等重物，也可以利用水库岸边或库底的自然物体，如植物、石块等，凡是能够固定搅动体阵列保持在一个固定的位置上就可以。

锚固点一般设置四个以上，即在沿水流方向上下游系固杆的两端分别设置与锚固点连接的锚固绳的节点。由于系固杆和连接杆的框架作用，可以使整个浮动体阵列保持展开的状态。在系固杆上一个锚固绳的节点101，可以设置多个向不同方向的锚固绳，使浮动体阵列稳定的保持在水库水面的一个相对固定的位置上，也就是让搅动体阵列稳定在水库的底部的一个相对固定的位置上。

所述的浮动体阵列使用较硬质的材料，可以使用一节一节的连接起来，在节之间使用浮动体，所述的浮动体可以是浮球，或其他类似的具有浮力设施，如图1所示，图1中画出了一个具有16个浮球的浮动体阵列，各个浮动体之间用硬质的杆件连接，使整个浮动体阵列可以随水中的波浪上下波动。

所述的深度绳索是连接浮动体阵列和搅动体阵列的设施。深度绳索上设置的收放设施可以是收放滑轮，或其他类似绞盘机的装置，可以将绳索放开伸长或缩短收起。为了确定深度绳索的长度，可以设置专门的水深传感器，测量水深，或其他监控装置检测水深。根据测定的水深，通过控制装置控制收放装置自动收放绳索。

所述的搅动体阵列可以有多种形式，即可以是沿水流方向延伸的条带状的搅动体，在水流上游，与水流方向垂直的设置牵引带，在牵引带上并排设置多条长条带状的搅动体，为了避免条带之间的缠绕，在条带之间横向连接多个柔性的连接绳，用连接绳将各个条带分开。牵引带是一种质地比搅动体更加硬质的条带，在水中可以保持坚挺。

搅动体还可以是一连串的小片，例如菱形片。将小片用纵横的连接绳连接在一起，使小片可以自由的摆动但有不会缠绕在一起。小片可以适当弯曲，使水流在小片的上下两面产生不同的流速，驱动小片上下运动，产生搅动作用。在一串小片中还可以使用几种不同质量小片，使整串小片在水流的作用下产生不均匀的波动，更好的起到搅动的作用。

搅动体还可以是带有扭面的小条（短条状搅动块）串联起来，同样用纵横的连接绳串联在一起形成阵列。小条在水流的作用下，不但能够产生上下的波动，还可以产生自身的扭动，更进一步加强对水流的搅拌。小条也可以使用不同质量的材料，使整串小条产生不均匀波动。

还可以将上述各种搅动体组合在一起，形成一种综合的搅动体阵列。总之，搅动体阵列中的搅动体可以有许多种形式，以能够产生更多、更复杂的紊流为目的。

实施例五：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体包括：与水流方向（图2中的箭头方法）垂直设置牵引带901，所述的牵引带上沿水流方向横排布置的多条条带状搅动体902，各个条带状搅动体由沿水流方向纵向按一定间隔布置的柔性好于牵引带的横向连接绳903相互柔性连接，如图2所示。

本实施例所述的牵引带可以使用类似系在腰间的皮带的条带状材料，这里所述类似皮带，主要指的是条带状材料具有类似于皮带那样即具有一定的硬度，也具有一定的柔性的材质特点。

条带状搅动体不能过于柔软，要具有一定的刚性，才能有较好的搅动作用，太过柔软的条带状搅动体，例如布料，则搅动作用不大。条带可以使用塑料带等材料。

连接绳横向连接各个条带状搅动体，按照一定间隔布置，以避免条带的缠绕为目的，既要防止缠绕，还是使条带具有一定的波动自由度。

实施例六：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体是带有扭面的短条状搅动块，如图3所示。所述的搅动体阵列中，短条状搅动块按正反两种扭面交错安装。

所述的搅动快的扭面可以是左旋的和右旋的两种，在成串的排列中可以交错放置左旋和右旋的搅动块，以产生更复杂的紊流。

左、右旋绞动块在搅动体阵列中的交错排列方式可以是前后左右交错排列，也可以是成排的交错排列，或两三排交错的排列方式。

实施例七：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述搅动体是菱形片状搅动片，如图1所示。

所述的菱形片可以是接近正方形菱形，但是以对角线与水流方向一致的方式串联在一起，类似于菱形。

实施例八：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于菱形片搅动体的细化，如图4所示。本实施例所述的搅动体是沿水流方向的三分之二处弯曲的菱形片，所述的搅动体阵列中，菱形片弯曲的方向按正反两个面交错安装。

本实施例所述的菱形片的弯曲是为了在水流中产生垂直的力（见图4），推动菱形片在水中的摆动。

实施例九：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体是质量轻重不同的两种菱形片状搅动片，两种质量不同的搅动片在搅动体阵列中交错排列。

本实施例所述的菱形片搅动体有质量不同的两种，或者更多种。菱形片的质量（或者说重量）不同，在水流的作用下，摆动的大小不同，可以产生更多的紊流。不同质量的菱形片可以按照先后左右的交叉排列，也可以成排的交叉排列，即一排质量较大的菱形片，一排质量较小的菱形片，再一排质量较大的菱形片，再一排质量较小的菱形片等等。

实施例十：

本实施例是实施例九的改进，是实施例九关于菱形片搅动片排列的细化。本实施例所述的两种不同质量的菱形片搅动片按沿水流方向的横排交错排列。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如搅动体的形状、搅动体阵列的连接方式、连接是否为刚性材料还是柔性材料等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.一种驱动水库淤积泥沙再分布的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

确定防止淤积或需要清除淤积的水库部位；

在所选定的水库部位的水面设置水面浮动体阵列；

用可调节长度的深度绳索连接水下的搅动体阵列；

调整深度绳索的长度，使搅动体阵列接近水库底部的泥沙和淤积面；

所述的浮动体阵列在风力的作用下随水面的波浪上下浮动，并带动搅动体阵列上下运动形成波动，同时所述的搅动体阵列在自然水流的作用下形成摆动；

所述的搅动体阵列的波动和摆动直接搅动泥沙或在淤积面附近水流中产生持续紊流；

所述的搅动紊流将库底的泥沙搅动起来；

被搅动体阵列搅动起来的泥沙随自然水流流走。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的搅动体阵列的摆动是沿水流方向条状波动和与水流方向垂直波动的综合波动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述搅动体阵列的摆动是摆动体沿水流方向轴线的扭动。

4.一种实现权利要求1所述方法的驱动水库淤积泥沙再分布的装置，其特征在于，所述的装置包括：在水流上游设置的锚固点，所述的锚固点通过锚固绳与水流方向垂直设置的系固杆连接，所述的系固杆连接纵横布置的连接杆，所述的连接杆上连接多个浮动体，形成浮动体阵列，所述的浮动体阵列中的各个浮动体分别连接带有收放设施的深度绳索，所述的各条深度绳索连接搅动体阵列，所述的搅动体阵列由纵排列或纵横排列的搅动体构成，所述的各条深度绳索的中段分别设有单个搅动体。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的搅动体包括：与水流方向垂直设置牵引带，所述的牵引带上沿水流方向横排布置多条条带状搅动体，各个条带状搅动体由沿水流方向纵向按一定间隔布置的柔性好于牵引带的横向连接绳相互柔性连接。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的搅动体是带有扭面的短条状搅动块，所述的搅动体阵列中，短条状搅动块按正反两种扭面交错安装。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的搅动体是菱形片状搅动片。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的搅动体是沿水流方向的三分之二处弯曲的菱形片，所述的搅动体阵列中，菱形片弯曲的方向按正反两个面交错安装。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的搅动体是质量轻重不同的两种菱形片状搅动片，两种质量不同的搅动片在搅动体阵列中交错排列。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的两种不同的菱形片搅动片按沿水流方向的横排交错排列。

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