CN104099908B - 重力式拦沙导沙结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉及水利水电工程技术领域，具体是一种重力式拦沙导沙结构。本发明提供了一种防止推移质翻越的重力式拦沙导沙结构，包括坎体，还包括设置在坎体迎水面的挑檐和基础趾板，所述挑檐位于基础趾板之上，所述挑檐和基础趾板之间构成内凹形空腔。水库下层水流冲击拦沙导沙坎，并在上挑檐和基础趾板形成的凹形空腔内产生旋滚水流，泥沙推移质随旋滚水流发生翻滚、跳跃，上部挑檐将防止泥沙推移质翻越拦沙导沙坎顶部，大幅度减少泥沙推移质进入电站引水渠的机会。由于拦沙导沙坎与河道水流方向的夹角较小，对拦沙导沙坎前的旋滚水流可起到较强的导向作用，从而将泥沙推移质导向冲沙闸，防止其在拦沙导沙坎前堆积。

Description

重力式拦沙导沙结构

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体是一种重力式拦沙导沙结构。

背景技术

一般山区河流的含沙量较高，泥沙过机会造成水轮机过流部件异常磨损，而且泥沙颗粒容易给气核造成依附条件，使水轮机发生空蚀，缩短水轮机部件的检修周期，既造成发电损失，也增加维修费用，不利于水电站的正常运行和经济效益的发挥。因此，多泥沙河流水电开发中的泥沙防治设计是一项重要技术内容。

河流泥沙主要包括悬移质和推移质；其中悬移质是指悬浮在河道流水中、随流水向下移动的较细的泥沙及胶质物等，即在搬运介质(流体)中，由于紊流使之远离床面在水中呈悬浮方式进行搬运的碎屑物，通常是粘土、粉砂和细砂。推移质是指在水流作用下河床表面附近以滑动、滚动或跳跃方式运动的泥沙颗粒。天然河流大都属紊流，其中存在着许多尺度不等、具有不同运动速度和旋转方向的涡体，悬移质悬浮在水流中随水流运动，其运动轨迹是很不规则的，沿水流方向的运动速度和水流速度大致相同，维持泥沙悬浮运动的能量主要来自水流紊动能，悬移质通常无法拦截。推移质是在水流作用下河床表面附近以滑动、滚动或跳跃方式运动。

目前河床式电站通常在厂房引水渠前设一拦沙坎，在紧邻引水渠的主河床部位设冲沙闸，对泥沙推移质以拦截为主，防止其进入引水渠，并不强调拦沙坎的导沙作用。拦沙坎高度越大，拦沙效果越好。但由于需要兼顾电站进水口水流的水力学条件，拦沙坎的高度又不能过高，否则可能产生跌水造成较大的水头损失，影响电站出力。

枢纽水力学模型试验表明：大部分河床式电站在水库蓄水发电情况下，拦沙坎前沿流速很小，难以起动粗颗粒泥沙，冲沙闸开启排沙时对常规拦沙坎前缘的减淤作用不大，减淤范围有限，常造成粗颗粒泥沙堆积于拦沙坎前。

另外，由于拦沙坎不能设计得过高，现有技术设计的拦沙坎迎水面体形也不尽合理，其结果是：水流直冲拦沙坎后，河水中推移质随水流发生翻滚，从而较易翻越高度有限的拦沙坎进入电站进水口并淤积，进入机组流道后又进一步造成水轮机的异常磨损。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止推移质翻越的重力式拦沙导沙结构。

本发明解决其技术问题所采用的重力式拦沙导沙结构，包括坎体，还包括设置在坎体迎水面的挑檐和基础趾板，所述挑檐位于基础趾板之上，所述挑檐和基础趾板之间构成内凹形空腔。

进一步的是，所述挑檐设置在坎体的顶部。

进一步的是，所述坎体的纵轴线与河道水流方向的夹角小于45度。

进一步的是，所述坎体纵轴线与河道水流方向的夹角与水流速度的关系是：水流速度越低，则坎体纵轴线与河道水流方向的夹角越小。

进一步的是，所述基础趾板的上表面为斜坡面，斜坡面的倾斜方向为倾向冲沙闸方向。

进一步的是，所述挑檐朝向基础趾板的下表面为倾斜状，下表面的倾斜方向为倾向迎水方向。

本发明的有益效果是：水库下层水流冲击拦沙导沙坎，并在上挑檐和基础趾板形成的凹形空腔内产生旋滚水流，泥沙推移质随旋滚水流发生翻滚、跳跃，上部挑檐将防止泥沙推移质翻越拦沙导沙坎顶部，大幅度减少泥沙推移质进入电站引水渠的机会。由于拦沙导沙坎与河道水流方向的夹角较小，对拦沙导沙坎前的旋滚水流可起到较强的导向作用，从而将泥沙推移质导向冲沙闸，防止其在拦沙导沙坎前堆积，且拦沙导沙坎前沿的水流流速越低时，拦沙导沙坎与河道水流方向的夹角取值越小，以确保导排沙效果。冲沙闸开启时，无论电站是否发电，都可将电站进水口前的泥沙推移质排向大坝下游。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中零部件、部位及编号：坎体1；挑檐2；基础趾板3；进水渠底板平坡段4；进水渠底板斜坡段5；结构缝6；止水片7；基覆分界线8；原河床底面9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，图中箭头方向为河水流向，本发明包括坎体1，还包括设置在坎体1迎水面的挑檐2和基础趾板3，挑檐2和基础趾板3均沿着坎体1的纵向布设，以使它们的纵向长度和坎体1相当，所述挑檐2位于基础趾板3之上，所述挑檐2和基础趾板3之间构成内凹形空腔。本重力式拦沙导沙坎重要特征是带挑檐2和基础趾板3，构成内凹形混凝土空腔，从而在拦沙导沙坎前产生旋滚水流，使泥沙推移质随旋滚水流运动，上部挑檐2将防止泥沙推移质翻越拦沙导沙坎顶部进入电站引水渠。挑檐2的截面形状可以是梯形，方形、或者圆弧形均可。基础趾板3的形状也可以是梯形，方形、或者圆弧形。挑檐2和基础趾板3也可以是其他形状，以有利于旋滚水流的产生为原则。

在图1中，在河水流向上，本发明后面依次连接有进水渠底板平坡段4和进水渠底板斜坡段5。三者之间的结构缝6均设置有止水片7。

作为优选的实施方式，所述挑檐2设置在坎体1的顶部。位于顶部的挑檐2正好可以阻挡泥沙翻过坎体1，达到良好的拦沙效果。

拦沙导沙坎的坎体1纵轴线与河道水流方向的夹角应小于45度，对含泥沙推移质的旋滚水流起较强的导向作用，从而将泥沙推移质导向冲沙闸，防止其在拦沙导沙坎前堆积。拦沙导沙坎前沿的水流流速越低时，拦沙导沙坎与河道水流方向的夹角取值越小。

为了更好的导沙，所述基础趾板3的上表面为斜坡面，斜坡面的倾斜方向为倾向冲沙闸方向。斜坡面可以使基础趾板3上累积的泥沙更容易导向冲沙闸。本拦沙导沙结构联合使用的冲沙闸，也可以是冲沙孔。

具体的，所述挑檐2朝向基础趾板3的下表面为倾斜状，下表面的倾斜方向为倾向迎水方向。倾斜的挑檐2有利于旋滚水流的产生，且结构更为合理。

单就拦沙效果而言，本发明拦沙导沙坎顶部的挑檐能防止泥沙推移质翻越拦沙导沙坎顶部进入电站引水渠，其拦沙效果明显超出同高度的普通拦沙坎。同时，本发明不局限于简单地对泥沙推移质进行拦截，而是同时对泥沙推移质进行拦截和导排，在拦沙导沙坎高度受限的情况下，既保证了电站取上层清水用于发电、减少了水头损失，又能将泥沙推移质导排向冲沙闸，防止其在拦沙导沙坎前堆积，其防沙减淤效果显著超出现有技术方案。本发明拦沙排沙坎具有结构简单、工程量小、施工方便等优点，具有较好的应用前景。

Claims (3)

1.重力式拦沙导沙结构，包括坎体(1)，其特征在于：还包括设置在坎体(1)迎水面的挑檐(2)和基础趾板(3)，所述挑檐(2)位于基础趾板(3)之上，所述挑檐(2)和基础趾板(3)之间构成内凹形空腔；所述基础趾板(3)的上表面为斜坡面，斜坡面的倾斜方向为倾向冲沙闸方向；所述坎体(1)的纵轴线与河道水流方向的夹角小于45度，所述坎体(1)纵轴线与河道水流方向的夹角与水流速度的关系是：水流速度越低，则坎体(1)纵轴线与河道水流方向的夹角越小。

2.如权利要求1所述的重力式拦沙导沙结构，其特征在于：所述挑檐(2)设置在坎体(1)的顶部。

3.如权利要求1或2所述的重力式拦沙导沙结构，其特征在于：所述挑檐(2)朝向基础趾板(3)的下表面为倾斜状，下表面的倾斜方向为倾向迎水方向。