CN104727267B - 一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，包括主墙体和位于主墙体顶部并向外延伸的檐帽板，所述主墙体走向与水流方向形成夹角。本发明能有效地拦截推移质泥沙，水流可以在拦沙墙外侧形成螺旋流，启动并向下游输运淤积的推移质泥沙，防止了推移质洲头靠近拦沙墙。不用额外的排沙措施，经济高效。有效地解决了该低水头引水式电站的拦沙、排沙问题。

Description

一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙

技术领域

本发明属于水利水电灌溉、引水工程中拦沙排沙技术领域，具体涉及一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙。

背景技术

在水利灌溉、取水工程或者水力发电引水工程中，取水防沙问题往往决定工程的成败。长期以来，国外、国内相关专家对科学、可行、经济的挡沙、排沙措施开展了深入研究，比如人工弯道式、底格栅式、分层式等取水排沙设施，曲线型沉沙池等各类沉沙设施。

前苏联的科列斯尼科夫设计了进水闸底槛旁的螺旋流排沙廊道，利用切向进水形成立轴螺旋流引水排沙，具有较大的输沙能力，可边引水边排沙。但这类螺旋流的强度受水流流量大小的制约，如果沿程没有外加流量或弯道离心力的加强，螺旋流的旋转强度沿程有明显衰减，挟沙能力沿程降低。沙玉清和张开泉等提出了在引水渠道合适位置设置渠底螺旋流排沙管。排沙管可以垂直于水流运动方向，也可以成为某一交角。但渠底螺旋流排沙管处理的泥沙粒径，不能大于螺旋管开口宽度，对于粒径较大的推移质，排沙效果不好。新疆农业大学的周著教授通过多年试验研究和工程实践，得到一项即可排除推移质泥沙又可排除悬移质泥沙的全沙排沙技术。其工作原理是充分利用三维立轴型螺旋流的输沙特性。该技术可用于灌溉、引水式电站、工业及人畜饮水、水产养殖、挖泥船泥浆脱水以及筑堤淤地工程沙料粗化等诸多领域中的泥沙处理。但对于很多含沙量大的引水发电工程，如果采用这种螺旋流排沙技术，很难直接把大量推移质泥沙直接排到下游河道，利用洪水把它们冲走，需要修建超大规模的输沙装置，难以实现。

上述适用于不同类型建筑物中的螺旋流排沙技术，但都有一定的局限性，比如有的排沙螺旋流的强度受水流流量大小的制约，而且排沙能力沿程降低，有的排沙粒径受到限制，只能排粒径小的泥沙，有的很难大规模应用。

大量的模型试验和原型观测资料表明，水库泥沙在垂线方向上分布规律是自水面向河底先由小到大，在近河床区达到最大值，然后再由最大逐渐减小。因此在我国多沙河流上的闸坝工程中，常常在取水口区域外一定范围内设置拦沙墙，高于河底一定距离(高度结合取水流量和泥沙含量通过计算和试验确定)，希望引取的上层水所携带的泥沙含量大幅降低，粗颗粒比例也变小。但当来流携沙量大时，常常遇到下面两个突出的问题：(1)新建的拦沙墙拦沙效果较好，但运行一段时间后，推移质会逐渐淹没拦沙墙，引起拦沙墙拦沙效率降低，严重时会完全淹没拦沙墙，令其失去功用，大量泥沙就会进入取水口。要想保持推移质不淹没拦沙墙，需要经常的关闭取水口，打开冲沙闸敞泄拉沙，耗水量大。位于云南省的某水电站在2008年～2010年运行期间，由于首部枢纽取水口前布置的防沙冲沙措施未起到预设的效果，取水口前池、闸前库段泥沙淤积严重，即使在取水口闸前进行人工清淤也远不能保证正常取水发电。(2)即便通过敞泄拉沙，控制推移质和拦沙墙的距离，但仍有部分粗颗粒会被水流携带进入取水口，即拦沙效率有待改善。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，本发明施工成本低，能有效解决低水头引水式电站的拦沙排沙问题，减少使用人工排淤的成本，经济高效。

本发明提供的一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙包括主墙体和位于主墙体顶部并向外延伸的檐帽板，所述主墙体走向与水流方向形成夹角。

进一步的，所述主墙体位于取水口进口附近。

进一步的，所述主墙体与水流流向形成夹角为5°～30°。

进一步的，檐帽板向外伸展0.5m～2m，厚度为0.2m～0.4m。

进一步的，主墙体上下等宽，顶部檐帽板的横断面是矩形断面。

进一步的，主墙体上下等宽，顶部檐帽板的横断面采用向外侧逐渐变薄的断面。

进一步的，主墙体上窄下宽，顶部檐帽板的横断面是矩形断面。

进一步的，主墙体上窄下宽，顶部檐帽板的横断面采用向外侧逐渐变薄的断面。

进一步的，主墙体和檐帽板连接部位采用钢筋混凝土制作而成。

进一步的，主墙体采用常规混凝土制作而成。

本发明具有以下有益效果：

(1)向外侧延伸的檐帽板可以更有效地拦截推移质泥沙翻越拦沙墙。

(2)主墙体走向与上游来流方向成一夹角，再结合顶部的檐帽板，水流可以在拦沙墙外侧形成强烈螺旋流，启动并向下游输运淤积的推移质泥沙。可以防止推移质洲头靠近并淹没拦沙墙。

(3)充分利用螺旋流对推移质泥沙的启动和输运能力，不用额外的排沙措施(比如人工挖沙清淤)，经济高效。

(4)本发明结构简单，造价低廉，便于施工，能有效解决低水头引水式电站的拦沙排沙问题。

附图说明

图1所示为本发明复式拦沙墙结构及其拦沙排沙原理示意图；

图2所示为本发明复式拦沙墙主墙体走向与水流方向形成的夹角示意图；

图3所示为本发明复式拦沙墙的横断面示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

图1所示为本发明复式拦沙墙结构及其拦沙排沙原理示意图；

图2所示为本发明复式拦沙墙主墙体走向与水流方向形成的夹角示意图；

图3所示为本发明复式拦沙墙的横断面示意图。

如图1和图2所示，本发明提供的一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙包括主墙体1和位于主墙体1顶部并向外延伸的檐帽板2，所述主墙体1走向与水流方向形成夹角θ。

所述主墙体1一般修筑在取水口进口附近，把取水口和主河道分开，并把推移质泥沙3顺势导排至下游，其顶部檐帽板2高程高于河床，但受取水量和通过拦污栅水流流速的约束。在满足取水量和通过拦污栅水流流速要求的前提下，拦沙墙应尽可能高，以便阻挡上游携沙水流携带的粗颗粒泥沙，即推移质泥沙3进入取水口。

所述主墙体1走向在平面上可为曲线或直线，一般为曲线和直线的组合。该复式拦沙墙的长度与常规拦沙墙长度设置原则一致，需要围住取水口区域，上游起于河岸，下游与冲沙闸的闸墩连接。如图2所示，所述主墙体走向与水流流向形成夹角θ一般为5°～30°。具体的角度根据拦沙墙的高度、水流流速和携带的含沙量不同，通过水工泥沙模型试验确定。

主墙体1走向和水流方向呈一定的夹角θ，在顶部檐帽板2的联合作用下，会在拦沙墙的外侧形成强度高、轴线平行主墙体1并向下游延伸的螺旋流5。利用该螺旋流5启动、排走上游水流携带来的推移质泥沙3，同时，由于檐帽板2向外侧延伸一定距离，还可以拦截水流携带的部分细粒径推移质泥沙3，目的是保证拦沙墙外侧有一定范围的区域不被推移质泥沙3淤积，控制推移质洲头4。

所述主墙体1顶部设有向外延伸的檐帽板2，檐帽板2向外伸展0.5m～2m，厚度为0.2m～0.4m，长度与主墙体1长度匹配。伸展范围的具体尺寸由主墙体1的高度、水流流速和携带的含沙量确定，厚度满足拦沙墙稳定、结构安全即可。

如图3所示，本发明提供的复式拦沙墙的横断面有以下四种体型：

如图3中(a)所示，主墙体1上下等宽，顶部檐帽板2的横断面是矩形断面；

如图3中(b)所示，主墙体1上下等宽，顶部檐帽板2的横断面采用向外侧逐渐变薄的断面；

如图3中(c)所示，主墙体1上窄下宽，顶部檐帽板2的横断面是矩形断面；

如图3中(d)所示，主墙体1上窄下宽，顶部檐帽板2的横断面采用向外侧逐渐变薄的断面。

本发明提供的复式拦沙墙使用混凝土制作而成，顶部的檐帽板2和主墙体1连接部位可采用少量钢筋混凝土，主墙体1采用常规混凝土即可。

本发明能有效地拦截推移质泥沙，水流可以在拦沙墙外侧形成螺旋流，启动并向下游输运淤积的推移质泥沙，防止了推移质洲头靠近拦沙墙。不用额外的排沙措施，经济高效。有效地解决了该低水头引水式电站的拦沙、排沙问题。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (5)

1.一种能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，其特征在于，包括主墙体和位于所述主墙体顶部并向外延伸的檐帽板，所述主墙体修筑在取水口进口附近，把取水口和主河道分开，在满足取水量和通过拦污栅水流流速要求的前提下，拦沙墙应尽可能高，以便阻挡上游携沙水流携带的粗颗粒泥沙进入取水口，主墙体走向和水流方向成5°～30°的夹角θ，所述檐帽板向外伸展0.5m～2m，水流在主墙体与顶部檐帽板的联合作用下，在拦沙墙的外侧形成强度高、轴线平行主墙体并向下游延伸的螺旋流。

2.如权利要求1所述的能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，其特征在于，所述檐帽板厚度为0.2m～0.4m。

3.如权利要求1或2所述的能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，其特征在于，所述主墙体上下等宽，所述檐帽板的横断面是矩形断面。

4.如权利要求1或2所述的能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，其特征在于，所述檐帽板的横断面采用向外侧逐渐变薄的断面。

5.如权利要求1或2所述的能形成纵向螺旋流拦沙排沙的复式拦沙墙，其特征在于，所述主墙体和所述檐帽板连接部位采用钢筋混凝土制作而成。