CN104895021A - 一种水库分层泄洪排沙装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水库分层泄洪排沙装置，包括纵向截面呈U型的坝体，该坝体包括两个相对设置的侧壁(6)以及连接两个侧壁(6)底部的连接段(4)，在靠近水库一侧的侧壁(6)上自上而下依次开设有三个泄洪口(7)，三个泄洪口(7)处分别设置有表层泄洪闸(1)、中层泄洪闸(2)和底层泄洪闸(3)；在远离水库一侧的侧壁(6)底部开设有底部出水口(13)，底部出水口(13)处设置有出水闸(5)；分层泄洪排沙装置通过泄洪口(7)与水库水体连通。采用本发明的泄洪排沙装置具有结构简单，能及时排出浑水，装置坚固耐用，可长期稳定可靠运行等特点。

Description

一种水库分层泄洪排沙装置
技术领域：
本发明属于水库淤积控制领域，涉及一种水库淤积泥沙排出装置，具体涉及一种基于浑水在水库内垂向分层流动规律的水库分层泄洪排沙装置。
背景技术：
世界上水越来越紧缺，水库正逐渐成为大多数城市的主要供水水源，但泥沙淤积几乎是每座水库面临的棘手问题。一方面，泥沙淤积会使水库的有效库容减少，世界水库库容每年平均损失45亿立方米，约为总库容的0.64％；而我国水库年淤积损失率为世界之最，高出世界平均值2～3倍，如长江三峡水库自开始蓄水至2010年底，干流库区共淤积泥沙4.67亿立方米。另一方面，泥沙还携带大量的污染物，直接污染水库水质。
水库中的泥沙80％以上是在汛期随入库水流进入水库的，尤其在我国西北地区。入库水流的流量和含沙量会因暴雨强度和时间而不同，入库水流的密度也因为含有大量泥沙而大于水库中原来水体的密度，入库水流的流量和密度的不同会使它在水库中以不同的形式运动，可能在水库的表层、中层或底层运动。如果不及时排除汛期含沙量高的入库水流，部分浑水就会流在大坝处返流到水库内部，逐渐导致浑水在整个水库内流动，水库水就会变浑浊、水质变差，使自来水厂水处理的难度和费用增加，影响饮用水安全；同时入库水流中的泥沙还会在水库中淤积，造成很大的水库库容损失，使水库的功能和安全受到严重影响。
汛期排沙是解决水库泥沙淤积的主要技术方法，目前涉及水库泄洪排沙装置都只在大坝旁边的底部设置一个泄洪口，但此种方式存在明显的不足，因浑水在水库水深方向是分层流动的，具体的流动位置与水库入流的流量和泥沙的含量有关。暴雨条件不同，引起入库水流的流量和密度不同，从而使得浑水在水库内会在表层、中层或底层流动，对应的专业术语分别叫表层流、间层流或潜流，而一个泄洪口使得水流携带的大量泥沙不能及时地排除入库，部分浑水就会流在大坝处返流到水库内部，逐渐导致浑水在整个水库内流动，造成泥沙在水库内不断淤积。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有泄洪排沙装置的不足，提供了一种基于浑水在水库内垂向分层流动规律的水库分层泄洪排沙装置。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种水库分层泄洪排沙装置，包括纵向截面呈U型的坝体，该坝体包括两个相对设置的侧壁以及连接两个侧壁底部的连接段，在靠近水库一侧的侧壁上自上而下依次开设有三个泄洪口，三个自上而下设置的泄洪口处分别设置有表层泄洪闸、中层泄洪闸和底层泄洪闸；在远离水库一侧的侧壁底部开设有底部出水口，底部出水口处设置有出水闸。
本发明进一步的改进在于，三个泄洪口和底层出水口外侧分别安装有表层泄洪闸滑槽、中层泄洪闸滑槽、底层泄洪闸滑槽和出水闸滑槽。
本发明进一步的改进在于，表层泄洪闸滑槽、中层泄洪闸滑槽、底层泄洪闸滑槽和出水闸滑槽的顶端均焊接钢制牛耳，牛耳通过钢丝绳与设置在坝体顶端的卷扬机相连。
本发明进一步的改进在于，表层泄洪闸滑槽、中层泄洪闸滑槽、底层泄洪闸滑槽和出水闸滑槽均采用钢材制成。
本发明进一步的改进在于，坝体采用钢筋混凝土制成。
本发明进一步的改进在于，分层泄洪排沙装置通过泄洪口与水库水体连通。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明巧妙地将分层泄洪排沙装置的泄洪口设置在水库的表层、中层、底层位置，根据浑水的存在区域，就近开启泄洪口，及时排除浑水、避免浑水中的泥沙在水库内的淤积。
2、让分层泄洪排沙装置通过泄洪口与水库水体连通，汛期泄洪时开启出水闸，让含有泥沙的浑水从就近的泄洪口进入装置，以淹没水流的形式流出装置至水库外部，有效避免了下泄水流对装置底部的巨大冲击，使装置长期稳定可靠地运行。
3、进一步的，分层泄洪排沙装置整体采用钢筋混凝土制作，泄洪闸和出水闸及其支持滑槽均采用钢制，坚固耐用。
4、进一步的，闸门采用钢丝绳与卷扬机相连，开启和关闭闸门方便、灵活。
附图说明：
图1为本发明正立面图；
图2为本发明左侧面图；
图3为本发明右侧面图；
图4为不同入流条件下模型水库出水口处最大浊度所在位置图；
图5为汛期水库内浑水流动及分层泄洪排沙装置示意图。
其中：1、表层泄洪闸；2、中层泄洪闸；3、底层泄洪闸；4、连接段；5、出水闸；6、侧壁；7、泄洪口；8、钢丝绳；9、表层泄洪闸滑槽；10、中层泄洪闸滑槽；11、底层泄洪闸滑槽；12、出水闸滑槽；13、底部出水口。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明一种水库分层泄洪排沙装置，其核心思想是根据汛期水库的典型水位，在浑水可能存在的表层、中层、底层三个典型水深处设置三个泄洪闸，并将三个分层泄洪闸合理组装于一套装置内，根据实测的浑水区域，确定不同暴雨条件下需要开启的分层泄洪闸，以及时排除浑水，同时，为了减小泄洪时水流对分层泄洪装置侧壁和底部的冲击力，确定采用保持分层泄洪装置与水库水体连通的工作方式。
参照图1至图3，本发明是基于浑水在水库内垂向分层流动规律的泄洪排沙方法，拟通过基于浑水在水库内垂向分层流动规律的水库分层泄洪排沙装置详细说明。包括表层泄洪闸1、中层泄洪闸2、底层泄洪闸3、连接段4、出水闸5、侧壁6、泄洪口7；其中，表层泄洪闸1、中层泄洪闸2、底层泄洪闸3自上而下设置在三个泄洪口7上，出水闸5设在靠近水库出水方向的一侧底部出水口13处，底部4与侧壁6采用钢筋混凝土制成，表层泄洪闸1、中层泄洪闸2、底层泄洪闸3、出水闸5分别设置有配套的表层泄洪闸滑槽9、中层泄洪闸滑槽10、底层泄洪闸滑槽11和出水闸滑槽12，每个泄洪闸通过顶端的牛耳和钢丝绳8与设置在坝体顶端的卷扬机相连。
为了对本发明一种水库分层泄洪排沙装置进一步了解，现对其工作原理做进一步详细说明。
如图4所示，流量不变时，随着浓度的增加(1.25g/L～7.5g/L)，模型水库出水口处水体的最大浊度所在位置从表层开始向下移动，即最大浊度分布范围越来越靠近池底；浓度不变时，随着流量的增加(0.08m3/h～0.64m3/h)，模型水库出水口处水体的最大浊度所在位置的变化规律也与不同浓度条件下的类似。即入库水流的流量和浓度的不同会使泥沙在水库中以不同的形式运动，其可能在水库的表层、中层或底层运动。
如图5所示，首先，结合具体水库和入库水流情况计算确定分层泄洪排沙装置的具体尺寸和三个泄洪口位置，将设有三个分层泄洪闸和一个出水闸的分层泄洪排沙装置放于水库底部泄洪闸之前，水库底部泄洪闸即为分层泄洪排沙装置的出水闸，三个分层泄洪闸分别位于水库表层、中层、底层的三个典型水深处。非汛期时，分层泄洪排沙装置的底层泄洪闸和出水闸分别处于开始和关闭状态，装置与水库水体相互连通，装置内水位与水库内水库齐平；汛期泄洪开始时，通过在线水质监测仪表的水质监测结果，就近开启分层泄洪排沙装置的分层泄洪闸，同时关闭其底部泄洪闸，然后缓慢开启分层泄洪排沙装置的出水闸，水库内的浑水及时通过开启的分层泄洪口进入分层泄洪排沙装置，再由上而下经过底部出水口进入水库泄洪洞而排出水库，从而有效的泄洪排沙，避免浑水中的泥沙在水库内部淤积；汛期泄洪结束时，关闭已开启的泄洪闸，重新开启分层泄洪排沙装置的底部泄洪闸，同时关闭出水闸，使其恢复至非汛期的工作状态。
本发明可根据水库具体情况确定装置大小，根据水库入库水流情况确定泄洪口位置，配备不同卷扬机和在线水质监测仪表。本发明所说的基于浑水在水库内垂向分层流动规律的水库分层泄洪排沙装置，具有结构简单，坚固耐用，操作方便等特点。
尽管上面结合附图对本发明的优选操作进行了描述，但上述的具体实施方式仅仅是示意性的，本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多实施形式，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，包括纵向截面呈U型的坝体，该坝体包括两个相对设置的侧壁(6)以及连接两个侧壁(6)底部的连接段(4)，在靠近水库一侧的侧壁(6)上自上而下依次开设有三个泄洪口(7)，三个自上而下设置的泄洪口(7)处分别设置有表层泄洪闸(1)、中层泄洪闸(2)和底层泄洪闸(3)；在远离水库一侧的侧壁(6)底部开设有底部出水口(13)，底部出水口(13)处设置有出水闸(5)。
2.根据权利要求1所述的一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，三个泄洪口(7)和底层出水口(13)外侧分别安装有表层泄洪闸滑槽(9)、中层泄洪闸滑槽(10)、底层泄洪闸滑槽(11)和出水闸滑槽(12)。
3.根据权利要求2所述的一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，表层泄洪闸滑槽(9)、中层泄洪闸滑槽(10)、底层泄洪闸滑槽(11)和出水闸滑槽(12)的顶端均焊接钢制牛耳，牛耳通过钢丝绳(8)与设置在坝体顶端的卷扬机相连。
4.根据权利要求2所述的一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，表层泄洪闸滑槽(9)、中层泄洪闸滑槽(10)、底层泄洪闸滑槽(11)和出水闸滑槽(12)均采用钢材制成。
5.根据权利要求1所述的一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，坝体采用钢筋混凝土制成。
6.根据权利要求1所述的一种水库分层泄洪排沙装置，其特征在于，该水库分层泄洪排沙装置通过泄洪口(7)与水库水体连通。
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