CN105839586B - 一种水库减淤清淤设施及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水库减淤清淤设施及其运行方法，属于水利工程技术领域。该设施布设在水库回水区，其主体是平面呈V形的堰体，或由单体V形堰组合成W形或折线形的复合堰。堰体顶面高于水库最高设计水位，尖角朝向水坝，开口二端与河道两岸相接。尖角底部设置排沙孔，连接排沙管道与水坝的排沙底孔连通。堰体两侧底部设置排水孔连接编织软管。浑水期V形堰蓄水，泥沙沉降最充分的表层水流漫过堰顶进入水库，粗泥沙淤积在V形堰内，下层水流挟带推移质和悬移质汇集到排沙孔，经排沙管道从水坝排沙底孔排出水库。清水期开启排沙孔引导水流冲刷V形堰内淤积泥沙，经排沙管道排出水库：开启排水孔冲刷水库的淤积泥沙排出水库。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域。
背景技术
水利工程利用自然异重流将入库浑水挟带的泥沙直接排出水库，达到为水库减淤的目的。但自然异重流形成时间、含沙量等条件不可控，技术应用和减淤效果受到限制。传统水力清淤利用天然水流冲刷水库淤积的泥沙，难以对冲刷水流实施有效控制，水资源利用率和清淤效率很低。
发明内容
为克服利用天然异重流为水库减淤和传统水力清淤存在的问题，本发明提出一种水库减淤清淤设施及其运行方法。减淤清淤设施布设在水库水位最高时的回水区，基本结构单元是平面呈V形的堰体，回水区水面较窄的水库采用单体V形堰，回水区水面较宽的水库采用V形堰组合的W形或折线形复合堰。堰体尖角朝向水坝，开口二端分别与河道两岸相接。堰体顶面高于水库最高设计水位，顶面以上安装工作桥和水闸操作平台。V形堰尖角角度在90°左右，尖角底部设置一个排沙孔，排沙孔入口设闸门启闭，出口连接排沙管道，排沙管道另一端与水坝的排沙底孔连通。V形堰二侧堰体底部各设置几个排水孔。排水孔入口设闸门启闭，出口连接一段编织软管，编织软管出口连接喇叭口形喷嘴。
利用减淤清淤设施实施水库减淤在浑水期运行。方法是利用V形堰蓄水提高水位，加大水深，减缓流速，降低水流挟沙能力，泥沙沉降。部分推移质淤积在V形堰内，部分悬移质转变为推移质。悬移质沉降最充分的表层水流漫过堰顶，从工作桥和水闸操作平台下流入水库。根据排沙量的需要，选择排沙孔闸门开启或与其邻近的排水孔闸门同时开启。下层水流受V形堰约束和引导挟带泥沙向尖角区汇集，从排沙孔和相邻的排水孔排出。临近尖角区域后水流速转而加快，挟沙能力加大，形成泥沙不淤区。从排沙孔排出的浑水进入排沙管道，从水坝排沙底孔排出水库。从排水孔排出的浑水通过编织软管潜入水库水底，形成人工异重流流向水坝排沙底孔排出水库，达到为水库减淤的目的。
利用水库减淤清淤设施实施清淤在清水期运行，包括V形堰清淤和水库清淤。
V形堰清淤在清水期径流量适当时开启排沙孔闸门，水流冲刷堰内淤积的泥沙，由清水转变为浑水，受V形堰约束和引导向排沙孔汇集，进入排沙管道从水坝排沙底孔排出水库。V形堰内淤积泥沙受水流冲刷，淤积表面下降，淤积前坡向上游退缩，邻近尖角的泥沙不淤区向上游扩展，直至全面清除淤积泥沙，达到为V形堰清淤的目的。
水库清淤在清水期V形堰清淤完毕和水库放空蓄水后实施。方法是关闭排沙孔和排水孔闸门为V形堰蓄满水，在保持蓄水水面接近堰体顶面、蓄积势能最大、来水量与排水量平衡的条件下，开启几个排水孔闸门，调整编织软管长度、出口位置和水流喷射方向，冲刷水库淤积的泥沙形成浑水，从水坝排沙底孔排出水库，达到为水库清淤的目的。
本发明的优点是通过布设水库减淤清淤设施，在浑水期进一步提高浑水含沙量，通过排沙管道和人工异重流直接排出水库，提高减淤效果。在清水期通过调整排沙孔和排水孔启闭方式对V形堰和水库实施清淤，充分利用V形堰蓄水及其蓄积的天然能量，提高清淤水资源利用率和清淤效果。
具体实施方式
水库回水区随水库蓄水水面高低沿入口河道变动。减淤清淤设施布设于水库水位最高时的回水区，蓄水水面总是高于水库水面，形成位差，蓄积势能。其上游属于河道，下游属于水库。减淤清淤设施的基本结构单元是平面呈V形的堰体。回水区水面较窄的水库采用单体V形堰，回水区水面较宽的水库采用V形堰组合的W形或折线形复合堰，尖角朝向水坝，开口二端与河道两岸相接，堰体顶面以上安装工作桥和闸门操作平台供运行操作使用。V形堰尖角角度在90°左右，尖角底部设一个排沙孔，主要功能是在浑水期为水库排沙减淤，在清水期为V形堰排沙清淤。V形堰二侧堰体底部分别布设排水孔，每侧在5个左右，口径在300-500毫米，间距在10-15米为宜。主要功能是在清水期为水库冲沙清淤，在浑水期辅助排沙孔排沙减淤。排沙孔和排水孔入口设闸门启闭，出口均朝向水坝。
排沙孔是排除V形堰汇集浑水泥沙和清淤泥沙的通道，V形堰内的浑水从排沙孔直接排入水库，可在水库清水之下沿库底向水坝排沙底孔运动而形成异重流，但异重流与水库库底和清水发生界面掺混，流速减缓，挟沙能力降低，部分悬移质会转变为推移质，部分推移质会沉积在库底，从而降低减淤效果。在清水期V形堰清淤时也会有部分清淤泥沙淤积在水库内。为此，本发明提出在排沙孔出口和水坝排沙底孔之间连通排沙管道，浑水进入管道输送，可保持流速和挟沙能力直接排出水库。排沙管道沿库底铺设，口径与排沙孔出口相同。更适合回水区与水坝较近的众多平原型水库。
排水孔的主要功能是在清水期为水库清淤，也可在浑水期排沙孔排量不足时辅助排沙孔排沙减淤。由于各排水孔在V型堰二侧平行出流，不能全面覆盖水库清淤区域。在浑水期辅助排沙孔排出浑水时，会在库底形成几条分散的异重流，与库底和清水形成较大的掺混界面。为此，本发明提出在排水孔的出口连接一段如消防水龙带的编织软管，编织软管可以任意加长和缩短，出口位置和水流喷射方向可以任意调整。编织软管出口连接喇叭口形的喷嘴可提高出流流速，产生喷射作用。
水库来水在上游不同气象条件下的径流量和挟沙量相差悬殊。在上游出现较强降水，尤其在发生洪水时，水库来水径流量和挟沙量很大，本发明称为浑水期。浑水期以外径流量变小，含沙量降低，水流变得清澈，本发明称为清水期。减淤清淤设施采用浑水期运行方法为水库减淤，采用清水期运行方法为V形堰和水库清淤。
水库减淤清淤设施在浑水期的一般情况下运行时，只开启V形堰排沙孔闸门。在洪水条件下排沙孔排量不足时，同时开启与其相邻的几个排水孔闸门。上游来水受V形堰阻挡，水面升高，水深加大，流速减缓，挟沙能力降低，泥沙开始沉降。部分悬移质转变为推移质，较粗颗粒的泥沙在V形堰内形成淤积，淤积形态类似三角洲淤积。三角洲前坡逐步向尖角推进，部分排水孔被淤积泥沙掩埋。V形堰蓄水水面超过堰体顶面时，泥沙沉降最充分的表层水流漫过堰顶，从工作桥和闸门操作平台下流入水库。受V形堰二侧堰体约束和引导，悬移质和推移质随下层水流向尖角区汇集。趋近开启的排沙孔和排水孔时，水流从减速转而进入加速，水流挟沙能力提高，泥沙不再淤积，在临近尖角的区段形成泥沙不淤区。V形堰蓄积的势能释放，转变为水流动能，排沙孔和排水孔水流速、挟沙能力和含沙量呈现最大化。排沙孔排出的高含沙浑水进入排沙管道，输送到水坝的排沙底孔排出水库。排水孔排出的高含沙浑水进入编织软管，喷射潜入水库水底形成异重流，流向水坝排沙底孔排出水库。预先将V形堰同一侧的编织软管出口集中到一处，可合并异重流，减小异重流与水库库底和清水的掺混界面。
本发明所述清水与浑水，清水期与浑水期不能划分明显界限。即使在清水期，水流仍不同程度的含有细微泥沙，在不实施V形堰清淤和水库清淤时，应关闭排水孔和排水孔闸门为V形堰蓄水，使尽可能多的泥沙暂时沉降淤积在V形堰内，而使泥沙充分沉降的表层水流漫过堰顶进入水库，达到在清水期为水库减淤的目的。
水库在布设减淤清淤设施后，浑水期大部分推移质和悬移质直接排出水库，颗粒较粗的泥沙则淤积在V形堰内，水库淤积大大减轻，水库清淤较少需要实施。而V形堰清淤则根据需要利用适当的清水径流随时实施。
V形堰清淤利用清水期水流冲刷淤积泥沙，水深较大时水量消耗增加，冲刷效果反而变差。因此V形堰清淤选择在清水期径流量适当时实施。开启或部分开启排沙孔闸门，控制清淤用水量，V型堰内淤积的泥沙受水流冲刷转变为悬移质和推移质，水流由清水转变为浑水，从排沙孔进入排沙管道，从水坝排沙底孔排出水库。V形堰内三角洲淤积表面逐渐降低，淤积前坡向上游逐渐退缩，不淤区向上游扩展，被淤积泥沙掩埋的排水孔逐个冲刷出来。达到为V形堰清淤的目的。
水库清淤在清水期V形堰清淤完成并且放空水库蓄水后进行。运行方法是关闭排沙孔和排水孔为V形堰蓄满水，在保持蓄水水面接近堰顶、蓄积势能最大、来水量与排水水量保持平衡的条件下开启适当数量的排水孔闸门，并变换排水孔闸门启闭顺序，V形堰蓄水势能释放，转变为水流动能进入编织软管，从喇叭口形喷嘴喷射而出，冲刷库底淤积的泥沙，由清水转变为浑水从水坝排沙底孔排出水库。将V形堰同一侧的编织软管出口合并到一处，可以集中冲刷水量和冲刷能量。调整编织软管长度、出口位置和喷射方向，可全面覆盖清淤区域，达到为水库清淤的目的。
Claims (4)
1.一种水库减淤清淤设施，其特征是布设在水库水位最高时的回水区，基本结构单元是平面呈V形的堰体；回水区水面较窄的水库采用单体V形堰，回水区水面较宽的水库采用V形堰组合的W形或折线形复合堰；堰体尖角朝向水坝，开口二端与河道两岸相接；堰体顶面高于水库最高设计水位，顶面以上安装工作桥和水闸操作平台；V形堰尖角角度在90°左右，尖角底部设置一个排沙孔，排沙孔入口设闸门启闭，出口连接排沙管道，排沙管道另一端与水坝的排沙底孔连通；V形堰二侧堰体底部各设置几个排水孔，排水孔入口设闸门启闭，出口连接一段编织软管，编织软管出口连接喇叭口形喷嘴。
2.一种利用权利要求1所述水库减淤清淤设施实施减淤的运行方法，其特征是水库减淤在浑水期运行，利用V形堰蓄水提高水位，加大水深，减缓水流速，降低水流挟沙能力；泥沙沉降，部分悬移质转变为推移质，部分推移质淤积在V形堰内，悬移质沉降最充分的表层水流漫过堰顶，从工作桥和水闸操作平台下流入水库；排沙孔闸门开启或与其邻近的排水孔闸门同时开启，下层水流受V形堰约束和引导挟带泥沙向尖角区域汇集，从排沙孔和相邻排水孔排出；水流临近尖角区域后流速转而加快，挟沙能力加大，形成泥沙不淤区；从排沙孔排出的浑水进入排沙管道，从水坝排沙底孔排出水库；从排水孔排出的浑水通过编织软管潜入水库水底，形成人工异重流流向水坝排沙底孔排出水库，达到为水库减淤的目的。
3.一种利用权利要求1所述水库减淤清淤设施实施V形堰清淤的运行方法，其特征是V形堰在清水期径流量适当时开启排沙孔闸门，水流冲刷堰内淤积的泥沙，由清水转变为浑水，受V形堰约束和引导向排沙孔汇集，挟带清淤泥沙进入排沙管道，从水坝排沙底孔排出水库，V形堰内淤积表面下降，淤积前坡向上游退缩，邻近尖角的泥沙不淤区向上游扩展，直至全面清除淤积泥沙，达到为V形堰清淤的目的。
4.一种利用权利要求1所述水库减淤清淤设施实施水库清淤的运行方法，其特征是在清水期V形堰清淤完毕和水库放空蓄水后关闭排沙孔和排水孔闸门为V形堰蓄满水，在保持蓄水水面接近堰体顶面，来水量与排水量平衡的条件下，开启几个排水孔闸门，调整编织软管长度、出口位置和水流喷射方向，冲刷水库淤积的泥沙形成浑水，从水坝排沙底孔排出水库，达到为水库清淤的目的。
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