CN108457237A - 一种清淤排沙坝系布置系统及其工作方法 - Google Patents

一种清淤排沙坝系布置系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一套用于清淤排沙的特殊坝体系统及布置方案，利用上游的调水调沙水库、透水堆石坎通过清淤排沙坝系的层层工作步骤，将很大一部分泥沙阻挡于透水堆石坎和分洪堰底部，再利用超声波测探仪或者压力传感器提高自动化水平和水库排沙可操作性,以实时排放泥沙。对于进入库区的泥沙，利用库底导沙管和分洪排沙隧道协同绕库排沙，起到清淤排沙坝系综合排沙的目的。

Description

一种清淤排沙坝系布置系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种清淤排沙坝系布置系统及其工作方法。
背景技术
修建在多沙河流上的水库，如果不采取措施将会产生严重的淤积现象，对工程效益和防洪功能的发挥有很大的影响。
发明内容
本发明公开了一套用于清淤排沙的特殊坝体系统及布置方案，利用上游的调水调沙水库、透水堆石坎通过清淤排沙坝系的层层工作步骤，将很大一部分泥沙阻挡于透水堆石坎和分洪堰底部，再利用超声波测探仪或者压力传感器提高自动化水平和水库排沙可操作性,以实时排放泥沙。对于进入库区的泥沙，利用库底导沙管和分洪排沙隧道协同绕库排沙，起到清淤排沙坝系综合排沙的目的。
附图说明：
图1为本发明整体示意图
图2为导沙管布置俯视图
图3为带泵T型输泥软管正视图
图4为横(纵)向管道示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
图中，清淤排沙坝系布置系统，包括下游的水库1，在水库1的上游设置调水调沙水库2，调水调沙水库2用于将来自上游水库、河床的杂质适时得到排放。
其中调水调沙水库2与下游水库1之间依次间隔的设置过滤装置3、分洪堰4，所述过滤装置3为透水堆石坎，透水堆石坎的材质选自石子、泥沙、岩石、沙子或任意两种以上材质的混合物，采用这些材料制作的过滤装置，其内部形成很多孔隙，这些孔隙用来过滤水流中的杂质。在修建透水堆石坎和分洪堰4的时候，除了考虑水流速度减缓是因为淤积还是泥沙的主要问题时，还要考虑到就地取材以节省投资。
过滤装置3过滤上游水库中水流里的杂质，杂质包括淤泥、沙子、泥沙、岩石、碎石、人工垃圾等等，根据粒径大小利用透水堆石坎对下流的水流进行第一次筛分，将水流中的大粒径的泥沙和碎石大部分过滤出来，本发明中的大粒径通常是体积超过15立方厘米的杂质。为防止透水堆石坎年久失效，同时希望过滤装置可以任意改变水头，用来提高过滤效果，在其顶部安装可以进行充气或者充水的橡胶构筑坎顶5，充气或者冲水后橡胶构筑坎顶的高度可以根据实际情况自行选择或更换。通过对橡胶构筑坎顶进行充气、排气或充水、排水来改变橡胶构筑坎顶的高度，从而起到改变过滤装置水头的效果。
在水库底床B的两侧分别铺设数根带泵输泥管，抽取底床淤积的杂质，过滤装置3的底部设置高压水击装置，高压水击装置进行高压射流，通过高压射流的压力冲击底床B，使底床B淤积的碎石、泥沙、杂质能够扬动、悬浮，悬浮的杂质通过带泵输泥管抽吸后排出；高压水击装置利于带泵输泥管抽吸杂质。优选带泵输泥管为带泵T型输沙软管，被排除的杂质通过带泵T型输沙软管排至库区河道两侧沟道或洼地进行淤填造地。
过滤装置3顶部与底床底部之间铺设数根纵向管道12，纵向管道12的顶部铺设数根横向管道13。纵向管道12可以将积累在过滤装置底部的杂质通过真空抽吸作用垂直吸出水面，然后在横向管道13的作用下，将杂质水平排向两侧岸边。
分洪堰4设置在水库之间常年回水段内，相当于第二道透水堆石坎，对经过过滤装置3的水流中的杂质继续过滤，分洪堰4相当于细筛的过程。其过滤的泥沙和碎石等杂质沉积在分洪堰4底部，可以通过分洪排沙隧道6绕库排沙。
将上游围堰工程即分洪堰4设置至水库常年回水段内，虽然使得分洪排沙隧道6建设长度加长，导沙管布置数量增多，其花费仅占水库建设花费的极小一部分，但可以提供水库的运营效率达15％至20％之多，从水库的长久运营考虑，其防淤产生的效益将更加巨大。
紧邻分洪堰4位置与下游水库坝体7之间、在底床B上分别设置隧道口，底床B下方挖制分洪排沙隧道6，隧道口之间通过分洪排沙隧道6连通。隧道口处安装压力传感器(或者超声波测探仪)和可控电动阀门，压力传感器与可控电动阀门电连接或信号连接，压力传感器控制可控电动阀门的开启，当淤泥和泥沙等杂质累积压力达到设定值的时候，隧道口的可控电动阀门自动打开，杂质被排出。
分洪排沙隧道6的深度、绕库距离的布置应考虑库区岩基具体情况。如果库区底部地质情况较差，则采用侧部绕库分洪排沙隧道，即在竖直方向上，隧道不通过库区底部。
分洪堰4与下游水库坝体7之间的底床上设置数个间隔排列的滞沙墩8，紧邻滞沙墩8位置处、在底床B上铺设设置数根导沙管9，导沙管9连通分洪排沙隧道6，在导沙管9的管口处设置压力传感器和可控电动阀门，当杂质累积压力到达设定值的时候，导沙管管口打开。
导沙管9的管口设置成漏斗形状，并且在管口处安装拦污网，拦污网控制流入导沙管污染物的大小和水流的流速。导沙管9数量根据最大进水的流量确定，管径根据材料特性、力学特性和水力特性确定以保证导沙管的耐久度；导沙管的排数布置及每排间距布置根据单排河宽、管径大小和单排管径间距确定；导沙管9的伸入深度直接由导沙管管口与分洪排沙隧道6之间的垂直距离确定。
上游和下游水库的坝体上沿着水流的方向分别设置异重流排沙孔10。下游水库的坝体上还设置预留导流洞11，导流洞11前设置闸门，用以调节水沙流量。结合底床的导沙管将水库内的宽浅、弯曲的淤积形态塑造成有利于异重流输移的库区顺直水库。
带泵T型输泥软管入口处、分洪排沙隧道入口处、导沙管入口处安装的超声波测探仪或者压力传感器可以在线监测泥沙淤积情况。
特别说明：在水库建设完毕或放淤完毕时，水库的库容是处于最优状态。根据库尾地形确定具体位置，在水库常年回水段内建设分洪堰，分洪堰的建设可以结合水库建设期的上游围堰工程，上游围堰底部的导流隧洞即可以改造成分洪排沙隧道，从而节省投资。
下面具体的描述其工作过程：
(1)首先在上游布置一座调水调沙水库，使下游水库和河床的淤泥、泥沙、碎石等杂质通过水流的冲击作用得到适时排放。
(2)水流流经透水堆石坎时，大粒径的泥沙、岩石等杂质经过过滤和筛分得以沉降于坎底，此处泥沙和淤泥极易淤积造成透水堆石坎的失效，从而在透水堆石坎顶部安置可以充气或者充水的橡胶构筑坎顶、底床上铺设带泵T型输泥软管，在透水堆石坎底设置高压水击装置，通过高压射流作用冲击底床，使底床淤积的碎石和泥沙扬动悬浮，利于带泵T型输泥软管抽吸排出。
导沙管道与分洪排沙隧道需要考虑到浑水在管道中输送中的不致淤积的溶度，泥沙在运动过程中，是否淤积与泥沙粒径、泥沙容重、含沙量、水流速度、导沙管径、分洪排沙隧道尺寸、输沙管径转弯半径角度等因素有关，设计正确才能保证整个系统的正常运行。管径偏大将会使得管中流速偏小，导致泥沙淤积；管径偏小将会导致不能满足正常的输水能力和排沙能力。
整个方案操作简单、安全可靠，非常适用于多沙河流水库修建，具有极强的推广应用价值和复制性。
以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (10)

1.一种清淤排沙坝系布置系统，包括下游的水库，其特征在于：在水库的上游设置调水调沙水库，其中调水调沙水库与下游水库之间依次间隔的设置过滤装置、分洪堰，其中过滤装置过滤水流中的杂质，过滤装置对杂质进行粗筛；
分洪堰设置在水库之间常年回水段内，分洪堰继续过滤水流中的杂质；
水库底床的两侧分别铺设数根带泵输泥管，带泵输泥管用于抽取底床淤积的杂质并排出；
紧邻分洪堰位置与下游水库坝体之间、在底床上分别设置隧道口，底床下方挖制分洪排沙隧道，隧道口之间通过分洪排沙隧道连通。
2.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：过滤装置顶部安装能够充气或者充水的橡胶构筑坎顶，通过对橡胶构筑坎顶进行充气、排气或充水、排水来改变橡胶构筑坎顶的高度，从而起到改变过滤装置的水头。
3.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：过滤装置的底部设置高压水击装置，高压水击装置进行高压射流，通过高压射流的压力冲击底床，使得底床的碎石破裂成细小泥沙或杂质，并且使底床淤积的碎石、泥沙、杂质能够扬动、悬浮，利于带泵输泥管抽吸杂质。
4.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：隧道口处安装压力传感器和可控电动阀门，压力传感器与可控电动阀门电连接或信号连接，压力传感器控制可控电动阀门的开启，当杂质累积压力达到设定值的时候，隧道口的可控电动阀门自动打开，杂质被排出。
5.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：所述过滤装置为透水堆石坎，所述透水堆石坎的材质选自石子、泥沙、沙子或任意两种以上材质的混合物。
6.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：分洪堰与下游水库坝体之间的底床上设置数个间隔排列的滞沙墩，紧邻滞沙墩位置处、在底床上铺设设置数根导沙管，导沙管连通分洪排沙隧道，在导沙管的管口处设置压力传感器和可控电动阀门，当杂质累积压力到达设定值的时候，导沙管管口打开。
7.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：导沙管的管口设置成漏斗形状，并且在管口处安装拦污网，控制流入导沙管污染物的大小和水流的流速。
8.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：上游和下游水库的坝体上设置异重流排沙孔。
9.根据权利要求1所述的清淤排沙坝系布置系统，其特征在于：下游水库的坝体上还设置预留导流洞，导流洞前设置闸门，用以调节水沙流量。
10.清淤排沙坝系的工作方法，其特征在于：
(1)首先在上游设置一座调水调沙水库；
(2)上游水库和下游水库之间的底床上设置过滤装置，过滤装置下方安装高压水击装置，过滤装置对上游水库流经的水流进行粗筛，水流中大粒径的杂质经过过滤和筛分得以沉降于过滤装置的底部；
(3)上游水库和下游水库底床的两侧分别铺设带泵输泥管，高压水击装置通过高压射流的作用来冲击底床，使底床淤积的杂质能够扬动悬浮，而带泵输泥管抽吸悬浮起来的碎石、泥沙、杂质后排出；
(4)被粗筛后的杂质透过或越过过滤装置之后到达分洪堰前部，分洪堰继续过滤水流中的杂质，被过滤后的杂质沉积在分洪堰底部，当杂质累积压力到达设定值的时候，分洪排沙隧道口的电动阀门就会自动打开，杂质通过分洪排沙隧道被排出；
(5)越过分洪堰的水继续进入下游水库，此时杂质随水流缓慢沉积至底床，杂质滞留在底床滞沙墩底部，当杂质累积压力到达设定值的时候，导沙管口的电动阀门就会自动打开，杂质随着导沙管流入分洪排沙隧道。
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