CN109914357B - 一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法，属于水利枢纽工程防护技术领域。本发明所设置的排沙孔包括高位排沙孔和低位排沙孔；并限定了高位排沙孔和低位排沙孔的高程；汛期前利用高位排沙孔降低坝前淤积面高程，汛期利用低位排沙孔可有效冲刷库区，快速降低坝前淤积高程，增大水库有效库容；坝身设置低位排沙孔，若遇丰水年份，打开低位排沙孔，可增加水库低水位的排沙能力，恢复淤积的槽库容，并可使部分拦沙库容重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及水利枢纽工程防护技术领域，尤其涉及一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法。
背景技术
高含沙河流中，水流含沙量高、来沙量大，平均含沙量100kg/m3以上，水库泥沙问题非常复杂，考虑水库运行中泥沙的淤积，这类水库一般会设置拦沙库容。水库运用分为拦沙期和正常运用期。拦沙期水库上游的大部分来沙会淤积在库内，少部分来沙随着洪水的下泄排泄至下游河道。拦沙库容淤满后，水库进入正常运用期，库区泥沙淤积将处于“高滩深槽”和“高滩高槽”之间的动态平衡状态。遇到大沙年份，槽库容经常被泥沙淤积，存在槽库容被淤满甚至侵占防洪库容的可能性，严重时会危及工程的安全运用。因此，高含沙河流要充分考虑工程的排沙能力。
根据大量已建工程运用的经验，在高含沙河流上，只要泄水建筑物不过水或过水能力很小，进口就有淤堵的风险。泄水建筑物的进口淤沙达到一定的高度，淤沙使闸门的启闭力增大，容易造成闸门或启闭设施的破坏，影响水库的正常调度运用。如果闸门被淤堵不能及时打开，在汛期洪水来临时就会威胁大坝的安全。因此，如何增大水库的有效库容，减小淤沙对水库的淤堵，是大坝防御的研究热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法。采用本发明的方法设置高位排沙孔和低位排沙孔，能够降低汛期前和汛期坝体的淤积高程，增大水库有效库容。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法，所述排沙孔包括高位排沙孔和低位排沙孔；
所述低位排沙孔的高程通过式I得到：
A＝H死水位-Hz-h/2 式I；
式I中：A为所述低位排沙孔的高程，H死水位为死水位高程，h为所述低位排沙孔出口处孔道高度，Hz为自由出流时低位排沙孔口中心处的作用水头；
所述Hz通过式II得到：
式II中：μ为流量系数，g为9.8N/kg，Q为泄流能力，Ak为低位排沙孔出口处孔道横截面面积；
所述高位排沙孔的高程通过式III得到：
D＝A+B+C 式III；
式III中：D为所述高位排沙孔的高程，A为所述低位排沙孔的高程，B为孔前允许淤沙高度，所述孔前允许淤沙高度为15～30m，C为孔前冲刷深度，所述孔前冲刷深度为2～3m；
根据所述低位排沙孔高程和高位排沙孔高程在坝身上设置排沙孔。
优选地，所述低位排沙孔和高位排沙孔的孔道横截面形状独立地为圆形、正方形或长方形。
优选地，所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道横截面形状相同。
优选地，所述高位排沙孔和低位排沙孔处于同一个坝段，位于坝体中部。
优选地，所述低位排沙孔和高位排沙孔的孔道平行，所述低位排沙孔位于高位排沙孔的正下方。
优选地，所述高位排沙孔与低位排沙孔的孔道在后部连通，共用一个出口。
优选地，所述高位排沙孔和低位排沙孔共用的孔道出口处布置有启闭装置。
优选地，所述启闭装置包括工作门。
本发明提供了一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法，所述排沙孔包括高位排沙孔和低位排沙孔；并限定了高位排沙孔和低位排沙孔的高程；汛期前利用高位排沙孔降低坝前淤积面高程，汛期利用低位排沙孔可有效冲刷库区，快速降低坝前淤积高程，增大水库有效库容；坝身设置低位排沙孔，若遇丰水年份，打开低位排沙孔，可增加水库低水位的排沙能力，恢复淤积的槽库容，并可使部分拦沙库容重复利用。
进一步地，高位排沙孔与低位排沙孔布置在一个坝段，位于坝体中部，可最有效地排出库区泥沙；同时，低位排沙孔布置在高位排沙孔的正下方，可充分发挥高位排沙孔对低位排沙孔的保护作用；另外，高位排沙孔与低位排沙孔的孔道在后部连通，共用一个出口，仅需布置一套启闭装置，节省工程投资。
附图说明
图1为实施例1高含沙河流坝身设置排沙孔的结构示意图；其中1为高位排沙孔，2为低位排沙孔，3为只有高位排沙孔时库区的淤积高度线，4为设置双排沙孔时库区的淤积高度线，5为启闭装置。
具体实施方式
本发明提供了一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法，所述排沙孔包括高位排沙孔和低位排沙孔。
在本发明中，所述低位排沙孔的高程通过式I得到：
A＝H死水位-Hz-h/2 式I。
在本发明中，所述式I中A为所述低位排沙孔高程。在本发明中，所述式I中H死水位为死水位高程；本发明对死水位高程的获得没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的获取方式即可。
在本发明中，所述式I中h为所述低位排沙孔出口处孔道高度。在本发明中，所述低位排沙孔出口处孔道高度是指低位排沙孔出口处孔道最高点到最低点之间的距离。
在本发明中，所述式I中Hz为自由出流时低位排沙孔口中心处的作用水头。在本发明中，所述自由出流时低位排沙孔口中心处的作用水头通过式II得到：
在本发明中，所述式II中μ为流量系数；所述流量系数优选为0.75～0.9，进一步优选为0.82～0.88，更优选为0.85。在本发明中，所述式II中g为9.8N/kg。在本发明中，所述式II中Q为泄流能力；对于普通河流来说，所述泄洪能力优选为普通河道2～3年一遇的洪峰流量；对于多沙河流来说，所述泄洪能力优选为多沙河道3～5年一遇的洪峰流量。
在本发明中，所述式II中Ak为所述低位排沙孔出口处孔道横截面的面积。在本发明中，所述低位排沙孔出口处孔道横截面优选独立地为圆形、长方形或正方形。在本发明中，当所述低位排沙孔出口处横截面为圆形时，所述圆形的半径优选为2m～5m，进一步优选为2.5m～3m；当所述低位排沙孔出口处孔道横截面为正方形时，所述正方形的边长优选为3m～10m，进一步优选为4m～6m；当所述低位排沙孔出口处孔道横截面为长方形时，所述长方形的高度优选为3m～10m，进一步优选为4m～6m；所述长方形的宽度优选为3m～10m，进一步优选为4m～6m。
在本发明中，所述高位排沙孔出口处孔道横截面形状和尺寸优选与低位排沙孔出口处孔道横截面形状和尺寸相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔进口处孔道横截面形状分别与所述高位排沙孔和低位排沙孔出口处孔道横截面形状相同。在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔进口处孔道横截面尺寸优选大于所述高位排沙孔和低位排沙孔出口处孔道横截面尺寸，对于两者尺寸相差的程度没有特殊的限定，本领域技术人员根据孔道流线进行设置即可。
在本发明中，所述高位排沙孔的高程通过式III得到：
D＝A+B+C 式III。
在本发明中，所述式III中D为所述高位排沙孔的高程；所述式III中A为所述低位排沙孔的高程。在本发明中，所述式III中B为孔前允许淤沙高度，所述孔前允许淤沙高度为15～30m，优选为20～25m。在本发明中，所述式III中C为孔前冲刷深度，所述孔前冲刷深度为2～3m。
得到低位排沙孔高程和高位排沙孔高程后，依据所得数据在坝身上设置排沙孔。
在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔进口处优选设置闸门；所述低位排沙孔的闸门优选设置在紧邻上游坝面；所述高位排沙孔的闸门优选设置在低位排沙孔的闸门下游侧。
在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔优选处于同一个坝段，位于坝体中部；能够最大效率地排出库区泥沙。在本发明中，所述低位排沙孔和高位排沙孔的孔道优选平行，所述低位排沙孔优选位于高位排沙孔的正下方，可充分发挥高位排沙孔对低位排沙孔的保护作用。
在本发明中，所述高位排沙孔与低位排沙孔的孔道在后部连通，共用一个出口。在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道优选在低位排沙孔的孔道后部汇合。本发明对所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道汇合位置没有特殊的限定，只要满足孔道汇合流线即可；所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道汇合位置优选为距离所述低位排沙孔进口M处；所述M为低位排沙孔所处坝体宽度的1/3～1/2。在本发明中，所述高位排沙孔和低位排沙孔共用的出口处优选布置相应的启闭装置。在本发明中，所述启闭装置优选包括工作门。在本发明中，高位排沙孔和低位排沙孔共用一个出口，节省工程投资。
下面结合实施例对本发明提供的高含沙河流上坝身双排孔的设置方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以泾河高含沙河流上坝身为研究对象，在坝身上设置排沙孔的方法包括：
(1)获取低位排沙孔高程A
根据公式
求得Hz，其中μ为流量系数0.78；Ak为低位排沙出口处孔道横截面积为143m2(所述低位排沙孔出口处孔道横截面为矩形，所述矩形的宽度为5.5m，高度为6.5m设置孔数为4孔)；所述Q为该多沙河流5年一遇的洪峰流量3300m3；
得到自由出流时低位排沙孔口中心处的作用水头Hz为44.75m；
根据A＝H死水位-Hz-h/2(式I)求取低位排沙孔高程；其中，H死水位为756m；h为低位排沙孔出口处孔道高度即低位排沙孔出口处矩形横截面的高度6.5m；
得到低排沙孔高程A为708m；
(2)获取高位排沙孔的高程D：
D＝A+B+C；A为低位排沙孔高程；B为排沙孔前允许淤沙高度，取值15m；所述C为高位排沙孔前冲刷深度，取值为3m；
进而得到高位排沙孔的高程D为726m；
根据得到的低位排沙孔高程和高位排沙孔高程在坝身上设置排沙孔。
本实施例的排沙孔的设置示意图如图1所示；其中，1为高位排沙孔；2为低位排沙孔；3为只有高位排沙孔时库区的淤积高度线；4为设置双排沙孔时库区的淤积高度线；5为启闭装置；另外，所述高位排沙孔和低位排沙孔处于同一个坝段，位于坝体中部；所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道平行，所述低位排沙孔位于高位排沙孔的正下方；所述高位排沙孔和低位排沙孔横截面相同；所述高位排沙孔与低位排沙孔的孔道在低位排沙孔进口处后部45m连通，共用一个出口；在出口处优选布置一套工作门。
在坝身上设置双排排沙孔，能够有效降低淤沙淤堵的高度；如果只有一排高位排沙孔，库区的淤积高度就是图1中3所处的高度；增设一排低位排沙孔后，库区的淤积高度就是图1中4所处的高度，这样库区就多出来两条线之间的有效库容；有效降低了库区的淤沙淤堵高度，降低了坝体的淤堵风险。
在本发明中，在多泥沙河流上，坝身设置双层排沙孔的目的是充分利用河道的有限宽度、利用有限的水资源、最大限度的排出库区的泥沙，增大库区的有效库容。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高含沙河流坝身排沙孔的设置方法，其特征在于，所述排沙孔包括高位排沙孔和低位排沙孔；
所述低位排沙孔的高程通过式I得到：
A＝H死水位-Hz-h/2 式I；
式I中：A为所述低位排沙孔的高程，H死水位为死水位高程，h为所述低位排沙孔出口处孔道高度，Hz为自由出流时低位排沙孔口中心处的作用水头；
所述Hz通过式Ⅱ得到：
式II中：μ为流量系数，g为9.8N/kg，Q为泄流能力，Ak为低位排沙孔出口处孔道横截面面积；
所述高位排沙孔的高程通过式III得到：
D＝A+B+C 式III；
式III中：D为所述高位排沙孔的高程，A为所述低位排沙孔的高程，B为孔前允许淤沙高度，所述孔前允许淤沙高度为15～30m，C为孔前冲刷深度，所述孔前冲刷深度为2～3m；
根据所述低位排沙孔高程和高位排沙孔高程在坝身上设置排沙孔。
2.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述低位排沙孔和高位排沙孔的孔道横截面形状独立地为圆形、正方形或长方形。
3.根据权利要求1或2所述的设置方法，其特征在于，所述高位排沙孔和低位排沙孔的孔道横截面形状相同。
4.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述高位排沙孔和低位排沙孔处于同一个坝段，位于坝体中部。
5.根据权利要求1或4所述的设置方法，其特征在于，所述低位排沙孔和高位排沙孔的孔道平行，所述低位排沙孔位于高位排沙孔的正下方。
6.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述高位排沙孔与低位排沙孔的孔道在后部连通，共用一个出口。
7.根据权利要求6所述的设置方法，其特征在于，所述高位排沙孔和低位排沙孔共用的孔道出口处布置有启闭装置。
8.根据权利要求7所述的设置方法，其特征在于，所述启闭装置包括工作门。
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