CN109930548B - 一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施及方法，在水库堤坝的上游坝脚处设集水池，在堤坝的下游坝脚处设护坦，在堤坝上安装一排虹吸管，每根虹吸管从上游至下游由进水管道、驼峰管道、引流器和出水管道依次连接而成。在上游水位高于下游水位时，控制柜启动蓄水池和水泵为引流器输水，由引流器引发虹吸管虹吸泄水。该设施利用雨洪资源在汛期为水库换水，在虹吸管上配置负压传感器和出水传感器进行智能控制，具有安全可靠、构造简单、全天候虹吸换水、泄流量大、能耗小、操作简便和智能控制等的特点，是一种先进的水利与环保设施。

Description

一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施及方法

技术领域

本发明涉及水利与环保领域，具体涉及一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施。

背景技术

目前，水库在更换水库的水时，常采用水泵设备抽水或开启堤坝底孔泄水。如果采用水泵抽水需花费大量人力、设备、能源和经费，如果采用堤坝底孔泄水只能更换水库内局部的水，又无法更换库底沙砾层内的水。

发明内容

针对上述情况的不足，本发明提出一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，在堤坝上安装虹吸管来更换水库底部和库底沙砾层内的水，采用虹吸管上安置引流器的方式引发虹吸泄水，是一种先进的水利与环保设施。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于包括设置在堤坝上游坝脚处的集水池、设置在堤坝下游坝脚处的护坦、设置在河岸上的蓄水池以及设置在堤坝上的一排虹吸管；所述虹吸管从堤坝上游至下游由进水管道、驼峰管道、引流器和出水管道依次连接组成；所述进水管道安装于堤坝的上游坝坡，所述驼峰管道安装于堤坝的坝顶，所述引流器安装于堤坝下游坝坡的上部；所述进水管道的进水口位于所述集水池的底部，所述出水管道的出水口位于所述护坦的底部，所述出水口设置有出水传感器；所述驼峰管道上设置有进气口，所述进气口设置有进气阀；所述引流器包括直通管、分支管a、分支管b，所述直通管的上端口与所述驼峰管道连接，下端口与所述出水管道连接，所述分支管a设置在所述直通管的上段部分，所述分支管b设置在所述直通管的下段部分；各虹吸管的分支管a分别通过阀门a与所述蓄水池的输水管连通；在堤坝坝顶各虹吸管的旁边分别设置水泵和控制柜，所述水泵的进水管的进水口位于堤坝上游水位线以下，所述水泵的出水管分别通过阀门b与对应虹吸管的分支管b连通；所述阀门a、水泵、阀门b、出水传感器和进气阀的电缆分别与对应的控制柜联接。

优选地，所述分支管a中心线延长位置的直通管内壁上设置有挑流坑。

上述水库利用雨洪资源虹吸换水的设施进行虹吸换水的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤（一）：控制柜关闭进气阀和阀门b并开启阀门a，蓄水池内的水从输水管流入引流器分支管a；

步骤（二）：控制柜开启水泵和阀门b，水流从分支管b进入引流器，出水管道形成管流；

步骤（三）：水从出水管道出水口流出，出水传感器输出管流出水信号，控制柜关闭阀门a、水泵和阀门b，出水管道内的水在重力和惯性作用下继续从出水口流出，使得驼峰管道内形成负压，在大气压力作用下，堤坝上游的水从进水管道进水口压入虹吸管，进水管道内的水位逐渐升高，直至从驼峰管道流入引流器和出水管道，水流从出水管道的出水口流入护坦，使得虹吸管内形成虹吸泄水；当控制柜开启进气阀让空气进入虹吸管内，虹吸泄水停止。

优选地，在所述分支管a中心线延长位置的直通管内壁上设置挑流坑，流入引流器的水流经挑流坑的挑起，增加出水管道内水流的压力，加大出水管道内水流的动能。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过在堤坝上设置一排虹吸管，在虹吸管上设置引流器，在上游水位低于堤坝坝顶且高于下游水位的情况下，利用引流器引发虹吸管虹吸泄水，能让出水管道内形成管流和增加出水管道内水流的压力来获得动能，能吸取从河床以下集水池底部的水，以提高更换地下水库劣质水的效果，实现从坝中至坝肩均衡排泄更换水库底部和库底沙砾层内的水。

2、本发明通过在虹吸管出水管出水口设置出水传感器，以及配置水泵、阀门a、阀门b、进气阀等器件，利用控制柜实现智能控制虹吸管设施虹吸泄水。

3、本发明在河岸上设置蓄水池、在坝顶设置水泵，为引流器水流增压实现快速虹吸泄水。

4、在具体实施例中，在引流器分支管a中心线延长位置的直通管内壁上设置挑流坑，流入引流器的水流经挑流坑的挑起，在刚开始的时候有利于快速实现虹吸泄水，而在虹吸泄水过程中，能够增加出水管道内水流的压力，加大出水管道内水流的动能，使出水管道内始终能形成管流进行虹吸泄水。

5、在具体实施例中，在河岸上安装小功率太阳能发电设备为虹吸设施供电，节省能源。

6、本发明可以利用蓄水池收集汛期多余的水，利用雨虹资源实现更换排泄水库内的劣质水，节省水资源和保护水环境，是一种先进的水利和环保设施。

7、本发明具有安全可靠、构造简单、全天候虹吸换水、泄流量大、能耗小、操作简便和智能控制等特点。

附图说明

图1为本发明的俯视结构布置示意图。

图2为本发明的侧剖视结构示意图。

图3为本发明的引流器侧剖视结构示意图。

图4为本发明的引流器前剖视结构示意图。

图5为本发明的出水传感器侧剖视结构示意图。

图6为本发明的负压传感器侧剖视结构示意图。

图中标号：1河道、2河床、3河岸、4上游水位线、5下游水位线、6堤坝、7护坦、8虹吸管、9进水管道、10驼峰管道、11出水管道、12进气口、13蓄水池、14输水管、15水泵、16出水管、17控制柜、18集水池、19前板、20滤水板、21后板、22拦沙坎、23隔墙、24拦污栅罩、25引流器、26直通管、27分支管a、28分支管b、29挑流坑、30出水传感器、31外壳、32绝缘材料、33金属导线、34触头、35负压传感器、36器壳、37弹性圆片、38磁铁圆块、39调制板、40霍尔元件、41电缆。

具体实施方式

实施例一

如图1-4所示，一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施的结构为：在水库堤坝6的上游坝脚处设集水池18，在该堤坝6的下游坝脚处设护坦7，集水池和护坦底部低于河床面，呈下凹形式。在该堤坝6上设置有一排虹吸管8，该些虹吸管8均为等口径的圆管，该些虹吸管8均为“︹”的形状。虹吸管8从上游至下游由进水管道9、驼峰管道10、引流器25和出水管道11依次连接组成。进水管道9安装于堤坝6的上游坝坡，进水管道9的进水口位于集水池18内的底部。驼峰管道10安装于堤坝6的坝顶，引流器25安装于堤坝6下游坝面的上部，出水管道11安装于堤坝6的下游坝坡至护坦7。在驼峰管道10下游侧顶部的通孔内设有进气口12，在进气接口12上连通有负压传感器35和进气阀。在出水管道11出水口顶部的通孔内设有出水传感器30。在两个坝肩处的河岸3上都建有蓄水池13，左侧蓄水池13分别有输水管14与堤坝6左侧段上所有引流器25的分支管a 27连通，右侧蓄水池13分别有输水管14与堤坝6右侧段上所有引流器25的分支管a 27连通，在这些输水管14上都安装有各自的阀门a。在所有驼峰管道10旁都安装有水泵15，这些水泵15的进水管进水口位于堤坝6上游水位线4以下，这些水泵15的出水管16各自与引流器25的分支管b 28连通，出水管16上都安装有各自的阀门b。在所有驼峰管道10旁都安置有控制柜17，所有阀门a、水泵15、阀门b、出水传感器30、负压传感器35和进气阀的电缆与各自的控制柜17联接。在两个坝肩的河岸3上都安装有光伏板，这些光伏板的电缆与各控制柜17联接，为控制柜供电。蓄水池内的水可以是收集汛期多余的水，也可以从别处引入，还可以在虹吸管不引流时，启动水泵为蓄水池供水。

集水池18为梯形池，集水池18的前板19向上游倾斜，集水池18的后板21向下游倾斜。在前板19上有一排相互间隔的平行于堤坝轴线设置的滤水板20，在前板19顶部有一道拦沙坎22，在前板19与河床2泥沙间铺设有反滤层，在集水池18的底板上有垂直于堤坝轴线的数道隔墙23，在该集水池18的顶部有拦污栅罩24。滤水板的作用是过滤河床沙砾内的水,不让泥沙进入集水池。在施工前板时预留孔口,然后把滤水板安装于该些孔口上。拦沙坎的作用是拦住河床面的泥沙进入集水池。在前板顶面浇注拦沙坎的混凝土。反滤层的作用是过滤河床沙砾间的水，在集水池基坑开挖时,先铺设反滤层料,再施工前板。拦污栅罩的作用是不让河流中的树叶等漂浮物进入集水池。隔墙起到支撑拦污栅罩的作用，拦污栅罩架设在隔墙23、前板和后板上。引流器25包括直通管26，直通管26的上端口与驼峰管道10连接，直通管26的下端口与出水管道11连接，直通管26的上段部分连通有分支管a 27，该分支管a 27进水端口与蓄水池13的输水管14连通，分支管a 27与所述直通管26上段部分呈小于90°的交角相交，分支管a出水端口位于直通管的顶面。在分支管a27中心线延长位置的直通管26内壁上有挑流坑29，该挑流坑29的坑面为圆弧形。当水流进入分支管a，冲向挑流坑29，经挑流坑挑起，在虹吸刚开始的时候有利于快速实现虹吸泄水，而在虹吸泄水过程中，能够增加出水管道内水流的压力，加大出水管道内水流的动能，使出水管道内始终能形成管流进行虹吸泄水。直通管26的下段部分连通有分支管b 28，该分支管b 28的进水端口与对应水泵15的出水管16连通，该分支管b28与直通管26上段部分呈小于90°的交角相交。分支管b的出水端口位于直通管的侧面，且分支管b出水端口的位置，应尽量不对挑流坑的挑流作用产生影响，分支管b28与直通管26下段部分的内壁圆弧连接，减小水头损失，避免气蚀。直通管26与分支管a、分支管b的口径相等。

如图5所示，出水传感器30的外壳31为圆筒形状，在该外壳31内填有绝缘材料32，该绝缘材料32与外壳31的两个端面平齐，在该绝缘材料32内埋置有两根平行间隔的金属导线33，该两根金属导线33的一端连接有各自的半圆形触头34，该两根金属导线33的另一端连接于所述绝缘材料32后端引出的电缆41，该两个触头34均外露于所述绝缘材料33的前端面，当两个触头之间发生短路，传感器输出信号。本实施例的出水传感器构造简单、耐用、成本低。本发明技术方案中出水传感器也可以选用市售的常规水流传感器。

如图6所示，负压传感器35的器壳36为圆筒形状，在该器壳36内的前端安置有弹性圆片37，在该器壳36与弹性圆片37之间有止水圈。弹性圆片37的周边有一圈波纹，在该弹性圆片37内侧面的中心安置有磁铁圆块38。在器壳36内中部有横向的调制板39，在该调制板39的中心安置有霍尔元件40，该霍尔元件40与磁铁圆块38之间有间隙。弹性圆片37、器壳36和调制板39围成与外界隔绝的空间，霍尔元件40的电缆41从器壳36后盖引出。负压传感器35的电缆连接到对应控制柜，当驼峰管道内产生负压，负压传感器输出负压信号到控制柜。本实施例设置负压传感器35用于指示驼峰管道形成负压的情况，当出现虹吸故障的时候便于对虹吸管进行检修（比如虹吸管气密性不足，导致负压不能形成，无法实现虹吸）。本实施例的负压传感器构造简单、耐用、成本低。本发明技术方案中负压传感器也可以选用市售的常规负压传感器。

实施例二

本实施例提供一种水库利用雨洪资源进行虹吸换水的方法，包括以下步骤：

（1）在堤坝6上，沿上游坝坡安装互相间隔的数根进水管道9，把该些进水管道9的进水口安装于集水池18内的底部，沿坝顶安装互相间隔的数根驼峰管道10，在该些驼峰管道10的末端都安装有引流器25，沿下游坝坡安装互相间隔的数根出水管道11，该些出水管道11出水口均位于护坦7内的底部，从上游至下游各自依次连通该些进水管道9、驼峰管道10、引流器25和出水管道11，构成一排平行的虹吸管8。在所有驼峰管道10下游侧顶部的通孔内都安装进气接口12，在该些进气接口12上都安装负压传感器35和进气阀，在所有出水管道11出水口顶部通孔内都安装出水传感器30。

（2）在两个坝肩处的河岸3上都修建蓄水池13和安装光伏板，把左侧蓄水池13的输水管14铺设到堤坝6左侧段上的每根虹吸管8处，把每根输水管14通过阀门a与各自引流器25的分支管a27连通。把右侧蓄水池13的输水管14铺设到堤坝6右侧段上的每根虹吸管8处，把每根输水管14通过阀门a与各自引流器25的分支管a27连通。

（3）在堤坝6坝顶的每根虹吸管8旁安装各自的水泵15和控制柜17，把所有水泵15的进水管都伸入堤坝6上游水位4以下，把所有水泵15出水管16通过阀门b与各自引流器25的分支管b 28连通。把光伏板与所有控制柜17的电缆联接，把所有控制柜17与各自的水泵15、阀门a、阀门b、进气阀、负压传感器35和出水传感器30的电缆联接。

（4）引流器25引发虹吸管8虹吸泄水：控制柜17关闭进气阀和阀门b及开启阀门a，蓄水池13内的水从输水管14流入引流器25分支管a27，水流从挑流坑29挑起封闭了出水管道11的进水口。同时，控制柜17开启水泵15和阀门b，水流从分支管b28进入引流器25，增加了出水管道11内水流的压力，加大了出水管道11内水流的动能。在出水管道11形成管流后从出水口流出，出水传感器30输出管流出水信号，控制柜17关闭阀门a、水泵15和阀门b，出水管道11内的水在重力和惯性作用下继续从出水口流出，使得驼峰管道10内形成负压，这时负压传感器35输出驼峰管道10内产生负压的信号。在大气压力作用下，将堤坝6上游的水从进水管道9进水口压入，进水管道9内的水位逐渐升高，直至从驼峰管道10流入引流器25和出水管道11，水流从出水管道11的出水口流入护坦7，使得虹吸管8内形成虹吸泄水，以更换水库底部和库底沙砾层内的水。在虹吸管8虹吸泄水过程中，一旦上下游水位有变化，虹吸过驼峰管道10水流经引流器25挑流坑的挑起，始终能保持着出水管道11内形成管流来虹吸泄水。若不需虹吸管8泄水，只要控制柜17开启进气阀让空气进入虹吸管8内，破坏了驼峰管道10内的真空，虹吸管8立即停止泄水。

Claims (11)

1.一种水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于包括设置在堤坝上游坝脚处的集水池、设置在堤坝下游坝脚处的护坦、设置在河岸上的蓄水池以及设置在堤坝上的一排虹吸管；所述虹吸管从堤坝上游至下游由进水管道、驼峰管道、引流器和出水管道依次连接组成；所述进水管道安装于堤坝的上游坝坡，所述驼峰管道安装于堤坝的坝顶，所述引流器安装于堤坝下游坝坡的上部；所述进水管道的进水口位于所述集水池的底部，所述出水管道的出水口位于所述护坦的底部，所述出水口设置有出水传感器；所述驼峰管道上设置有进气口，所述进气口设置有进气阀；所述引流器包括直通管、分支管a、分支管b，所述直通管的上端口与所述驼峰管道连接，下端口与所述出水管道连接，所述分支管a设置在所述直通管的上段部分，所述分支管b设置在所述直通管的下段部分；各虹吸管的分支管a分别通过阀门a与所述蓄水池的输水管连通；在堤坝坝顶各虹吸管的旁边分别设置水泵和控制柜，所述水泵的进水管的进水口位于堤坝上游水位线以下，所述水泵的出水管分别通过阀门b与对应虹吸管的分支管b连通；所述阀门a、水泵、阀门b、出水传感器和进气阀的电缆分别与对应的控制柜联接。

2.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于所述分支管a中心线延长位置的直通管内壁上设置有挑流坑。

3.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于所述分支管b与直通管下段部分的内壁以圆弧连接。

4.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于各进气口分别设置有负压传感器，负压传感器的电缆与对应的控制柜联接。

5.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于堤坝两坝肩处的河岸上分别设置蓄水池，堤坝左侧段虹吸管的引流器与左侧蓄水池连通，堤坝右侧段虹吸管的引流器与右侧蓄水池连通。

6.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于所述河岸上安装光伏板为所述控制柜供电。

7.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于所述集水池为梯形池，集水池的前板向上游倾斜，后板向下游倾斜；所述前板上设置有一排相互间隔的平行于堤坝轴线的滤水板，所述前板顶部设置有一道拦沙坎，所述前板与河床泥沙间铺设有反滤层；所述集水池的底板上设置有垂直堤坝轴线的数道隔墙；所述集水池的顶部设置有拦污栅罩。

8.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于：所述出水传感器的外壳为圆筒形状，所述外壳内填有绝缘材料，所述绝缘材料与所述外壳的两个端面平齐，在所述绝缘材料内埋置有两根平行间隔的金属导线，所述两根金属导线的一端连接有各自的半圆形触头，另一端连接于所述绝缘材料后端引出的电缆，所述半圆形触头均外露于所述绝缘材料的前端面。

9.根据权利要求4所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施，其特征在于：所述负压传感器的器壳为圆筒形状，所述器壳内的前端设置有弹性圆片，所述器壳与弹性圆片之间设置有止水圈；所述弹性圆片的周边设置有一圈波纹，所述弹性圆片内侧面的中心设置有磁铁圆块；所述器壳内中部设置有横向的调制板，所述调制板的中心设置有霍尔元件，所述霍尔元件与所述磁铁圆块有间隙；所述的弹性圆片、器壳和调制板围成与外界隔绝的空间，所述霍尔元件的电缆从器壳后盖引出。

10.根据权利要求1所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施进行虹吸换水的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(一)：控制柜关闭进气阀和阀门b并开启阀门a，蓄水池内的水从输水管流入引流器分支管a；

步骤(二)：控制柜开启水泵和阀门b，水流从分支管b进入引流器，出水管道形成管流；

步骤(三)：水从出水管道出水口流出，出水传感器输出管流出水信号，控制柜关闭阀门a、水泵和阀门b，出水管道内的水在重力和惯性作用下继续从出水口流出，使得驼峰管道内形成负压，在大气压力作用下，堤坝上游的水从进水管道进水口压入虹吸管，进水管道内的水位逐渐升高，直至从驼峰管道流入引流器和出水管道，水流从出水管道的出水口流入护坦，使得虹吸管内形成虹吸泄水；当控制柜开启进气阀让空气进入虹吸管内，虹吸泄水停止。

11.根据权利要求10所述的水库利用雨洪资源虹吸换水的设施进行虹吸换水的方法，其特征在于：在所述分支管a中心线延长位置的直通管内壁上设置挑流坑，流入引流器的水流经挑流坑被挑起，增加出水管道内水流的压力，加大出水管道内水流的动能。

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