CN112267546B - 一种水利工程用自启动边坡虹吸排水系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程用自启动边坡虹吸排水系统和方法，包括虹吸管和水箱，所述虹吸管一端深入到边坡地下水位之下，另一端与水箱连通并深入水箱下部，所述水箱设置在所述边坡的坡面的底部，所述水箱底部设置有排水管，所述排水管上设置有阀门A；所述水箱顶部设置有向上伸出的进气管，所述进气管上设置有可调节开度的阀门B；所述水箱顶部还设置有虹吸排水管，所述虹吸排水管由水箱顶部深入到水箱下部，所述虹吸排水管由水箱顶部向上伸出后设置有一段U形管，并且所述U形管的尾端继续向下延伸形成排水端，所述虹吸管包括伸入引水段以及导水段，所述引水段与所述导水段通过一个直角形的二通连接，所述二通与所述导水段连接的部分外壁设置有除沙罩。

Description

一种水利工程用自启动边坡虹吸排水系统和方法

技术领域

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及水利工程用边坡排水的系统和方法。

背景技术

在边坡虹吸排水系统中，虹吸管数量多，常常有数百根至千根，若才用真空泵、高压泵等进行启动，效率低下，且要花费更多的建设成本材料成本。

在中国专利CN108560693B中公开了一种边坡虹吸排水系统启动装置及方法，并具体公开了：一种边坡虹吸排水系统启动装置，所述边坡虹吸排水系统包括位于边坡的钻孔和进水口置于钻孔中的虹吸管，该启动装置包括水箱、排气管和排水管，虹吸管的出水口置于密封水箱中，排气管的入口连接在水箱顶部，排气管的出口置于边坡下部，排水管的入口连接在水箱底部，排水管的出口置于边坡下部，钻孔孔口到钻孔底部的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，排气管入口到排气管出口的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，排水管入口到排水管出口的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，水箱顶部与钻孔孔口之间的高差大于当地大气压对应的水柱高度。所述排水管的出口处安装有阀门。上述专利中在排水管上设置了阀门，并通过排水管上阀门的开闭制造负压来启动虹吸。

但是对于第一次启动，也就是虹吸管中存在空气的情况下，也需要从排水管处逆向灌水，排除虹吸管中的气体，才能进行第一次虹吸排水。而由于坡面的虹吸排水系统一般来说扬尘高，所述的水泵动力强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自启动的边坡虹吸排水系统和方法。

为了实现上述目的，本发明是这样设置的：一种自启动边坡虹吸排水系统，包括虹吸管和水箱，所述虹吸管一端深入到边坡地下水位之下，另一端与水箱连通并深入水箱下部，所述水箱设置在所述边坡的坡面的底部，其特征在于：所述水箱底部设置有排水管，所述排水管上设置有阀门A；所述水箱顶部设置有向上伸出的进气管，所述进气管上设置有可调节开度的阀门B；所述水箱顶部还设置有虹吸排水管，所述虹吸排水管由水箱顶部深入到水箱下部，所述虹吸排水管由水箱顶部向上伸出后设置有一段U形管，并且所述U形管的尾端继续向下延伸形成排水端，所述虹吸排水管的U形管的底部与水箱低面齐平，所述虹吸排水管的最高位置与所述进气管齐平；所述U形管的底部横向部分管道，其近水箱端一侧的内径小于远水箱端一侧的内径，所述虹吸排水管的U形管的底部内腔放置有一钢球且所述钢球的直径略大于U形管底部横向部分的最小直径；所述虹吸管包括伸入到边坡内的引水段以及与水箱连接的导水段，所述引水段与所述导水段通过一个直角形的二通连接，所述二通与所述导水段连接的部分外壁设置有除沙罩，所述除沙罩可拆卸地与所述二通外壁连接，且所述除沙罩上部与所述二通相通，下部具有沙腔。

优选的，所述虹吸管的入口处设置有隔沙网。

优选的，所述二通与所述导水段连接的部分的内壁设置有多条螺旋引导筋，所述螺旋引导筋位于所述除沙罩之前。

优选的，所述二通与导水段连接的外壁上设置有除沙口，所述除沙罩套设在所述除沙口之外。

优选的，所述除沙罩包括与所述二通螺接的封闭套，以及可拆卸的沙腔罩，所述沙腔罩与所述封闭套可拆卸连接。

其中，所述虹吸排水管的U形管的远离水箱一侧的上端低于靠近水箱一侧的上端。

优选的，所述虹吸排水管的U形管的远离水箱一侧的上端的高度至水箱中部。

进一步的，所述虹吸管的容积小于水箱容积的1/200。

优选的，所述排水管的截面内径为4-5mm，所述虹吸管的内径为0.5-1.5mm。

进一步的，同一个水箱可连接100根以下的虹吸管。

另外，本实施例还提供一种自启动的边坡虹吸排水方法，采用上述的边坡虹吸排水系统，包括以下步骤：

步骤(一)：在边坡上钻孔，钻孔深度和角度根据边坡的地下水位线确定，保证孔伸入至地下水位线之下；

步骤(二)：安装好虹吸排水系统，关闭排水管上的阀门A，然后通过进气管向箱体中注水，直至水箱注满之后调节进气管上的阀门B，使得进气管的阀门B的开度小于虹吸管的截面开口，此时水箱内的水通过虹吸排水管实现了虹吸，水箱内的水在压力的作用下通过虹吸排水管排入到水池中或蓄水湖中；

步骤(三)：执行步骤(二)直至边坡内的地下水在压力的作用下被引入到水箱之中实现虹吸，此时关闭进气口的阀门B，打开排水管的阀门A；

步骤(四)：直至边坡内的地下水被吸出至虹吸管伸入位置，且水箱内的水通过排水管与虹吸排水管排出，由于钢球的存在，即使水池或蓄水湖中的水倒灌也会被钢球所阻止。

其中，以水流的方向区别前后，水流向的方向为后。

有益效果：

本发明的边坡虹吸排水系统和方法，通过进气口向水箱内灌水实现虹吸排水管预先形成虹吸现象，并将水箱内的水排至蓄水池中。而由于水箱内的水减少水箱内压力进一步减小使得边坡内的地下水在压力的作用下通过虹吸管流入到水箱之中，而虹吸管中原本的气体进入到水箱之中后由进气管处排除。当虹吸管开始工作排水，即可关闭进气管处的阀门。如此一来，实现了排水系统的自启动。保持虹吸管、水箱、排水管、虹吸排水管的一个较低的压力。当边坡地下水排完之后，蓄水池中的水在压力的作用下会回流，而回流到U形管的底部地方，推动钢球卡入U形管底部小内径的位置，防止了水回流至水箱之中。

并且，由于边坡内的地下水内还有大量的沙，因此本发明中的除沙罩能够有效的去除虹吸管内的沙子。由于水流在二通处进行方向转换会产生涡流，进而通过二通处设置的螺旋引导筋实现旋转，旋转的水流会将水内的沙子由二通的除沙口甩出并进入到除沙罩之中。并且除沙罩是可拆卸连接，可定期清理除沙罩内的沙子。这样一来，可避免沙子大量的进入到水箱之中。

另外，当边皮地下水进一步上涨时，地下水在压力的作用下通过虹吸管再次进入到水箱之中，而水箱之中的水可通过排水管和排水虹吸管流出，经过排水虹吸管处，可推动钢球往管道大内径处滚动，实现排水。如此一来，可实现边坡地下水的间隙式排水。

采用本发明的边坡虹吸排水系统和方法，能够实现排水自启动，不需要准备大功率的水泵的动力系统。而且本发明中的结构可靠，能够防止水回流，安全性能高。适用于边坡间隙时、长流程的排水模式。

附图说明

图1为实施例中边坡虹吸排水系统的结构简图；

图2为图1的放大视图A；

图3为二通结构简图；

图4为图3的剖视图B-B。

标号说明：1边坡、2钻孔、3虹吸管、31引水段、32导水段、4水箱、5排水管、6阀门A、7进气管、8阀门B、9虹吸排水管、10U形管、11钢球，12水位线，13水池、14螺钉、15二通、16除沙口、17封闭套、18沙腔罩、19螺旋引导筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1-3所示，本实施例提供一种自启动边坡虹吸排水系统，首先在所述边坡1上钻有孔2，所述孔深和角度是根据坡体内底下水位线12确定，所述边坡虹吸排水系统包括虹吸管3以及水箱4，所述水箱设置在所述坡面的底部，所述虹吸管一端与水箱连通另一端伸入到边坡的钻孔之中。所述水箱底部设置有排水管5，所述排水管上设置有阀门A6；所述水箱顶部设置有向上伸出的进气管7，所述进气管上设置有可调节开度的阀门B8；所述水箱顶部还设置有虹吸排水管9，所述虹吸排水管由水箱顶部深入到水箱下部，所述虹吸排水管由水箱顶部向上伸出后设置有一段U形管10，并且所述U形管的尾端继续向下延伸形成排气排水端，并且所述虹吸排水管的U形管的底部与水箱低面齐平，所述虹吸排水管的最高位置与所述进气管齐平。所述U形管的底部横向部分管道，其近水箱端一侧的内径小于原水箱端一侧的直径，所述虹吸排水管的U形管的内腔底部设置有一钢球11且所述钢球的直径略大于U形管底部的最小直径。

本实施例中，所述虹吸管包括伸入到边坡内的引水段以及与水箱连接的导水段，所述虹吸管的引水段的入口处设置有隔沙网。所述引水段与所述导水段通过一个直角形的二通连接，所述二通与所述导水段连接的部分外壁设置有除沙罩，所述除沙罩可拆卸地与所述二通外壁连接，且所述除沙罩上部与所述二通相通，下部具有沙腔。

在本实施例中，所述二通与导水段连接的外壁上设置有除沙口，所述除沙罩套设在所述除沙口之外。具体的，所述除沙罩包括与所述二通螺接的封闭套，以及可拆卸的沙腔罩，所述沙腔罩与所述封闭套可拆卸连接。所述封闭套可包覆所述除沙口。所述封闭套在安装之前预先与二通螺接并覆盖除沙口。然后将沙腔罩安装在所述封闭套上，当进行虹吸的时候，扭转所述封闭套使其向上移动，并使得沙腔罩与所述除沙口相通，这样一来，水流之中的沙子就会通过除沙口进入到沙腔之中。当需要清理沙腔时，拧转封闭套，使其覆盖住除沙口避免空气进入到虹吸管，也避免虹吸管内的水流流出。清理完毕，再将沙腔罩安装到封闭套之外，并再次向上拧转封闭套，是的沙腔罩与所述除沙口相通。

作为本实施例中的一种实施方式，所述沙腔罩可分为左右两部分，并通过螺钉连接或者其他连接方式连接。这样一来实现沙腔罩的可拆卸。

在本实施例中，所述虹吸管的容积为水箱容积的1/200、1/250、1/500或者1/1000。

作为本实施例中的其中一种实施方式，所述排水管的截面内径为4-5mm，K可选择但不限于4mm、4.5mm或5mm。所述排水管可设置1根、2根、3根、4根或5根。所述虹吸管的内径为0.5-1.5mm，可选择但不限于0.5mm、1mm、1.5。同一个水箱可连接100根以下的虹吸管。本实施例中的虹吸排水系统的水箱同时连接了100根虹吸管。

本实施例还提供一种自启动边坡虹吸排水方法，采用本实施例的排水系统，包括以下步骤：

步骤(一)：在边坡上钻孔，钻孔深度和角度根据边坡的地下水位线确定，保证孔伸入至地下水位线之下；

步骤(二)：安装好本实施例的虹吸排水系统，关闭排水管上的阀门A，然后通过进气管向箱体中注水，直至水箱注满之后调节进气管上的阀门B，使得进气管的阀门B的开度小于虹吸管的截面开口，此时水箱内的水通过虹吸排水管实现了虹吸，水箱内的水在压力的作用下通过虹吸排水管排入到水池13中或蓄水湖中；

步骤(三)：执行步骤(二)直至边坡内的地下水在压力的作用下被引入到水箱之中实现虹吸，此时关闭进气口的阀门B，打开排水管的阀门A；

步骤(四)：直至边坡内的地下水被吸出至虹吸管伸入位置，且水箱内的水通过排水管与虹吸排水管排出，由于钢球的存在，即使水池或蓄水湖中的水倒灌也会被钢球所阻止。

本实施例的边坡虹吸排水系统和方法，通过进气口向水箱内灌水实现虹吸排水管预先形成虹吸现象，并将水箱内的水排至蓄水池中。而由于水箱内的水减少水箱内压力进一步减小使得边坡内的地下水在压力的作用下通过虹吸管流入到水箱之中，而虹吸管中原本的气体进入到水箱之中后由进气管处排除。当虹吸管开始工作排水，即可关闭进气管处的阀门。如此一来，实现了排水系统的自启动。保持虹吸管、水箱、排水管、虹吸排水管的一个较低的压力。当边坡地下水排完之后，蓄水池中的水在压力的作用下会回流，而回流到U形管的底部地方，推动钢球卡入U形管底部小内径的位置，防止了水回流至水箱之中。

并且，由于边坡内的地下水内还有大量的沙，因此本发明中的除沙罩能够有效的去除虹吸管内的沙子。由于水流在二通处进行方向转换会产生涡流，旋转的水流会将水内的沙子由二通的除沙口甩出并进入到除沙罩之中。并且除沙罩是可拆卸连接，可定期清理除沙罩内的沙子。这样一来，可避免沙子大量的进入到水箱之中。

另外，当边皮地下水进一步上涨时，地下水在压力的作用下通过虹吸管再次进入到水箱之中，而水箱之中的水可通过排水管和排水虹吸管流出，经过排水虹吸管处，可推动钢球往管道大内径处滚动，实现排水。如此一来，可实现边坡地下水的间隙式排水。

采用本实施例的边坡虹吸排水系统和方法，能够实现排水自启动，不需要准备大功率的水泵的动力系统。而且本发明中的结构可靠，能够防止水回流，安全性能高。适用于边坡间隙时、长流程的排水模式。

实施例2：如图1-4所示，本实施例提供一种自启动边坡虹吸排水系统，首先在所述边坡1上钻有孔2，所述孔深和角度是根据坡体内底下水位线12确定，所述边坡虹吸排水系统包括虹吸管3以及水箱4，所述水箱设置在所述坡面的底部，所述虹吸管一端与水箱连通另一端伸入到边坡的钻孔之中。所述水箱底部设置有排水管5，所述排水管上设置有阀门A6；所述水箱顶部设置有向上伸出的进气管7，所述进气管上设置有可调节开度的阀门B8；所述水箱顶部还设置有虹吸排水管9，所述虹吸排水管由水箱顶部深入到水箱下部，所述虹吸排水管由水箱顶部向上伸出后设置有一段U形管10，并且所述U形管的尾端继续向下延伸形成排气排水端，并且所述虹吸排水管的U形管的底部与水箱低面齐平，所述虹吸排水管的最高位置与所述进气管齐平。所述U形管的底部横向部分管道，其近水箱端一侧的内径小于原水箱端一侧的直径，所述虹吸排水管的U形管的内腔底部设置有一钢球11且所述钢球的直径略大于U形管底部的最小直径。

在本实施例中，所述虹吸管包括伸入到边坡内的引水段31以及与水箱连接的导水段32，所述虹吸管的引水段的入口处设置有隔沙网。所述引水段与所述导水段通过一个直角形的二通15连接，所述二通与所述导水段连接的部分外壁设置有除沙罩，所述除沙罩可拆卸地与所述二通外壁连接，且所述除沙罩上部与所述二通相通，下部具有沙腔。

在本实施例中，所述二通与导水段连接的外壁上设置有除沙口16，所述除沙罩套设在所述除沙口之外。具体的，所述除沙罩包括与所述二通螺接的封闭套17，以及可拆卸的沙腔罩18，所述沙腔罩与所述封闭套可拆卸连接。所述封闭套可包覆所述除沙口。并且，所述二通与所述导水段连接的部分的内壁设置有多条螺旋引导筋19，所述螺旋引导筋位于所述除沙罩之前。

使用时，所述封闭套在安装之前预先与二通螺接并覆盖除沙口。然后将沙腔罩安装在所述封闭套上，当进行虹吸的时候，扭转所述封闭套使其向上移动，并使得沙腔罩与所述除沙口相通，这样一来，水流在直角转角以及螺旋引导筋的作用下会发生旋转，水流中的沙子就会通过除沙口进入到沙腔之中。当需要清理沙腔时，拧转封闭套，使其覆盖住除沙口避免空气进入到虹吸管，也避免虹吸管内的水流流出。清理完毕，再将沙腔罩安装到封闭套之外，并再次向上拧转封闭套，是的沙腔罩与所述除沙口相通。

作为本实施例中的一种实施方式，所述沙腔罩可分为左右两部分，并通过螺钉14连接或者其他连接方式连接。这样一来实现沙腔罩的可拆卸。

作为本实施例中的其中一种实施方式，而与所述U形管的远离水箱一侧的上端低于靠近水箱一侧的上端。

在本实施例中，所述虹吸排水管的U形管的远离水箱一侧的上端的高度至水箱中部。

在本实施例中，所述虹吸管的容积为水箱容积的1/500。

作为本实施例中的其中一种实施方式，所述排水管的截面内径为5mm。所述排水管可设置4根。所述虹吸管的内径为1mm。本实施例中的虹吸排水系统的水箱同时连接了200根虹吸管。

本实施例还提供一种自启动边坡虹吸排水方法，采用本实施例的排水系统，包括以下步骤：

步骤(一)：在边坡上钻孔，钻孔深度和角度根据边坡的地下水位线确定，保证孔伸入至地下水位线之下；

步骤(二)：安装好本实施例的虹吸排水系统，关闭排水管上的阀门A，然后通过进气管向箱体中注水，直至水箱注满之后调节进气管上的阀门B，使得进气管的阀门B的开度小于虹吸管的截面开口，此时水箱内的水通过虹吸排水管实现了虹吸，水箱内的水在压力的作用下通过虹吸排水管排入到水池13中或蓄水湖中；

步骤(三)：执行步骤(二)直至边坡内的地下水在压力的作用下被引入到水箱之中实现虹吸，此时关闭进气口的阀门B，打开排水管的阀门A；

步骤(四)：直至边坡内的地下水被吸出至虹吸管伸入位置，且水箱内的水通过排水管与虹吸排水管排出，由于钢球的存在，即使水池或蓄水湖中的水倒灌也会被钢球所阻止。

本实施例的边坡虹吸排水系统和方法，通过进气口向水箱内灌水实现虹吸排水管预先形成虹吸现象，并将水箱内的水排至蓄水池中。而由于水箱内的水减少水箱内压力进一步减小使得边坡内的地下水在压力的作用下通过虹吸管流入到水箱之中，而虹吸管中原本的气体进入到水箱之中后由进气管处排除。当虹吸管开始工作排水，即可关闭进气管处的阀门。如此一来，实现了排水系统的自启动。保持虹吸管、水箱、排水管、虹吸排水管的一个较低的压力。当边坡地下水排完之后，蓄水池中的水在压力的作用下会回流，而回流到U形管的底部地方，推动钢球卡入U形管底部小内径的位置，防止了水回流至水箱之中。

并且，由于边坡内的地下水内还有大量的沙，因此本发明中的除沙罩能够有效的去除虹吸管内的沙子。由于水流在二通处进行方向转换会产生涡流，进而通过二通处设置的螺旋引导筋实现旋转，旋转的水流会将水内的沙子由二通的除沙口甩出并进入到除沙罩之中。并且除沙罩是可拆卸连接，可定期清理除沙罩内的沙子。这样一来，可避免沙子大量的进入到水箱之中。

另外，当边皮地下水进一步上涨时，地下水在压力的作用下通过虹吸管再次进入到水箱之中，而水箱之中的水可通过排水管和排水虹吸管流出，经过排水虹吸管处，可推动钢球往管道大内径处滚动，实现排水。如此一来，可实现边坡地下水的间隙式排水。

采用本实施例的边坡虹吸排水系统和方法，能够实现排水自启动，不需要准备大功率的水泵的动力系统。而且本发明中的结构可靠，能够防止水回流，安全性能高。适用于边坡间隙时、长流程的排水模式。

Claims (4)

1.一种水利工程用自启动边坡虹吸排水系统，包括虹吸管和水箱，所述虹吸管一端深入到边坡地下水位之下，另一端与水箱连通并深入水箱下部，所述水箱设置在所述边坡的坡面的底部，其特征在于：所述水箱底部设置有排水管，所述排水管上设置有阀门A；所述水箱顶部设置有向上伸出的进气管，所述进气管上设置有可调节开度的阀门B；所述水箱顶部还设置有虹吸排水管，所述虹吸排水管由水箱顶部深入到水箱下部，所述虹吸排水管由水箱顶部向上伸出后设置有一段U形管，并且所述U形管的尾端继续向下延伸形成排水端，所述虹吸排水管的U形管的底部与水箱低面齐平，所述虹吸排水管的最高位置与所述进气管齐平；所述U形管的底部横向部分管道，其近水箱端一侧的内径小于远水箱端一侧的内径，所述虹吸排水管的U形管的底部内腔放置有一钢球且所述钢球的直径略大于U形管底部横向部分的最小直径；

所述虹吸管包括伸入到边坡内的引水段以及与水箱连接的导水段，所述引水段与所述导水段通过一个直角形的二通连接，所述二通与所述导水段连接的部分外壁设置有除沙罩，所述除沙罩可拆卸地与所述二通外壁连接，且所述除沙罩上部与所述二通相通，下部具有沙腔；所述二通与所述导水段连接的部分的内壁设置有多条螺旋引导筋，所述螺旋引导筋位于所述除沙罩之前；所述二通与导水段连接的外壁上设置有除沙口，所述除沙罩套设在所述除沙口之外；所述除沙罩包括与所述二通螺接的封闭套，以及可拆卸的沙腔罩，所述沙腔罩与所述封闭套可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的水利工程用自启动边坡虹吸排水系统，其特征在于：所述虹吸排水管的U形管的远离水箱一侧的上端低于靠近水箱一侧的上端。

3.如权利要求2所述的水利工程用自启动边坡虹吸排水系统，其特征在于：所述虹吸排水管的U形管的远离水箱一侧的上端的高度至水箱中部。

4.一种水利工程用自启动边坡虹吸排水方法，采用权利要求1、2或 3 所述的边坡虹吸排水系统，包括以下步骤：

步骤（一）：在边坡上钻孔，钻孔深度和角度根据边坡的地下水位线确定，保证孔伸入至地下水位线之下；

步骤（二）：安装好虹吸排水系统，关闭排水管上的阀门A，然后通过进气管向箱体中注水，直至水箱注满之后调节进气管上的阀门B，使得进气管的阀门B的开度小于虹吸管的截面开口，此时水箱内的水通过虹吸排水管实现了虹吸，水箱内的水在压力的作用下通过虹吸排水管排入到水池中或蓄水湖中；

步骤（三）：执行步骤（二）直至边坡内的地下水在压力的作用下被引入到水箱之中实现虹吸，此时关闭进气口的阀门B，打开排水管的阀门A；

步骤（四）：直至边坡内的地下水被吸出至虹吸管伸入位置，且水箱内的水通过排水管与虹吸排水管排出，由于钢球的存在，即使水池或蓄水湖中的水倒灌也会被钢球所阻止。

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