CN113893584A - 双层消能集沙渠道和方法 - Google Patents
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Abstract
双层消能集沙渠道和方法，包括流道，流道一端与沉沙池接通，沉沙池截面积大于流道截面积，在流道内依次设有隔板、降板、孔板和挑流坎，降板与孔板连接的一端向下倾斜，在流道另一端连接有导沙坎和拦沙底坎。本发明通过消能措施以集中收集河道中的泥沙，达到净化水体、降低由于泥沙问题带给环境的危害、提高水利枢纽效能。
Description
技术领域
本发明专利属于水利水电工程中的新型消能集沙技术领域，特别涉及一种适用于大中型水利工程前、多沙河流中上游、山洪多发区河流下游，也可广泛用于各种沉沙沉石，净化大粒径悬浊质水体场合。
背景技术
目前，河流泥沙如何正确高效处理从而净化水体，减少由泥沙所带来的各种危害是水利工程里面一个难度较大且至关重要的问题。在研究泥沙随着水流流速的变化在不同位置沉积的过程发现，由于水体过流情况复杂，从而导致泥沙无法在一个地方统一沉积，产生清理泥沙复杂且困难的问题。同时由于泥沙粒径小，传统拦污结构无法将其拦住，以至于其可进入水利工程设施中，并导致水利工程设备的磨损问题。
正确认识沙石和沙石危害的类型及成因机制，并且相应的进行处理，对维持区域经济发展、提升人们的生活水平有着十分重大的意义。因此，正确且高效的收集泥沙，净化水体显得尤为重要。
综上所述，提供双层消能集沙渠道，可以有效解决河流泥沙问题。
发明内容
本发明的目的在于针对当前河流泥沙问题提出双层消能集沙渠道和方法，通过消能措施以集中收集河道中的泥沙，达到净化水体、降低由于泥沙问题带给环境的危害、提高水利枢纽效能。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：双层消能集沙渠道，包括流道，流道一端与沉沙池接通，沉沙池截面积大于流道截面积，在流道内依次设有隔板、降板、孔板和挑流坎，降板与孔板连接的一端向下倾斜，在流道另一端连接有导沙坎和拦沙底坎。河道中含有泥沙的水流进入流道，进入流道水流分别从隔板上方和隔板下方通过，隔板上方水流为无压水流，隔板下方水流为有压水流，有压水流经降板后加速从孔板流出与无压水流交汇，实现水流的第一次消能，接着交汇水流经过挑流坎变成紊流后，完成水流的第二次消能，最后水流进入沉沙池第三次消能后，水流中泥沙在沉沙池内沉淀。
本发明的有益效果为：
1. 在渠道进口前，设计一道拦沙底坎，使得河中大部分沙石在拦沙底坎处堆积后顺着拦沙底坎处的水流进入双层消能集沙渠道，有效解决现有工程中收集泥沙难的问题。
2.由隔板在流道内设置一定长度的双层结构，通过流速差从而在孔板处产生涌流现象使得水体进行第一次消能。通过实验得出，涌流消能的消能效率在35%-45%之间。
3.当水流通过带孔隔板之后，在挑流坎处产生多次水跃与水跌，使得水体由层流变成紊流，从而进行第二次消能。通过实验得出，挑流消能的消能效率15%-20%之间。
4.综合两次消能，本发明的消能效率在50%-65%之间。在多次消能之后，水流流速变缓，使得泥沙沉淀在预先设好的沉沙池当中，从而达到集中处理泥沙，净化水体，保护水利工程设备的安全运行的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的立体结构示意图，
图2为本发明的剖面结构示意图，
图3为本发明关于拦沙底坎的立体结构示意图。
图中：拦沙底坎1、导沙坎2、流道3、隔板4、降板5、孔板6、挑流坎7、集沙池8、冲沙管9、闸门10、沉沙池11。
具体实施方式
如图1到3所示，双层消能集沙渠道，包括流道3，流道3低于原河道或与原河道齐平，流道3一端与沉沙池11接通，沉沙池11截面积大于流道3截面积，在流道3内依次设有隔板4、降板5、孔板6和波浪形的挑流坎7，降板5与孔板6连接的一端向下倾斜，在流道3另一端连接有导沙坎2和拦沙底坎1，沉沙池通过多根冲沙管9与集沙池8连通。
本双层消能集沙渠道适用多种地形条件的河道，若河道有天然弯道条件，则在河道凸岸处开凿冲沙闸，利用地势与水流的流态原理，将大部分泥沙引入本双层消能集沙渠道，若无天然弯道或者有利地形，则在建造导沙坎2和拦沙底坎1平顺的将含有大量泥沙的水引入双层消能集沙渠道。
河道中含有大量泥沙的水流通过拦沙底坎1引导，水流进入流道3，进入流道3水流分别从隔板4上方和隔板4下方通过，隔板4上方水流为无压水流，隔板4下方水流为有压水流，无压水流流速相对较缓，有压水流最先是平顺的流入隔板4下方流道，经过降板5后，水流过水断面面积减小，由水流的连续性方程Q=AV得知，当过水断面面积减小、流量不变时，水流流速加快。因此有压水流从孔板6上各孔洞涌出后会形成一股涌流，对上层无压水流造成冲击，从而削弱上层水流能量，实现第一次消能。
经过第一次消能后的水流通过挑流坎7，水流从挑流坎7上流过时，水流多次的水跃与水跌，从而让水流实现第二次消能，经过第二次消能后的水流进入沉沙池11，由于沉沙池11截面积大于流道3截面积，因此能够对水流进行第三次消能，同时泥沙沉淀在沉沙池11当中。
当沉沙池11中的泥沙累积到一定量的时候，就可以打开冲砂管上的闸门10，利用水流将泥沙经冲沙管9，冲至集沙池8中，收集到的泥沙可以利用在各类工程行业当中，从而减少对人工挖沙的需求。达到减少人工挖沙的工作量，同时达到净化水体与资源再利用的作用。
降板5与水平面之间的夹角在45°- 60°之间。由于需要产生涌流消能现象，必须使得下层水流流速大于上层水流流速，因此45 - 60°可以更好的保证下层水流速度大于上层水流，且不产生较大水头损失。同时角度为45-60°时的水流较为平顺，可以减少对渠道的冲刷。
如图3所示，拦沙底坎1的横断面呈上窄下宽状，且其纵向整体布局承弧形分布，其在平面上斜向或者弯向布置的角度与进水口的布置位置有关，应当结合工程实际情况分析决定。
导沙坎2的高度应遵循公式H=D410θ1.5 (其中H为导沙坎2净高，D为泥沙代表粒径)。有利于含有大量泥沙的水流平顺的导入河道，同时上窄下宽状的横断面导沙坎2有利于施工便利同时能提高使用时的稳定性。
Claims (7)
1.双层消能集沙渠道，其特征在于：包括流道（3），流道（3）一端与沉沙池（11）接通，沉沙池（11）截面积大于流道（3）截面积，在流道（3）内依次设有隔板（4）、降板（5）、孔板（6）和挑流坎（7），降板（5）连接孔板（6）一端向下倾斜。
2.根据权利要求1所述的双层消能集沙渠道，其特征在于：在流道（3）另一端连接有导沙坎（2）和拦沙底坎（1）。
3.根据权利要求2所述的双层消能集沙渠道，其特征在于：所述拦沙底坎（1）横断面为上窄下宽的梯形结构。
4.根据权利要求1到3任一项所述的双层消能集沙渠道，其特征在于：降板（5）与水平面之间夹角为45°～60°之间。
5.根据权利要求1到3任一项所述的双层消能集沙渠道，其特征在于：所述挑流坎（7）为波浪形。
6.根据权利要求1到3任一项所述的双层消能集沙渠道，其特征在于：沉沙池（11）通过多根冲沙管（9）与集沙池（8）连通，冲沙管（9）上安装有闸门（10）。
7.一种使用权利要求1到3任一项所述双层消能集沙渠道的方法，其特征在于：河道中含有泥沙的水流进入流道（3），进入流道（3）水流分别从隔板（4）上方和隔板（4）下方通过，隔板（4）上方水流为无压水流，隔板（4）下方水流为有压水流，有压水流经降板（5）后加速从孔板（6）流出与无压水流交汇，实现水流的第一次消能，接着交汇水流经过挑流坎（7）变成紊流后，完成水流的第二次消能，最后水流进入沉沙池（11）第三次消能后，水流中泥沙在沉沙池（11）内沉淀。
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