CN1687530A - 河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置 - Google Patents

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Abstract

一种属于水利工程技术领域的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置。本发明包括：浮帘、浮体、过沙窗口、锚定构件，浮体设在浮帘上缘，过沙窗口设在浮帘的底部，锚定构件设在浮帘下缘。本发明阻水作用小，不滞洪，不削减泥沙运动的原动力，不改变原有水流的运动方向，成为一种行洪效果好、侧向流场改变小、没有明显局部冲刷的高效促淤积装置。

Description

河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置
技术领域
本发明涉及的是一种属于水利工程技术领域的装置，具体地说，是一种河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置。
背景技术
在可冲刷的河床或海床床面上，当某处的水流挟沙力大于上游来流的含沙量时，该处就会发生冲刷或称侵蚀，反之则发生淤积。冲刷与淤积是当地泥沙水力输移趋向平衡的结果。冲刷是国内外经常遇到的一种灾害问题，如河岸冲刷造成河岸崩坍和决堤、桥梁倒塌、海岸侵蚀、水工建筑物的报废等等。随长江、黄河等大江大河入海泥沙的急剧减少，原有的泥沙冲淤平衡被破坏，从整体来讲，长江中下游的河岸侵蚀加剧，长江口的海岸被侵蚀，长江中下游沿程和近海的水工建筑物如取水建筑物、桥墩和过江管道等周围的冲刷加剧。当今入海泥沙的显著减少和海平面的日益上升，直接引起河口淤积三角洲及其邻近海域的海岸侵蚀与海床冲刷，特别是在我国滩涂地的开发与保护、近海油气资源的开发利用中都存在许多重大的、急待解决的工程泥沙问题，因此，有效的河床海床泥沙截留、促淤积、防冲刷方法是国家重大经济建设的需要。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号2361671，公开日为2000年02月02日，专利申请号98233050.2，专利名称为：护岸防洪防冲四面六边透水框架，该专利是一种具有减速、导流、消能作用的江河护岸防洪防冲用透水构件，由六根长度相等或相近的框杆相互连接构成四面六边体框架，使用时，将多组捆扎成串的框架抛入近岸水中，构筑成各种形式的堆积体，使水流通过框架堆积体后流态发生改变，将流体对岸坡的冲刷变为不冲或淤积，从而企图达到保护堤岸、稳定坡脚、减小冲刷坑深度、淤临造滩、控导河势等目的。其不足之处是：1)由四面六边体框架捆扎成串的框架抛入近岸水中所构筑的堆积体附近一定造成局部冲刷，形成冲刷坑。冲刷坑的形成将不断淹没这些堆积体，装置功用因此不断损失；2)这种堆积体减少过流断面面积、阻止水流的运动，在洪水期成为泄洪障碍物；3)这种堆积体将水流能量削减的同时，也削减了泥沙运动到堆积体附近的动力，泥沙来源减少了，因此，促淤积效率不高。4)这种堆积体阻止水流的运动，调整原有水流运动向两侧偏离，改变原有水流的运动方向，也许造成两侧冲刷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种河床与海床上泥沙截留、促淤防冲之新装置，使其阻水作用小，不滞洪，不削减泥沙运动的原动力，不改变原有水流的运动方向，成为一种行洪效果好、侧向流场改变小、没有明显局部冲刷的高效促淤积装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：浮帘、浮体、过沙窗口、锚定构件，浮体设在浮帘上缘，过沙窗口设在浮帘的底部，锚定构件设在浮帘下缘。
所述的浮帘，其下缘每隔20-100厘米设有缆绳，浮帘的宽度与流速分布的均匀度成正比。
所述的浮帘，其下缘缆绳紧密系在锚定构件的环上，或者浮帘下缘直接镶入锚定构件中。
所述的浮体是空心密封体，其目的是将浮帘漂浮在水体中，浮体的体积大小与水流流速的平方成正比、与浮帘的宽度和重量成反比。
所述的浮帘和浮体必须漂浮在水体中。
所述的过沙窗口，其高度分别与水深、流速和沙波尺度成正比，在浅水区域(水深小于1米)为2-10厘米，在深水区域(水深大于5米)为30-100厘米，其它水深区域(水深1-5米)为10-30厘米。
所述的锚定构件最佳为圆柱形重梁，或者是一根方柱重梁，或者是桩柱。锚定构件的重量必须足以固定河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，防止该装置被水流冲走。
所述的锚定构件，其轴向垂直于水流来流方向，使之横躺在床面上。
所述的锚定构件，沿其轴向均匀地设有系缆绳的环，环间距与浮帘下缘缆绳的间距相同。
为节约成本，本发明或者包括：浮帘、浮体、锚定构件，浮体设在浮帘上缘，锚定构件设在浮帘下缘，当所述的浮帘下缘通过缆绳系在锚定构件的环上，浮帘下缘离锚定构件有距离，该距离分别与水深、流速和沙波尺度成正比，在浅水区域(水深小于1米)为2-20厘米，在深水区域(水深大于5米)为60-400厘米，其它水深区域(水深1-5米)为20-60厘米；所述的浮帘、浮体和锚定构件的其他结构特征与以上描述相同。
根据水流中流速与泥沙浓度的垂线分布特点，通过本发明将大部分水流底部来流导向水流上部，小部分水流底部来流通过浮帘过沙窗口进入浮帘的背水面，在浮帘背水面形成一个横轴旋涡。浮帘上游来沙通过浮帘底部的过沙窗口，进入并淤积在该低流速旋涡区内，因而起到上游来沙的底沙截留、促淤积和装置下游防冲刷的作用。由于泥沙的比重比水大，当水流的流速小于泥沙在床面上的起动流速时，泥沙颗粒静止在床面上，随水流速度的增大，泥沙在床面上将开始作滚动、滑动或跳跃运动，甚至悬浮在水体中和水流一起运动。从泥沙的垂线浓度发布来看，泥沙通常在水流的底部运动，泥沙浓度在水面低，越接近床面泥沙浓度越高。从水流的流速、切应力发布和脉动强度垂线发布来看，水流的底部流速小、上部流速大，切应力和脉动强度却在水流底部大而水流上部小。根据水流和泥沙浓度分布的此特点，将浮帘的下缘捆绑在一个安放在床面的锚定构件(如重梁)上，整个装置不会被水流冲走；浮帘的上缘捆绑有一个浮体(浮标或浮筒)，使浮帘能够漂浮在水流中；浮帘的下部在离底部一定高度的位置开有窗口，上游泥沙能够从该窗口进入下游。固定安放在床面的浮帘在水流的推力下，向下游倾斜，水流的大部份底部来流被浮帘导向水流上部，只有小部份通过浮帘的过沙窗口进入浮帘的背水面。在浮帘的背水面存在一个横轴大旋涡，浮帘上游的底部来沙通过浮帘的过沙窗口进入并淤积在该大旋涡区内，最终随时间推移在该旋涡区内淤积成一个沙丘。
本发明的有益效果是：1)装置附近不会明显地产生局部冲刷坑；2)装置对河势干扰和阻水作用均小，不影响过流；3)用于阻水作用小，没有减少原有泥沙运动的动力，装置上游来沙的运动速度和强度不被减少。因此，本发明的泥沙截留和促淤积效率高。
附图说明
图1为本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：浮帘1、浮体2、过沙窗口3、锚定构件4，浮体2设在浮帘1上缘，过沙窗口3设在浮帘1的底部，锚定构件4设在浮帘1下缘。
所述的浮帘1，其下缘每隔20-100厘米设有缆绳，浮帘1的宽度与流速分布的均匀度成正比。
所述的浮帘1，其下缘缆绳紧密系在锚定构件4的环上，或者浮帘1下缘直接镶入锚定构件4中。
所述的浮体2是空心密封体，其目的是将浮帘1漂浮在水体中，浮体2的体积大小与水流流速的平方成正比、与浮帘1的宽度和重量成反比，
所述的浮帘1和浮体2必须漂浮在水体中。
所述的过沙窗口3，其高度分别与水深、流速和沙波尺度成正比，在浅水区域(水深小于1米)为2-10厘米，在深水区域(水深大于5米)为30-100厘米，其它水深区域(水深1-5米)为10-30厘米。
所述的锚定构件4最佳为圆柱形重梁，或者是一根方柱重梁，或者是桩柱。锚定构件4的重量必须足以固定河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，防止该装置被水流冲走。
所述的锚定构件4，其轴向垂直于水流来流方向，使之横躺在床面上。
所述的锚定构件4，沿其轴向均匀地设有系缆绳的环，环间距与浮帘1下缘缆绳的间距相同。
本发明工作时，必须设置在水面下所指定的床面的固定位置上，必须设置在促淤积和防止冲刷部位的上游。对于有往复流存在的海床，在促淤积和防止冲刷部位的两旁都要设置本发明。对于需要河床海床泥沙截留、促淤积防冲刷范围广的区域，可以采用多排多列河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，每个装置正对水流，以获取大面积促淤防冲。

Claims (10)

1.一种河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征在于，包括：浮帘(1)、浮体(2)、过沙窗口(3)、锚定构件(4)，浮体(2)设在浮帘(1)上缘，过沙窗口(3)设在浮帘(1)的底部，锚定构件(4)设在浮帘(1)下缘。
2.一种河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征在于，包括：浮帘(1)、浮体(2)、锚定构件(4)，浮体(2)设在浮帘(1)上缘，锚定构件(4)设在浮帘(1)下缘。
3.根据权利要求1或2所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的浮帘(1)，其下缘每隔20-100厘米设有缆绳，浮帘(1)的宽度与流速分布的均匀度成正比，浮帘(1)必须漂浮在水体中。
4.根据权利要求1或2或3所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的浮帘(1)，其下缘缆绳紧密系在锚定构件(4)的环上，或者浮帘(1)下缘直接镶入锚定构件(4)中。
5.根据权利要求1或2所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的浮体(2)是空心密封体，浮体(2)的体积大小与水流流速的平方成正比、与浮帘(1)的宽度和重量成反比，浮体(2)必须漂浮在水体中。
6.根据权利要求1或2所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的过沙窗口(3)，其高度分别与水深、流速和沙波尺度成正比，在水深小于1米的区域为2-10厘米，在水深大于5米的区域为30-100厘米，在水深1-5米的区域为10-30厘米。
7.根据权利要求1或2所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的锚定构件(4)为圆柱形重梁，或者是一根方柱重梁，或者是桩柱。
8.根据权利要求1或2或7所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的锚定构件(4)，其轴向垂直于水流来流方向。
9.根据权利要求1或2或7或8所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，所述的锚定构件(4)，沿其轴向均匀地设有系缆绳的环，环间距与浮帘(1)下缘缆绳的间距相同。
10.根据权利要求2所述的河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置，其特征是，当所述的浮帘(1)下缘通过缆绳系在锚定构件(4)的环上，浮帘(1)下缘离锚定构件(4)有距离，该距离分别与水深、流速和沙波尺度成正比，在水深小于1米的区域为2-20厘米，在水深大于5米的区域为60-400厘米，水深1-5米的区域为20-60厘米。
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