[發(fā)明專利]多功能套疊排沙孔

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110856835.7
• 申請(qǐng)日: 2021-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113529642A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂琳莉;方國(guó)華;林瑞杰;安安;顏敏;王世杰;楊靜;鄒璐洋;次仁頓珠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B1/02
• 分類號(hào): E02B1/02;E02B3/02
• 代理公司: 焦作加貝專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41182
• 代理人: 馮新志

本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能套疊排沙孔，它涉及排沙技術(shù)領(lǐng)域。包括水庫(kù)、高孔、第一低孔、第二低孔，水庫(kù)的擋水端面設(shè)置有高孔，高孔兩側(cè)下方分別設(shè)置有第一低孔、第二低孔，高孔、第一低孔、第二低孔形成橫向間隔35mm，縱向嵌套7.5mm的品字形排沙孔，且高孔、第一低孔、第二低孔分別通過(guò)管道連通至排沙洞。本發(fā)明通過(guò)高孔與低孔之間高程嵌套形成一種互助拉沙機(jī)制，在泥沙淤積影響到低孔正常工作時(shí)，可以基于互助拉沙機(jī)制，利用高孔排沙形成的拉沙漏斗減少低孔上泥沙的淤積，減小泥沙壓力，降低相應(yīng)的啟門力，提升閘門的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是排沙技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能套疊排沙孔。

背景技術(shù)

中國(guó)是河流泥沙災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，每年河流泥沙造成的損失在100億元量級(jí)。在水利開(kāi)發(fā)集中的西部地區(qū)，眾多河流特性為山溪性卵石河流，邊坡松散堆積體多，河水含沙量大，在引水的同時(shí)也引進(jìn)了大量泥沙，洪水期水流含沙量高達(dá)7-14kg/m³，一般為1-5kg/m³。泥沙對(duì)水工建筑物的危害有很多方面，大顆粒泥沙進(jìn)入引水渠道，并在引水渠道中淤積，造成引水渠道過(guò)水能力下降；挾沙水流會(huì)造成引水渠道、進(jìn)水閘、沖沙閘等的磨損，降低其工程使用年限，減小工程效益；河道中泥沙大量淤積,每年用來(lái)清淤的費(fèi)用很高。此外，水庫(kù)及取水樞紐前的淤積，可導(dǎo)致有效庫(kù)容減少，降低水庫(kù)效益，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致樞紐癱瘓，不能正常運(yùn)行。給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展造成了極大損失。如圖1所示，是在2019年前往西藏某引水式電站進(jìn)行調(diào)研時(shí)，觀測(cè)到的電站取水建筑物，由于排沙設(shè)施設(shè)置不當(dāng)造成的擋水建筑物前泥沙淤積。

在水工建筑物上設(shè)置排沙孔、運(yùn)行中兼顧水沙調(diào)度，是利用水力排沙來(lái)保持庫(kù)容和水庫(kù)穩(wěn)定運(yùn)行的主要方法之一。從水庫(kù)防沙排淤的角度出發(fā)，排沙孔的相關(guān)設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式的研究，具有較大的實(shí)際意義。

水庫(kù)排沙清淤是處理水庫(kù)泥沙淤積不可缺少的環(huán)節(jié)。所以排沙孔的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在目前的水庫(kù)設(shè)計(jì)中排沙洞設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題主要是排沙孔布置不當(dāng)甚至沒(méi)有設(shè)置排沙洞。如三門峽水庫(kù)在原設(shè)計(jì)過(guò)程中，沒(méi)有考慮排沙洞的設(shè)計(jì)，水庫(kù)運(yùn)用時(shí)無(wú)法排泄泥沙，結(jié)果三門峽水庫(kù)在運(yùn)用前幾年就嚴(yán)重淤積；同樣，一些水庫(kù)排沙洞位置設(shè)計(jì)較高，也為不同水位下水庫(kù)泥沙的排泄特別是細(xì)泥沙的排泄帶來(lái)了不利。

同時(shí)排沙清淤的方式選擇也是處理泥沙問(wèn)題的重點(diǎn)。有科研工作者對(duì)于水庫(kù)排沙清淤的方式做了大量研究，并總結(jié)到：排沙清淤的方式有很多，主要有依靠水流沖刷，水力吸泥、高渠拉沙等手段。張崇山[1]等通過(guò)觀測(cè)和試驗(yàn)，對(duì)引水沖灘沖刷的排沙方式進(jìn)行分析研究，使中小型水庫(kù)的排沙有了很好的工程借鑒方法。黃華析[2]等通過(guò)異重流排沙緩解水庫(kù)的淤積問(wèn)題，空庫(kù)排沙，增加了水庫(kù)的壽命。但是，若排沙的對(duì)象是大型水庫(kù)，由于其具備的特點(diǎn)是庫(kù)區(qū)大，庫(kù)內(nèi)流速小，侵蝕基面的上漲引起水庫(kù)坡度降低，借鑒中小型水庫(kù)排沙的方式并不是可行有效的措施。我國(guó)總結(jié)分析了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并研究了大型水庫(kù)的泥沙淤積和排沙的規(guī)律特點(diǎn)，探索出了一套行之有效控制水庫(kù)泥沙淤積的運(yùn)行模式，也就是“蓄清排渾”。早在20世紀(jì)60年代，林一山[3]調(diào)查了水庫(kù)泥沙淤積規(guī)律，初步提出“蓄清排渾”，即“汛期排沙、汛后蓄水”的水庫(kù)調(diào)度方式，并論證了水庫(kù)長(zhǎng)期使用的設(shè)想和概念，初步解決了水庫(kù)排沙與興利的矛盾。

為確定實(shí)際的工程需求，對(duì)現(xiàn)有主流排沙方式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)如表1所示：

表1現(xiàn)有排沙方式統(tǒng)計(jì)表[4]

由上表可知，雖然目前有許多排沙方式可供選擇，但影響泥沙淤積的不確定性較多，現(xiàn)有的排沙建筑物仍有不足。隨著當(dāng)下5G+IOT開(kāi)始與傳統(tǒng)水利行業(yè)相結(jié)合，設(shè)置運(yùn)行中心—降低人力成本將數(shù)據(jù)上云，成為了新的建設(shè)趨勢(shì)，在這種趨勢(shì)下，在設(shè)計(jì)階段提升排沙系統(tǒng)的魯棒性將成為新趨勢(shì)。當(dāng)泥沙淤積高程不影響排沙孔正常工作時(shí)，可以采用小流量、輪流、短時(shí)間的運(yùn)行方式節(jié)約排沙用水[5]。基于新型多功能套疊排沙孔的多孔、多高程、分散排沙進(jìn)口設(shè)計(jì)，可以增大縱橫向拉沙范圍、排沙斷面，為應(yīng)對(duì)泥沙淤積問(wèn)題提供了新的解決方案。為適應(yīng)新階段的建設(shè)需求，應(yīng)對(duì)泥沙淤積問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種多功能套疊排沙孔。