一种水库防淤布设方法

一种水库防淤布设方法
【专利摘要】本发明公开了一种水库防淤布设方法，其特征在于它包括步骤一，利用水库建设期间的上游围堰和导流洞作为水库运行期间进行泥沙输送的设施；步骤二，在大坝上游选址建设栏沙库围堰，使河流来沙在栏沙库内淤积；步骤三，在输沙主管上设置多根输沙支管，每根输沙支管上设置超声波测深仪和电动阀门，实时测量泥面高程，轮流开启电动阀门进行清淤排沙；步骤四，控制柜通过电缆分别与超声波测深仪和电动阀门连接，该控制柜实时采集超声波测深仪监测的各输沙支管口泥面高程，选择泥面相对较高的输沙支管，自动开启电动阀门排沙；同时接受操作指令实现实时排沙。本发明能够达到预防水库内泥沙淤积的积极效果，并保证水库持续稳定地发挥效益。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程【技术领域】，特别是涉及用于预防水库内的泥沙淤积、保证水 库正常运行和充分发挥效益的一种水库防淤布设方法。 一种水库防淤布设方法

【背景技术】
[0002] 水库泥沙淤积问题越来越受到重视，这不仅仅是因泥沙淤积减少有效库容，缩短 水库使用寿命，而且也是因水量丰沛的优良坝址几乎全部用尽。随着经济社会的不断发展， 水资源和清洁的水电资源需求在不断增加，出现了建坝为标志的新修水利工程的局面。以 新建水库为例，移民费用很高，如三峡工程移民费占总投资44% ;另据电监会的统计，我国 水电工程移民投资费用占工程总投资比例范围为5. 17%?54. 51%。
[0003] 为了解决水资源的供需矛盾，一方面需要极力采取有效措施，减缓已建水库的泥 沙淤积速度，另一方面不得不在半干旱甚至干旱地区寻找新的坝址建库。然而，半干旱和干 旱地区的水量一般集中于汛期，非汛期几乎无水可蓄，因此必须在汛期开始蓄水，这样就失 去了宝贵的排沙机会，而由于这些地区的来沙更加集中于汛期，水库泥沙淤积将十分严重。 因此，在这些地区建设的水库不能像水量丰沛地区水库那样采用蓄清排浑的运用方式，导 致干旱和半干旱地区水库存在着蓄水和排沙的矛盾，如何兼顾蓄水和排沙已成为这些地区 水库应用的一个新难题。
[0004] 中国水利部门曾经组织了一次对20个重点水库泥沙淤积情况的调查，这些水 库大多运行了 20多年，结果表明这20个水库的泥沙总淤积量为78亿m3,水库库容损失 18. 6%。当前，我国水库的总淤积量在200多亿m3,严重影响了水库效益的正常发挥。
[0005] 俄罗斯的中亚地区，因淤积影响，坝高低于6m水库的使用寿命只有1?3年，坝高 7?30m水库的使用寿命只有3?13年。
[0006] 采用水库拦蓄泥沙，清水下泄会导致下游河道冲刷，造成河势变化，河道下切，影 响堤防安全，已建水利工程无法运行。
[0007] 现有的水库布设时只考虑用排沙底孔排沙，建坝时的导流洞在水库建成后需要封 堵。据对多个水库多年运行情况的调查，排沙底孔只能排除底孔进口附近很小范围内的部 分泥沙，大部分泥沙淤积在水库内，严重地减少了水库的库容，影响了水库的使用效益。因 此，在水库建设时就考虑防淤是迫在眉睫的现实问题。
[0008] 目前常见的水库淤积防治方法主要有减少入库、多排出库和机械清淤等三种类 型，即在泥沙已进入水库并发生淤积后的治理，却未见在施工布设时考虑在变动回水区将 泥沙排到下游的技术方案。


【发明内容】

[0009] 本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种水库防淤布设方法，本发明是 在水库施工时，将大坝施工围堰和导流洞进水口向上游迁移，以便大坝施工期做导流使用； 在水库运行期，将大坝施工围堰变为栏沙库坝，导流洞作为排沙底孔，从而达到预防水库内 泥沙淤积的积极效果。
[0010] 根据本发明提出的一种水库防淤布设方法，其特征在于它包括如下具体步骤： [0011] 步骤一，利用水库建设期间的上游围堰和导流洞作为水库运行期间进行泥沙输送 的设施；
[0012] 步骤二，在大坝上游选址建设栏沙库围堰，使河流来沙在栏沙库内游积；
[0013] 步骤三，在输沙主管上设置多根输沙支管，每根输沙支管上设置超声波测深仪和 电动阀门，实时测量泥面高程，轮流开启电动阀门进行清淤排沙；
[0014] 步骤四，控制柜通过电缆分别与超声波测深仪和电动阀门连接，该控制柜实时采 集超声波测深仪监测的各输沙支管口泥面高程，选择泥面相对较高的输沙支管，自动开启 电动阀门排沙；同时接受操作指令实现实时排沙。
[0015] 本发明是为预防水库淤积而设计的防淤排沙方法，在水库设计时或水库清淤完毕 后，为防止水库快速淤积即可适时采用本发明进行水库排沙。
[0016] 特别需要说明的是：在河道中建设水库大坝时或水库清淤完毕后，水库的库容处 于最优状态。根据库尾地形确定具体的位置，在水库常年回水段内建设栏沙库，栏沙库建设 可结合水库建设期的上游围堰工程，节省投资，导流隧洞可作输沙管用，从水库大坝下游延 伸到栏沙库，将淤积在栏沙库中的泥沙排放到大坝下游。
[0017] 为了提高单位水量的排沙效率，在栏沙库内的输沙主管上焊接支管，支管数量根 据栏沙库面大小和泥沙特性确定，确保能够把栏沙库内的泥沙及时排净；每根输沙支管上 安装了可控电动阀门，根据泥沙淤积位置的分布，确定开启相应的支管电动阀门；单独开启 1-2根输沙支管，可保证输沙管口有较大水流速度，扩大单根输沙支管的清淤面积。
[0018] 为了提高自动化水平和水库排沙可操作性，可在输沙支管上管口位置安装超声波 测深仪，实时监测淤泥面的高程，既可防止输沙支管被堵塞，又可提高排沙效率；控制柜通 过电缆分别与电动阀门和超声波测深仪连接，以提供电力和通信指令。一般情况下，控制柜 从所有输沙支管中挑选泥面相对较高的几条输沙支管开启电动阀门排沙；如果排沙库内水 量充足，需要加大排沙流量，可人工干预管道电动阀门开启数量，控制柜将依次开启合适的 输沙支管电动阀门进行泄洪排沙，最大效率地将栏沙库中的泥沙输送到水库下游；当超声 波测深仪监测到泥面高程达到管底高程以上时，向控制柜发送报警信息，泥面高程达到管 口底高程时，立即控制电动阀门开启进行排沙，泥面降到管口以下时，自动关闭电动阀门；
[0019] 本发明与现有技术相比其显著优点在于：本发明是为预防水库淤积而设计的防淤 排沙方法，当在水库施工时，将大坝施工围堰和导流洞进水口向上游迁移，以便大坝施工期 做导流使用；在水库运行期，将大坝施工围堰变为栏沙库坝，导流洞作为排沙底孔，从而达 到预防水库内泥沙淤积的积极效果，并保证水库持续稳定地发挥效益。如采用本发明的设 计方法，将施工围堰上移到水库库尾变动回水区，只是增加了一段排沙管的费用，仅为水库 建设费用的百分之一，但可提高水库的运行效益10?20%，并随着水库运行时间的延长， 其防淤所产生的效益将越来越大。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1为输沙支管管口段设备布置示意图。
[0021] 图2为排沙管道布置平面示意图。
[0022] 图3为防淤管道布置剖面示意图。

【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0024] 本发明提出的一种水库防淤布设方法，它包括如下具体实施步骤：
[0025] 步骤一，利用水库建设期间的上游围堰和导流洞作为水库运行期间进行泥沙输送 的设施。这是基于水库有发电、灌溉、防洪等功能而提出的设计，可使水库的水位在一定范 围内变化，如汛期要求水库水位在防汛限制水位以下，非汛期水库水位可以上升到正常蓄 水位；把从大坝前缘至防汛限制水位水面线的回水末端，称为常年回水区，当水库蓄水位为 正常水位，上游来水为五年一遇时，其回水末端为水库的终点，也即水库的长度；把从常年 回水区末端至水库终点，称为变动回水区，变动回水区汛后是水库，汛期是河道；针对水库 建设期间，一般都需要建设上游围堰、导流洞、导流明渠等水工建筑物，大坝建成后，需要封 堵导流洞的特点，这时利用上游围堰作为水库运行期间的栏沙坝，利用导流洞作为排沙洞， 向大坝下游输送水库运行期间的上游泥沙，即可避免水库淤积。
[0026] 步骤二，在大坝上游选址建设栏沙库围堰，使河流来沙在栏沙库内淤积。在设计 常年回水区内选址建设围堰或栏沙库时，要针对水流速度减缓是淤积泥沙的关键障碍的特 点，以便在建设围堰时可就地取材，在围堰上游现地挖出栏沙库，具体实施例为：
[0027] 设河道入库流量为300m3/s，栏沙库平均河宽为300m，平均水深10m，水温为10°C, 入库泥沙为均匀沙，悬浮在水中泥沙中值粒径d 5(l = 0. 05mm,在河底推移的泥沙中值粒径 =0. 5_，则可根据具体步骤选取合适的栏沙坝建设位置：
[0028] 1、泥沙沉降速度：
[0029] 当水温为10°C时，水的密度P = 1000kg/m3,容重γ = 9800N/m3,运动粘性系数 u = 1. 306X10_6m2/S，泥沙的容重ys = 25980N/m3 ;泥沙的沉降速度由下式计算：
[0030]

【权利要求】
1. 一种水库防淤布设方法，其特征在于它包括如下具体步骤： 步骤一，利用水库建设期间的上游围堰和导流洞作为水库运行期间进行泥沙输送的设 施； 步骤二，在大坝上游选址建设栏沙库围堰，使河流来沙在栏沙库内淤积； 步骤三，在输沙主管上设置多根输沙支管，每根输沙支管上设置超声波测深仪和电动 阀门，实时测量泥面高程，轮流开启电动阀门进行清淤排沙； 步骤四，控制柜通过电缆分别与超声波测深仪和电动阀门连接，该控制柜实时采集超 声波测深仪监测的各输沙支管口泥面高程，选择泥面相对较高的输沙支管，自动开启电动 阀门排沙；同时接受操作指令实现实时排沙。
2. 根据权利要求1所述的一种水库防淤布设方法，其特征在于步骤二所述栏沙库围堰 的规格是根据现场泥沙沉降速度和泥沙推移速度的特性来确定。
3. 根据权利要求1所述的一种水库防淤布设方法，其特征在于步骤三所述输沙主管的 尺寸是根据上下游水头差、输送距离和排沙流量来确定，每根输沙支管的直径为上级输沙 管直径的三分之一。
4. 根据权利要求1所述的一种水库防淤布设方法，其特征在于步骤三所述超声波测深 仪带预警控制输出信号，可控制启闭本管段上的电动阀门。
5. 根据权利要求1所述的一种水库防淤布设方法，其特征在于步骤四所述控制柜为 PLC智能控制柜，用于监测超声波测深仪，最优化调度控制启闭所有电动阀门。
【文档编号】E02B3/00GK104250960SQ201410461864
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】舒大兴 申请人:河海大学