坝体下游受冲刷河床修复方法和系统与流程

本发明属于水利水电工程对坝体下游河床修复技术领域，具体涉及一种坝体下游受冲刷河床修复技术。

背景技术：

坝主体包括挡水段和溢流段，溢流段用于定期排水功能，坝体除了能够提供下游农田的灌溉水源和预防河水泛滥作用外，还能够显著减少河口泥沙淤积，保护了河口地区的环境。然而在坝体排水期，从溢流段排放水能很高，流速快且含泥沙量大，通常采用消力池对其消能，而经过消力池后的水流余能仍然能够对下游河床造成有害冲刷，通常表现为对坝下游河床局部冲刷问题，造成河床破坏和高程变化，对坝体安全及河道稳定具有深远之影响。由于该过程是长期缓慢持续的过程，目前没有行之有效的解决手段。

技术实现要素：

针对坝体下游河床因水势能和流速过大及流速不均匀造成河床局部长期被冲刷和难以修复的问题，本发明提供一种效果显著且节能的坝体下游受冲刷河床修复方法和修复系统，适合长期持续修复作业。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种坝体下游受冲刷河床修复方法，在坝体溢流段正对方向的下游修建消能墙，在消能墙的背水面砼壁设置轮座并安装有带轮，在下游水位设置固定的或者活动的带轮，上下游带轮环绕有履带，履带上按一定间距固定铲泥沙斗，铲泥沙斗包括一个弧形斗体，其一侧为凸弧面另一侧设置开口，凸弧面中心区域分布有透水孔，开口的前端向前延伸形成前铲斗，弧形斗体的上侧有固定顶板，下侧设置底翻板，底翻板的前端通过底横轴铰接在前铲斗后侧，从而底翻板能够向下翻转，在弧形斗体的两侧分别固定有侧轴，侧轴上铰接有活动翼板，活动翼板在收缩状态能够匹配扣合在弧形斗体的凸弧面外侧，以及能够被展开，将铲泥沙斗的固定顶板与履带固定在一起，满足，当铲泥沙斗位于履带下方时，前铲斗朝向迎水面且能与河床泥沙堆积区接触，此时两侧的活动翼板被水流冲击处于收缩状态，河床底层泥沙及河水经前铲斗进入弧形斗体内，从漏水孔排水使泥沙积累在弧形斗体内侧，当铲泥沙斗位于履带上方时，两侧活动翼板被水流冲击自动展开，展开状态的铲泥沙斗受水冲击面积扩大，且上层水流速大于河床表面水流速，从而利用水流动力将位于履带上侧的多个铲泥沙斗推送前进并迫使履带转动，带动履带下方的铲泥沙斗向前上游推进，当履带下方的铲泥沙斗移动至河床被冲刷的凹陷区时，其底部的底翻板自动下落，使弧形斗体内部的收集泥沙下落进入凹陷区对凹陷区修复，持续循环能将下游堆积泥沙搬运至上游被冲刷区域。

上述方法中，为提高履带上侧各铲泥沙斗受水流冲击的稳定性，将履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离拉大，方法是在下游设置上下层活动的带轮，上层活动的带轮被趸船或浮体牵引对该带轮向上提，下游活动的带轮被配重牵引对该带轮向下拉，从而增大履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离，使履带上层铲泥沙斗受到较大水流冲击，也能防止河床淤积泥沙对上层铲泥沙斗的活动翼板构成障碍。

上述方法中，将位于消能墙背水面的上游带轮和位于下游的活动带轮沿横向移动，从而对河床不同横向区域进行修复，移动上游带轮的方法是将其安装在对应的轨道上进行推送或牵引移动，或者通过浮体牵引移动，移动下游活动带轮的方法是横移趸船或浮体，以牵引上层活动的带轮移动，或者通过趸船和浮体提升和改变配重位置来移动下层活动的带轮移动。

上述方法中，在上游履带轮的下方设置上游下方履带轮，并被配重牵引对该带轮向下拉，从而增大履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离。

一种坝体下游受冲刷河床修复系统，在坝体溢流段下游的消能墙背水面砼壁安装固定座，固定座上活动连接或固定连接前轴座，前轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮，在下游水位有漂浮在水面上的趸船，趸船向下通过牵引拉链连接下游上牵引座，下游上牵引座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮，同时在趸船上通过移动拉链连接有锚体，锚体连接有下游下牵引座，下游下牵引座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮，在上游活动轴座内履带轮、下游上牵引座内履带轮和下游下牵引座内履带轮上同时套装有履带，履带上按一定间距固定铲泥沙斗，铲泥沙斗能够从各让位槽中通过，铲泥沙斗包括一个弧形斗体，其一侧为凸弧面另一侧设置开口，凸弧面中心区域分布有透水孔，开口的前端向前延伸形成前铲斗，弧形斗体的上侧有固定顶板，下侧设置底翻板，底翻板的前端通过底横轴铰接在前铲斗后侧，在弧形斗体的两侧分别固定有侧轴，侧轴上铰接有活动翼板，活动翼板能够匹配扣合在弧形斗体的凸弧面外侧，以及能够被展开，将铲泥沙斗的固定顶板与履带固定在一起，且位于履带下方各当铲泥沙斗的前铲斗朝向上游。

上述系统中，进一步又在消能墙背水面砼壁的上方和下方分别安装上固定座和下固定座，上固定座和下固定座上活动连接或固定连接前轴座，前轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮，在上固定座内履带轮、下固定座内履带轮、下游上牵引座内履带轮和下游下牵引座内履带轮上同时套装有履带。

上述系统中，进一步又在消能墙背水面砼壁沿横向至少固定两组上固定座，相邻上固定座之间沿横向固定有支撑滑杆，在支撑滑杆上套装有滑动座，使滑动座能够在支撑滑杆上平行滑动，所述前轴座固定在滑动座上，或者铰接在滑动座上，同时设置有驱动滑动座横移的驱动机构。进一步地，又在消能墙背水面砼壁的底部的上下位置至少固定有两组下固定座，上侧相邻下固定座之间固定有横滑杆，下侧相邻下固定座之间固定有横滑杆，在每根横滑杆上套装有横滑套，每组上下横滑套之间固定有一对竖管，竖管外侧套装有竖滑套并设置有锁紧螺栓，竖滑套上固定有活动轴座，活动轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮，在前轴座内履带轮、活动轴座内履带轮、下游上牵引座内履带轮和下游下牵引座内履带轮上同时套装有履带。

上述系统中，所采用的驱动机构为电机通过变速器连接一根横螺杆，同时在滑动座的横孔内套装有螺纹套或直接在滑动座设置螺纹孔，横螺杆与螺纹套或螺纹孔匹配安装；或者驱动机构为牵引机，通过牵引绳拉动滑套移动。

另外，所述铲泥沙斗的活动翼板末端延长有翼板延长板。同时还可以在所述铲泥沙斗的弧形斗体或前铲斗侧壁固定有限位块，用于支撑展开后的活动翼板，对活动翼板进行限位。

其中，用于安装各履带轮的轴座分别通过竖销轴铰接在对应的固定座上。

本发明的有益效果：本发明利用泄洪水流余能作为河床修复驱动力，能够对坝体下游受冲刷河床进行长期持续有效修复，而且能够根据河床的几何形态和地形条件进行调节，使修复系统处于最佳修复位置和角度。当铲泥沙斗位于履带下方时，前铲斗朝向迎水面且能与河床泥沙堆积区接触，此时两侧的活动翼板被水流冲击处于收缩状态，河床底层泥沙及河水经前铲斗进入弧形斗体内，从漏水孔排水使泥沙积累在弧形斗体内侧，当铲泥沙斗位于履带上方时，两侧活动翼板被水流冲击自动展开，展开状态的铲泥沙斗受水冲击面积扩大，且上层水流速大于河床表面水流速，从而利用水流动力将位于履带上侧的多个铲泥沙斗推送前进并迫使履带转动，带动履带下方的铲泥沙斗向前上游推进，当履带下方的铲泥沙斗移动至河床被冲刷的凹陷区时，其底部的底翻板自动下落，使弧形斗体内部的收集泥沙下落进入凹陷区对凹陷区修复，持续循环能将下游堆积泥沙搬运至上游被冲刷区域。

本发明可以采用更多种方式来实现该方案，当采用位置固定的循环结构时，结构非常简化，调整到位后即可实现无动力自循环，节能免维护，使用成本低，适合河床特定部位长期容易受到冲刷和淤积的区域。当采用控制横移的方式时，仅需要少量的动力即可驱动整个系统逐渐横移，以及停留在受冲刷严重的区域重点修复作业，循环过程中仍如以水流冲击作为循环动力，可实现大范围河床修复，能源消耗很低，修复效果好。再进配合角度可调的情况下，几乎实现消能墙下方易冲刷河床任意位置的修复功能。

本发明由于其节能显著和不需要频繁操控管理的特点，适合长期使用进行修复作业。

附图说明

图1是本发明在坝体下游使用状态示意图。

图2是本发明在坝体下游循环系统示意图。

图3是图2的俯视结构示意图。

图4是图2中a部放大结构示意图。

图5是图3中b部放大结构示意图。

图6是本发明铲泥沙斗的结构示意图。

图7是图6的剖面结构示意图。

图8是铲泥沙斗的倾斜卸沙状态示意图。

图9是铲泥沙斗的位于上侧位的剖面结构示意图。

图10是铲泥沙斗的位于履带下侧位固定状态示意图。

图11是铲泥沙斗的位于履带上侧位固定状态示意图。

图12是一种铲泥沙斗的收缩状态的俯视图。

图13是图12铲泥沙斗的展开状态的俯视图。

图14是带轮与履带安装状态示意图。

图15是履带轮通过竖销轴安装的结构示意图。

图16是另一种铲泥沙斗的收缩状态的俯视图。

图17是图16铲泥沙斗的展开状态的俯视图。

图18是采用上下滑动座的结构示意图。

图19是采用辅助调节机构的结构示意图。

图20是图19的右视结构示意图。

图中标号：1为水库，2为坝体，3为消能池，4为消能墙，5为河床修复系统，501为上固定座，501a为下固定座，502为滑动座，503为下游上牵引座，504为牵引拉链，505为趸船，506为下游下牵引座，507为锚体，508为移动拉链，509为履带轮，510为支撑滑杆，511为电机，512为变速器，513为固定轴座，514为前轴座，515为竖销轴，516为螺杆，6为铲泥沙斗，601为弧形斗体，602为固定顶板，603为前铲斗，604为底横轴，605为底翻板，606为透水孔，607为网层，608为固定孔，609为侧轴，610为活动翼板，611为限位块，612为翼板延长板，7为履带，8为辅助调节机构，801为下固定座，802为竖方管，803为方滑套，804为锁紧螺栓，805为活动轴座，806为横滑杆，807为横滑套，9为坝体下游河床，91为河床清理区，92为河床修复区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：如图1所示，在坝体溢流段正对方向的下游底部修建消能池，消能池的下游修建消能墙，水库水通过坝体溢流段排放后依次经过消能池和消能墙消能后，降低其流速，可以首先从降低排水期流速的角度来减小下游河床受到冲刷程度，然后在坝体下游河床修建河床修复系统。

具体方法是首先在消能墙的背水面砼壁设置轮座并安装有带轮，此处安装轮座的方法有三种，第一种方法是直接在消能墙背水面砼壁上安装固定座，固定座安装轮座，轮座安装带轮。第二种方法是采用如图6所示的方式，在图6中，在消能墙背水面砼壁固定三组（或多组）上固定座，相邻上固定座之间沿横向固定有支撑滑杆，在支撑滑杆上套装有滑动座，使滑动座能够在支撑滑杆上平行滑动，轮座安装在在滑动座上（轮座可以直接固定在滑动座上，也可以通过竖销轴515铰接在滑动座上，如图15）。同时，设置有驱动滑动座横移的驱动机构。驱动方式多样，以推动滑动座能往返平移为准，例如可是如图6中所示将电机通过变速器连接一根横螺杆，同时在滑动座的横孔内套装有螺纹套或直接在滑动座设置螺纹孔，横螺杆与螺纹套或螺纹孔匹配安装。驱动方式也可以采用牵引机（例如卷扬机），通过牵引绳拉动滑套移动，可以在河道两侧设置定滑轮来改变牵引拉绳的移动方向。第三种方法是例如采用趸船来带动轮座移动将轮座平移的方式。将位于消能墙背水面的上游带轮和位于下游的活动带轮沿横向移动，从而对河床不同横向区域进行修复。

然后，在下游水位设置固定的或者活动的带轮。例如采用如图2所示的方法，在下游水位有漂浮在水面上的趸船，趸船向下通过牵引拉链连接下游上牵引座，控制牵引拉链的长度能够改变下游上牵引座的高度。下游上牵引座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮。图2中还在趸船上通过移动拉链连接有锚体，锚体连接有下游下牵引座，下游下牵引座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮。需要改变下游下牵引座的位置时，提升移动拉链是锚体提高，移动到位后在放下锚体。利用该方法能够将履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离拉大，上层活动的带轮被趸船或浮体牵引对该带轮向上提，下游活动的带轮被配重牵引对该带轮向下拉，从而增大履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离，使履带上层铲泥沙斗受到较大水流冲击，以及防止河床淤积泥沙对上层铲泥沙斗的活动翼板构成障碍。

再在上游活动轴座内履带轮、下游上牵引座内履带轮和下游下牵引座内履带轮上同时套装有履带，且履带上按一定间距固定铲泥沙斗。

铲泥沙斗的一种结构及其与履带的安装关系参见图6-图13所示，这种铲泥沙斗包括一个弧形斗体，其一侧为凸弧面另一侧设置开口，凸弧面中心区域分布有透水孔，开口的前端向前延伸形成前铲斗，弧形斗体的上侧有固定顶板，下侧设置底翻板，底翻板的前端通过底横轴铰接在前铲斗后侧，从而底翻板能够向下翻转，在弧形斗体的两侧分别固定有侧轴，侧轴上铰接有活动翼板，活动翼板在收缩状态能够匹配扣合在弧形斗体的凸弧面外侧，以及能够被展开，将铲泥沙斗的固定顶板与履带固定在一起。满足，当铲泥沙斗位于履带下方时，前铲斗朝向迎水面且能与河床泥沙堆积区接触，此时两侧的活动翼板被水流冲击处于收缩状态，河床底层泥沙及河水经前铲斗进入弧形斗体内，从漏水孔排水使泥沙积累在弧形斗体内侧，当铲泥沙斗位于履带上方时，两侧活动翼板被水流冲击自动展开，展开状态的铲泥沙斗受水冲击面积扩大，且上层水流速大于河床表面水流速，从而利用水流动力将位于履带上侧的多个铲泥沙斗推送前进并迫使履带转动，带动履带下方的铲泥沙斗向前上游推进，当履带下方的铲泥沙斗移动至河床被冲刷的凹陷区时，其底部的底翻板自动下落，使弧形斗体内部的收集泥沙下落进入凹陷区对凹陷区修复，持续循环能将下游堆积泥沙搬运至上游被冲刷区域。

另外，当上游轮座采用上述方法一时，下游可采用固定的带轮，如图1所示，通过在河道特定位置设置固定架来安装固定带轮。

实施例2：为使下层履带携带各铲泥沙斗向河床底部靠近，本实施例在实施例1基础上又在上游履带轮的下方设置上游下方履带轮，并被配重牵引对该带轮向下拉，从而增大履带上层铲泥沙斗和下层铲泥沙斗之间的距离。

以上各实施例方法，能够将坝体下游河床因水流速不同造成河床破坏进行修复，能够平衡河床底部不均匀泥沙堆积和冲砂缺失，不仅能够对坝体溢流段下游河床进行修复，由于其具有横向移动功能，也能对坝体挡水段下游河床进行修复。另外，各履带轮的轴座可以分别通过如图15中竖销轴515铰接在对应的固定座上，从而使履带的方向处理沿水流方向外，也可以有适度摆动性，以便于对河床特殊区域进行淤积清理和冲刷修复。

实施例3：一种坝体下游受冲刷河床修复系统，在坝体溢流段下游的消能墙背水面砼壁安装固定座，固定座上固定连接前轴座，前轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。又在下游水位有漂浮在水面上的趸船505，趸船505向下通过牵引拉链504连接下游上牵引座503，下游上牵引座503设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。在上游活动轴座内履带轮509和下游上牵引座503内履带轮509上套装有履带7，如图14所示，履带轮509的轮体最好采用多边棱柱形，其棱边长度与固定顶板602上的固定钉间距相同。履带上按一定间距固定铲泥沙斗6，铲泥沙斗6包括一个弧形斗体601，其一侧为凸弧面另一侧设置开口，凸弧面中心区域分布有透水孔606，开口的前端向前延伸形成前铲斗603，透水孔606上还可以增设网层607，以提高过滤泥沙作用。弧形斗体601的上侧有固定顶板602，下侧设置底翻板605，底翻板605的前端通过底横轴604铰接在前铲斗603后侧，在弧形斗体601的两侧分别固定有侧轴609，侧轴609上铰接有活动翼板610，活动翼板610能够匹配扣合在弧形斗体601的凸弧面外侧，以及能够被展开，将铲泥沙斗6的固定顶板602与履带7固定在一起，且位于履带7下方各当铲泥沙斗6的前铲斗603朝向上游。当铲泥沙斗6位于履带下方时，前铲斗603朝向迎水面且能与河床泥沙堆积区接触，此时两侧的活动翼板610被水流冲击处于收缩状态，河床底层泥沙及河水经前铲斗603进入弧形斗体601内，从漏水孔排水使泥沙积累在弧形斗体601内侧，当铲泥沙斗6位于履带上方时，两侧活动翼板610被水流冲击自动展开，展开状态的铲泥沙斗6受水冲击面积扩大，且上层水流速大于河床表面水流速，从而利用水流动力将位于履带上侧的多个铲泥沙斗6推送前进并迫使履带转动，带动履带下方的铲泥沙斗6向前上游推进，当履带下方的铲泥沙斗6移动至河床被冲刷的凹陷区时，其底部的底翻板605自动下落，使弧形斗体601内部的收集泥沙下落进入凹陷区对凹陷区修复，持续循环能将下游堆积泥沙搬运至上游被冲刷区域。

实施例4：在实施例3基础上，又同时在趸船505上通过移动拉链508连接有锚体507，锚体507连接有下游下牵引座506，下游下牵引座506设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。在上游活动轴座内履带轮509、下游上牵引座503内履带轮509和下游下牵引座506内履带轮509上同时套装有履带7。

实施例5：一种坝体下游受冲刷河床修复系统，固定座上活动连接前轴座，具体参见图2-图5所示，是在坝体溢流段下游的消能墙背水面砼壁上，固定至少两组上固定座501（图3中有三组固定座），相邻上固定座501之间沿横向固定有支撑滑杆510，在支撑滑杆510上套装有滑动座502，使滑动座502能够在支撑滑杆510上平行滑动。

所采用的驱动机构为电机通过变速器连接一根横螺杆，同时在滑动座502的横孔内套装有螺纹套或直接在滑动座502设置螺纹孔，横螺杆与螺纹套或螺纹孔匹配安装。或者，驱动机构为牵引机，通过牵引绳拉动滑套移动。

在滑动座502上设置有前轴座，前轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。在下游水位有漂浮在水面上的趸船505，趸船505向下通过牵引拉链504连接下游上牵引座503，下游上牵引座503设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。同时，在趸船505上通过移动拉链508连接有锚体507，锚体507连接有下游下牵引座506，下游下牵引座506设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509。在上游前轴座内履带轮509、下游上牵引座503内履带轮509和下游下牵引座506内履带轮509上同时套装有履带，履带上按一定间距固定有如图8-图13所示的铲泥沙斗6。

实施例6：在实施例1或5基础上，在坝体溢流段下游的消能墙背水面砼壁的上方和下方分别安装上固定座501和下固定座501a，上固定座501和下固定座501a上活动连接或固定连接前轴座，前轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509，在下游水位有漂浮在水面上的趸船505，趸船505向下通过牵引拉链504连接下游上牵引座503，下游上牵引座503设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509，同时在趸船505上通过移动拉链508连接有锚体507，锚体507连接有下游下牵引座506，下游下牵引座506设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509，在上游前轴座内履带轮509、下游上牵引座503内履带轮509和下游下牵引座506内履带轮509上同时套装有履带，履带上按一定间距固定铲泥沙斗6。

实施例7：在实施例6基础上，在消能墙背水面砼壁固定至少两组上固定座501，相邻上固定座501之间沿横向固定有支撑滑杆510，在支撑滑杆510上套装有滑动座502，使滑动座502能够在支撑滑杆510上平行滑动，前轴座固定在在滑动座502上，或者铰接在滑动座502上，同时设置有驱动滑动座502横移的驱动机构。

实施例8：在实施例6基础上，在消能墙背水面砼壁的上方和下方，分别固定至少两组上固定座501，如图18所示，相邻上固定座501之间沿横向固定有支撑滑杆510，在支撑滑杆510上套装有滑动座502，使滑动座502能够在支撑滑杆510上平行滑动，前轴座固定在在滑动座502上，或者铰接在滑动座502上，同时设置有驱动滑动座502横移的驱动机构。

实施例9：在实施例6基础上，如图3、图19和图20所示，在消能墙背水面砼壁固定至少两组上固定座501，相邻上固定座501之间沿横向固定有支撑滑杆510，在支撑滑杆510上套装有滑动座502，使滑动座502能够在支撑滑杆510上平行滑动，前轴座固定在在滑动座502上，或者铰接在滑动座502上，同时设置有驱动滑动座502横移的驱动机构。在消能墙背水面砼壁的底部固定有上下至少两组下固定座801，上侧相邻固定座之间和下侧相邻固定座之间分别固定有横滑杆，在每根横滑杆上套装有横滑套，每组上下横滑杆之间固定有一对竖管，竖管外侧套装有滑套并设置有锁紧螺栓，滑套上固定有活动轴座，活动轴座设置让位槽，让位槽端部横向固定有轴并安装有履带轮509，在前轴座内履带轮509、活动轴座内履带轮509、下游上牵引座503内履带轮509和下游下牵引座506内履带轮509上同时套装有履带。

实施例9：在以上各实施例基础上，铲泥沙斗6的活动翼板610末端延长有翼板延长板，如图16和图17所示。同时，又在铲泥沙斗6的弧形斗体601或前铲斗603侧壁固定有限位块，用于支撑展开后的活动翼板610，对活动翼板610进行限位。