专利名称：一种水库泄排输水设施的水沙进口自行清淤和清堵的方法
技术领域：
本发明属于水利工程技术领域，涉及水库工程的泄洪孔洞、排沙孔洞、输水孔洞等泄排输水设施的水沙进口，自行利用水力进行清淤和清堵的方法，并有利于泄排输水设施对水沙的输排。
背景技术：
为了利用水资源和水能资源，需要建坝拦河修水库，蓄水调节径流，以及提升水位；而水库工程常常需要设置泄洪孔洞、排沙孔洞、输水孔洞等一些位置较低的泄排输水设施。水库在拦河蓄水的同时，也会拦截泥沙，造成库区淤积。水库的这些位置较低的泄 排输水设施的水沙进口(简称水沙进口)，由于位置较低，容易造成淤积和淤堵。尤其是多泥沙河流上的水库，淤积比较严重，如果这些泄排输水设施较长时间不使用，其水沙进口可能会被泥沙淤没和淤堵，甚至会被泥沙淤积物深埋，影响正常使用，甚至造成无法使用。目前，对于位置较低泄排输水设施的水沙进口，防淤和防堵的方法主要有一、在水库运行中,确保水沙进口 “门前清”。这是一种以预防为主的方法在水库运行中，随时监测各泄排输水设施的水沙进口，及其前沿库区的淤积情况；适时开启泄排输水设施进行泄水、输水和排沙运行，利用泄排输水设施运行时所产生的水流，对水沙进口及其前沿库区进行冲刷和排沙，进行减淤，以控制水沙进口处及其前沿部位泥沙淤积的高度和淤积形态。从而防止泥沙淤没水沙进口，以及控制水沙进口前沿淤积漏斗的边坡，防止边坡过陡，导致坍滑而堵塞水沙进口。这种防止水沙进口淤积和淤堵的方法，会对泄排输水设施和水库的运行管理工作提出比较高的要求，会影响泄排输水设施和整个水库运行的灵活性，比较被动。并且，水沙进口的位置不宜太低，使得水库的淤积量比较大。二、在水沙进口合适部位设置高压水枪，或临时采用高压水枪，进行冲淤。这种方法利用高压水枪高速射流的冲淤作用，对水沙进口进行清淤和清堵。高压水枪所产生的高速射流，在密度很小的空气介质中，射程很大，冲刷能力很强。但是，这种高速射流，在密度相同的水体介质中，水体介质会产生很大的阻力；高速射流周围的水体会产生强烈的涡流和紊流，具有很强的消能作用。由于水枪所产生的高速射流，流量很小，能量有限，因而在水体介质中会很快被消能而消失，射程很短。因此，高压水枪在水下所能产生的冲刷和清淤作用，影响范围很有限，清淤的效率较差。常常需要在各个部位设置多支水枪；而且，相关设备及其操作比较复杂，运行不灵活。当水沙进口被泥沙严重淤堵，尤其是水沙进口被泥沙深埋没有开通之前，由于高压水枪的流量很小，所提供的水量很有限，不能与理清下来的泥沙一起形成一定流量和含沙量较小的泥浆或混水，也不能形成有效的水力输送；因而，不能对清淤和清堵所形成的水沙有效地进行输排，很容易造成大量泥沙在泄排输水设施的通道里滞留，形成堵塞，产生严重的后果。另外，采用这种水沙进口清淤和清堵的方法，水沙进口的位置也不宜太低，使得水库的淤积量比较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，当泄排输水设施的水沙进口发生淤积和淤堵时，能够自行产生具有一定流速和流量的冲淤水流；而且，水沙进口淤积和淤堵的情况越严重，自行产生的冲淤水流的流速和流量也越大，冲刷能力越强，从而能够自行对水沙进口有效地进行清淤和清堵。尤其是在水沙进口被泥沙淤积物严重淤堵，甚至深埋时，以及水沙进口前沿泥沙淤积漏斗的边坡出现坍滑，泥沙坍滑体突然堵塞水沙进口时，也能够自行进行清淤和清堵，自行开通水沙进口，使泄排输水设施恢复正常工作。并且，本发明能够形成比较大的冲淤流量，有利于泄排输水设施对清淤和清堵所形成的水沙进行输排。本发明的目的是这样实现的这是一种水库泄排输水设施的水沙进口自行进行清淤和清堵的方法，其特征在·于在泄排输水设施的水沙进口及其近旁的合适部位，设置一个或多个具有一定过流断面的冲淤出水口，冲淤出水口朝向可能出现淤积和淤堵以及有利于水沙输送的方向；冲淤出水口通过较大落差的冲淤输水道，与位于水库淤积面以上的冲淤取水口连通，使得冲淤出水口能够通过冲淤输水道和冲淤取水口，从库区上部取用清水或相对清水，并直接获得与库水位相应的水头。根据情况，数个相邻，但位置、断面大小和出流方向各不相同的冲淤出水口，可以共用同一组冲淤输水道和冲淤取水口。由冲淤出水口、冲淤输水道和冲淤取水口以及相关附属设施所形成的系统，本文称之为“冲淤系统”。泄排输水设施不工作时，由于水沙进口和冲淤出水口处在同一个静止的水体之中，两者之间没有压力差，因而，不管水沙进口处是否出现泥沙淤积和淤堵，冲淤出水口都不会产生冲淤水流，冲淤系统也不工作。泄排输水设施工作时，如果水沙进口处没有淤积或淤积不严重，由于冲淤出水口与水沙进口处在同一个水体中，因而冲淤系统也基本不工作。只是泄排输水设施工作时，水沙进口处产生输送水沙的流速，部分压能转变为动能，水沙进口处的压力因之稍有下降，与冲淤出水口之间形成微小的压差，冲淤系统因之会产生流速和流量很小的水流，但对泄排输水设施的工作基本不产生影响。泄排输水设施工作时，如果水沙进口发生泥沙淤积和淤堵，水库向水沙进口的水沙输送和压力传递会出现不畅或受阻，冲淤出水口与水沙进口之间因之产生压差，冲淤出水口因之会产生冲淤水流，对水沙进口及其前沿淤积和淤堵的泥沙形成冲刷，进行清淤和清堵。水沙进口淤积和淤堵的情况越严重，冲淤出水口与水沙进口之间的压差也越大，冲淤出水口所产生的冲淤水流的流速、流量和冲刷力就会越大，清淤和清堵的作用也越大。冲淤出水口的冲淤水流与水沙进口输送水沙的水流，出流的方向不一样；但是，两者此长彼消，彼此的矛盾不大，不会影响泄排输水设施的正常运行。显然，本发明可以采用过流断面和过流能力比较大的冲淤系统，因而能够产生比较大的冲淤流量；而且，水沙进口淤堵的情况越严重，所产生的冲淤流量也越大，使得清理下来的泥沙能够与冲淤水流一起，形成含沙量较小的泥浆或混水。并且，由于本发明的冲淤水流直接来自水库上层的清水或相对清水，较大流量的冲淤水流同时具有与库水位相对应的水头，从而能够通过泄排输水设施的水沙泄排输送通道，对冲淤所形成的泥浆或混水，有效地进行输排。也就是说，清淤和清堵时所形成的水沙，能够通过泄排输水设施有效地进行输排。本发明所提供的水沙进口自行清淤和清堵的方法，只是针对泄排输水设施水沙进口的清淤和清堵问题，对于有压和无压的泄排输水设施均适用。水库的各种泄排输水设施所承担的任务不同，主要有承担泄洪、排沙、水库放空排水、供水输水和发电输水等任务的泄排输水设施，有些泄排输水设施还会承担多重任务。并且，各水库工程的工程条件千差万别。因此，每座水库的每个泄排输水设施，都有自己具体的任务、具体的布置、设计和运行控制方案；这些都会直接影响水沙进口冲淤系统的布置、设计和运行控制。而水沙进口冲淤系统的布置、设计和运行控制，也会对泄排输水设施的布置、设计和运行控制产生相当的影响。因此，具体工程应用本方法时，须根据不同泄排输水设施所不同的具体情况，进行全面分析和考虑，因地制宜采取相应的措施。本发明的有益效果是
泄排输水设施不运行时,冲游系统不工作；水库泄排输水设施的水沙进口没有发生淤积和淤堵，泄排输水设施运行时冲淤系统基本不工作。当水库泄排输水设施的水沙进口发生淤积和淤堵，泄排输水设施运行时，冲淤系统能够自行产生随着水沙进口淤积和淤堵的程度增大而增大而冲淤水流，对水沙进口进行清淤和清堵。本发明的冲淤系统，不会影响泄排输水设施的正常运行。冲淤系统可以采用较大的过流断面，形成较大的冲淤流量和压力水头，能够通过泄排输水设施的水沙泄排输送通道，对清淤和清堵所形成的水沙有效地进行输排。本发明所提供的水沙进口自行清淤和清堵的方法，在不影响泄排输水设施正常运行的前提下，能够有效提高泄排输水设施防止淤堵的能力，并使之提高适应能力。比如，可以大幅度降低泄排输水设施及其水沙进口的位置，以减小水库的死库容；并能够为水库比较彻底的防淤和清淤措施，提供有力的技术支持。本发明具有较大的经济、社会和生态效益，能够产生十分积极的作用。
图I是实施例的纵剖面图。图2是实施例的平剖面图。图中的标号分别为I.冲淤出水口 ；2.冲淤输水道；3.冲淤取水口 ；4.冲淤取水口封闭闸门；5.冲淤取水口通气孔；6.冲淤取水口拦污栅；7.泄排输水设施的水沙进口(简称水沙进口)；8.泄排输水设施的水沙泄排输送通道(简称水沙泄排输送通道);9.泄排输水设施的工作或事故闸门(简称工作或事故闸门)；
10.水沙进口检修及防沙闸门(简称检修及防沙闸门)；11.水沙进口通气孔(简称通气孔)；12.水沙进口拦污栅(简称拦污栅);13.水库；14.库水位；15.水库泥沙淤积面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的水库泄排输水设施的水沙进口自行清淤和清堵的方法作进一步的说明，参见图I一2 在图I、图2中，由水沙进口 7、水沙泄排输送通道8、工作或事故闸门9、检修及防沙闸门10、通气孔11和拦污栅12所组成的设施，为水库常规的泄排输水设施。在泄排输水设施的水沙进口 7及其近旁的合适部位设置有四个冲淤出水口 1，当然，也可以设置更多或更少的冲淤出水口 1，冲淤出水口 I朝向可能出现淤积和淤堵以及有利于水沙输送的方向；冲淤出水口 I通过冲淤输水道2与位于水库泥沙积淤面15以上的冲淤取水口 3连通，其中同一侧的两个相邻但位置和出流方向不同的冲游出水口 1，共用同一组冲游输水道2和冲淤取水口 3。由冲淤出水口 I、冲淤输水道2、冲淤取水口 3、冲淤取水口封闭闸门4、冲淤取水口通气孔5和冲淤取水口拦污栅6形成了冲淤系统。在附图所示的实施例中，泄排输水设施的工作或事故闸门9和检修及防沙闸门10均布置在水沙进口 7处，所有冲淤出水口 I均布置在检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9的前侧。这是一种比较简单的情况，用以说明本发明的原理和实施方法，其工作的情况如下一、泄排输水设施不工作时。泄排输水设施不工作时，检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9关闭。此时，水沙进口 7和冲淤出水口 I处在同一个静止的水体之中，由于两者之间没有压力差，因而，不管水沙进口 7处是否出现泥沙淤积和淤堵，冲淤出水口 I都不会产生冲淤水流，冲淤系统不工作。二、泄排输水设施开始工作时。当泄排输水设施开始工作时，检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9均开启，冲淤出水口 I及其冲淤系统同时也开始工作。随着水沙进口 7处泥沙淤积和淤堵情况的变化，主要会有以下几种情况I、当水沙进口 7处没有淤积或淤积不严重时，冲淤出水口 I与水沙进口 7处在同一个水体中；只是由于泄排输水设施工作时，水沙进口 7处产生输送水沙的流速，部分压能转变为动能，水沙进口 7处的压力因之稍有下降，与冲淤出水口 I之间会形成微小的压差，冲淤系统因之会产生流速和流量很小的水流。此时，由于冲淤系统所产生的这种水流，流速和流量都很小，不会对泄排输水设施及其水沙进口 7的运行产生明显的影响，并有助于冲淤系统的防淤。如果冲淤系统的过流断面比较大，这种流速很小的水流，也能够形成一定流量的清水水流，有助于控制泄排输水设施输送水沙的含沙量。2、当水沙进口 7处出现泥沙淤积和淤堵，尤其是水沙进口 7处淤堵情况比较严重时，会导致水库向水沙进口 7输送水沙和压力的传递不畅或受阻。而冲淤出水口 1，通过冲淤输水道2和位于水库泥沙积淤面15以上的冲淤取水口 3，直接与水库上层的水体连通，库区水体的压力能够直接传递，使得冲淤出水口 I的压力高于水沙进口 7而出现压差；冲淤出水口 I因之会形成一定流速和流量的冲淤水流，对水沙进口 7处的泥沙淤积和淤堵物形成冲刷，进行清淤和清堵。水沙进口 7淤积和淤堵的情况越严重，水库向水沙进口 7输送水沙和传递压力的阻力越大，冲淤出水口 I与水沙进口 7之间的压差也越大，冲淤出水口 I所形成的冲淤水 流的流速、流量和能量就越大，冲淤的作用也越强烈。此时，由于水沙进口 7尚未完全堵死，还能输送水沙。水沙进口 7输送水沙的水流，也会对水沙进口 7处的泥沙淤积形成冲刷，产生清淤的作用。当水沙进口 7淤堵情况不是非常严重时，水沙进口 7输送水沙的水流所产生的清淤作用，可能会起到主要的作用；此时，冲淤出水口 I所产生的冲淤清水或相对清水，同时会对水沙进口 7所输送的水沙起到稀释的作用，有利于水沙的输排。3、当水沙进口 7被完全淤堵，尤其是被淤埋和深埋时；以及水沙进口 7前沿泥沙淤积漏斗的边坡出现坍滑，泥沙坍滑体堵塞水沙进口 7时，由于水库不能向水沙进口 7输送水沙和进行压力的传递，从而使得直接从水库13的上层取水，并获得与库水位14相应水头的冲淤出水口 1，与水沙进口 7之间产生很大的压差，冲淤出水口 I因之会产生大流量的高速冲淤水流，对水沙进口 7处的泥沙淤堵物形成强烈的冲刷，从而能够对水沙进口 7有效地进行清淤和清堵。当水沙进口 7被泥沙严重淤堵和淤埋，不能马上开通时，冲淤出水口 I所产生的高速冲淤水流，会对水沙进口 7处的泥沙淤堵物，及其前沿泥沙淤积体的底部，形成冲刷和淘刷，进行清理；从而逐渐开通水沙进口 7，使泄排输水设施恢复正常工作。在水沙进口 7没有开通之前，水库不能直接向水沙进口 7输送水沙，被冲淤出水口 I的冲淤水流所清理下来的泥沙，只能与冲淤水流一起，形成一定含沙量的水沙，通过泄排输水设施的水沙泄排输送通道8输排到下游。此时，将完全由冲淤系统所产生的冲淤水流，为泄排输水设施维持水沙的输排提供必需的流量。因此，冲淤出水口 I应当具有一定的过流断面和过流能力。在水沙进口 7出现严重淤堵的情况下，一般应避免冲淤出水口 I所产生的冲淤水流在空气中高速出流，或者在水气交替变化不稳定环境中出流的情况发生，以防止高速或不稳定的冲淤水流可能产生的破坏作用；应采取相应的措施。4、如果水沙进口 7出现严重淤堵和淤埋，冲淤出水口 I也可能被淤堵。但是，只要检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9以下的水沙泄排输送通道8没有被淤堵，由于靠近检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9的冲淤出水口 I到水沙泄排输送通道8的距离较短，其间泥沙淤堵物的厚度较小；并由于检修及防沙闸门10和工作或事故闸门9开启以后，门前部分泥沙淤堵物的稳定性较差，在高压渗水的作用下，冲淤出水口 I处的泥沙淤堵物很容易自行消除，冲淤出水口 I很容易自行开通。只要有一个冲淤出水口 I开通，其余的冲淤出水口 I就能够陆续开通，从而能够对水沙进口 7所淤堵的泥沙进行有效的水力冲淤，逐渐开通水沙进口 7，使泄排输水设施逐渐自行恢复正常工作。
权利要求
1.一种水库泄排输水设施的水沙进口自行清淤和清堵的方法，其特征在于在泄排输水设施的水沙进口及其近旁的合适部位，设置一个或多个具有一定过流断面的冲淤出水口，冲淤出水口朝向可能出现淤积和淤堵以及有利于水沙输送的方向；冲淤出水口通过较大落差的冲淤输水道与位于水库淤积面以上的冲淤取水口连通，使得冲淤出水口能够通过冲淤输水道和冲淤取水口从库区上部取用清水或相对清水，并直接获得与库水位相应的水头; 当水沙进口发生泥沙淤积和淤堵时，水库向水沙进口的水沙输送和压力传递会出现不畅或受阻，冲淤出水口与水沙进口之间因之产生压差，冲淤出水口因之会产生冲淤水流，对水沙进口及其前沿淤积和淤堵的泥沙形成冲刷，进行清淤和清堵；水沙进口淤积和淤堵的情况越严重，冲淤出水口与水沙进口之间的压差也越大，冲淤出水口所产生的冲淤水流的流速、流量和冲刷力就会越大，清淤和清堵的作用也越大；由于本方法能够形成较大的冲淤流量，有利于清淤和清堵运行时水沙的输排。
全文摘要
本发明为一种水库泄排输水设施的水沙进口自行清淤和清堵的方法在水沙进口及其近旁的合适部位设置一个或多个具有一定过流断面的冲淤出水口，冲淤出水口朝向可能出现淤积和淤堵以及有利于水沙输送的方向；冲淤出水口通过冲淤输水道与位于水库淤积面以上的冲淤取水口连通，使得冲淤出水口能够从库区上部取用清水或相对清水，并获得与库水位相应的水头。当水沙进口发生淤积和淤堵时，冲淤出水口与水沙进口之间会产生压差，冲淤出水口因之产生冲淤水流，对水沙进口及其前沿形成冲刷，进行清淤和清堵；并能形成较大冲淤流量，有利于水沙的输排。本发明能够提高泄排输水设施的适应能力，能为水库比较彻底的防淤和清淤措施，提供技术支持。
文档编号E02B8/02GK102808396SQ20121029137
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者梅一民 申请人:梅一民