渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物的制作方法

本发明属于水利工程技术领域,具体是一种渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物。

背景技术：

在我国北方的多数引水灌区，泥沙输送及其控制对设计灌溉系统的人员来说一直是个难题，这些灌区的各级引水渠道中常常会泥沙淤积严重；根据1958～1990年引黄灌区统计情况，河南省30.8%的泥沙淤积在引水渠系里，山东省则为38.5%；在目前的引水工程技术下很难将泥沙全部远距离输送，大量泥沙淤积于渠道之中，严重影响了灌区的输水效率和正常运行，因此许多灌区每年都要耗费大量的人力、物力、财力对渠道进行清淤工作；此外，被清淤的泥沙一般沿渠道两侧堆放，稍遇刮风就沙土满天飞，严重破坏了当地生态环境；沉沙池是目前我国大部分灌区处理泥沙的主要方式，但沉沙池占地面积大、运用年限短，目前多数灌区的上游地区已经基本上没有可扩展的沉沙洼地，急需寻求灌区泥沙治理的新途径；排沙涡管、排沙漏斗这些排沙设施在应用中均表现出很好的排沙节水效果，但是它们适用条件较为苛刻，排沙涡管要求渠道水流的佛汝德数为0.7～0.95，主要针对推移质泥沙；排沙漏斗对水流流量要求较为苛刻；技术人员也对现有技术进行了大量研究和改进，如中国专利cn101775791b圆中环水沙分离装置，但其仅仅是将常规的沉淀与过滤进行了结合，过滤慢、造价高，沉积的泥沙仍需定期冲刷，不能连续分沙供水；中国专利cn204469295u一种圆柱形螺旋流水沙分离器和cn2127041y水沙分离器，均属利用水流高速旋转进行水沙分离，两个小装置代表的两大类专利技术所述原理完全相反，一类认为含沙水流旋转，沙比重大会被甩到外圈，另一类则认为含沙水流旋转时外圈是清水，内圈是沙，因此这两类专利技术的科学依据仍有待理论与实践的验证。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物,由矩形截面段、进水口、连接段、异形截面段、顶板、外侧板、内侧板、底板、汇沙槽、梯形截面段、弃沙一段、弃沙口、大径竖筒、筒顶盖、筒底板、弃沙二段、输出段、引水渠、连通孔组成,所述的输出段与引水渠过水面积相同，过水面积由灌溉需求设计确定，进水口过水面积比输出段过水面积大30%；异形截面段过水面积是输出段过水面积的两倍，大径竖筒过水面积是输出段过水面积的四倍；矩形截面段通过连接段过渡到异形截面段，连接段截面为渐变；进水口为迎水方向，进水口设置在设计取水高程，弃沙口为背水方向，设在河底高程以上1米；矩形截面段、连接段、异形截面段、梯形截面段、大径竖筒、输出段连通并固定设置在一起；弃沙一段为矩形截面涵管，在异形截面段尾端与汇沙槽连通并与异形截面段固定设置在一起；弃沙二段为矩形截面涵管，一端与大径竖筒底部连通且固定设置在一起，另一端与弃沙一段连通且固定设置在一起。

进一步的，所述的异形截面段从连接段处开始高程逐渐降低，环绕一周后在矩形截面段下方通过，异形截面段、梯形截面段为等坡度设置。

进一步的，所述的底板内侧低外侧高，优选的坡度为20度；汇沙槽位于底板最低处。

进一步的，所述的输出段为矩形截面管一端与大径竖筒上部连通，另一端与引水渠连通；筒底板为斜板，优选的坡度为25度。

进一步的，该构筑物由钢筋混凝土浇筑而成。

本发明的工作原理是：1、含沙水流进入异形截面段后，由于异形截面段过水面积是引水渠过水面积的两倍，水流速度变为引水渠水流速度的1/2，水流速度慢有利于水中沙在自重作用下下降；2、水中沙下降到底板后，由于底板具有20度的坡度，高含沙水流由于自重大，会滑入汇沙槽并随水流继续前进；3、自然界中的天然河流都是弯弯曲曲的，其原因是水流流动过程中具有冲刷凹岸、淤积凸岸的特性，环状分沙排砂构筑物利用了水流的这一特性，水流在异形截面段流动时，外侧均为凹岸，内侧均为凸侧，所以水中沙更易于在环内侧聚集，该侧恰恰是汇流槽位置；4、由于异形截面段同样具有坡度更利于汇沙槽中的高含沙浑水前行，到达异形截面段尾部通过弃沙一段自动排回原河道；5、低含沙水流通过梯形截面段进入大径竖筒，由于大径竖筒过水面积是引水渠过水面积的四倍，水流速度变为引水渠水流速度的1/4，水流速度更慢，低含沙水流中剩余的沙在自重作用下进一步下降，由于筒底板具有25度的坡度，沙触底后滑入弃沙二段进入弃沙一段自动排回原河道；上述5项技术措施保证了渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物具有如下有益效果：高效进行自动分沙排沙，不需要大量空地进行沉淀、不需要清运处理沉沙，分沙过程中可以将高含沙水流自动回排到原河道中，节省场地、节省人工、节省成本，排沙效果好。

附图说明

图1是渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物整体布置俯视示意图；

图2是该构筑物俯视示意图；

图3是该装置a-a断面示意图；

图4是该装置b-b断面示意图；

图5是该装置c-c断面示意图；

图6是该装置d-d断面示意图；

图7是大径竖筒示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-7所示，本发明的渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物,由矩形截面段1、进水口11、连接段2、异形截面段3、顶板31、外侧板32、内侧板33、底板34、汇沙槽35、梯形截面段36、弃沙一段4、弃沙口41、大径竖筒5、筒顶盖51、筒底板52、弃沙二段6、输出段7、引水渠8、连通孔9组成,所述的输出段7与引水渠8过水面积相同，过水面积由灌溉需求设计确定，进水口11过水面积比输出段7过水面积大30%；异形截面段3过水面积是输出段7过水面积的两倍，大径竖筒5过水面积是输出段7过水面积的四倍；矩形截面段1通过连接段2过渡到异形截面段3，连接段2截面为渐变；进水口11为迎水方向，充分利用水流得动水压力，保证进水口形成的相对水压力大于弃沙口处水压力，利于排沙；进水口11设置在设计取水高程；弃沙口41为背水方向，设在河底高程以上1米，前者充分利用水流产生的动水压力负值，保证进水口形成的相对水压力大于弃沙口处水压力，利于排沙，后者为弃沙预留足够空间；矩形截面段1、连接段2、异形截面段3、梯形截面段36、大径竖筒5、输出段7连通并固定设置在一起；弃沙一段4为矩形截面涵管，在异形截面段3尾端与汇沙槽35连通并与异形截面段3固定设置在一起，由于高含沙水流已引出，异形截面段后面的截面变为梯形；弃沙二段6为矩形截面涵管，一端与大径竖筒5底部连通且固定设置在一起，另一端与弃沙一段4连通且固定设置在一起。

所述的异形截面段3从连接段2处开始高程逐渐降低，环绕一周后在矩形截面段1下方通过，异形截面段3、梯形截面段36为等坡度设置；底板34内侧低外侧高，优选的坡度为20度；汇沙槽35位于底板34最低处。输出段7为矩形截面管一端与大径竖筒5上部连通，另一端与引水渠8连通；筒底板52为斜板，优选的坡度为25度；该构筑物由钢筋混凝土浇筑而成。

渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物使用时，含沙水流进入异形截面段后，由于异形截面段过水面积是引水渠过水面积的两倍，水流速度变为引水渠水流速度的1/2，水流速度慢有利于水中沙在自重作用下下降；2、水中沙下降到底板后，由于底板具有20度的坡度，高含沙水流由于自重大，会滑入汇沙槽并随水流继续前进；3、利用水流流动过程中具有冲刷凹岸、淤积凸岸的特性，水流在异形截面段流动时，水中沙更易于在环的内侧集中，该侧恰恰是汇流槽位置；4、由于异形截面段同样具有坡度更利于汇沙槽中的高含沙浑水随其他水流前行，到达异形截面段尾部通过弃沙一段自动排回原河道；5、低含沙水流通过梯形截面段进入大径竖筒，由于大径竖筒过水面积是引水渠过水面积的四倍，水流速度变为引水渠水流速度的1/4，水流速度更慢，低含沙水流中剩余的沙在自重作用下进一步下降，由于筒底板具有25度的坡度，沙触底后滑入弃沙二段进入弃沙一段自动排回原河道，清水经由大径竖筒上部的输出段向引水渠供水。

使用渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物能够高效进行自动分沙排沙，不需要大量空地进行沉淀、不需要清运处理沉沙，分沙过程中可以将高含沙水流自动回排到原河道中，节省场地、节省人工、节省成本，排沙效果好。条件适宜的情况下，如：河道比较深或不是自流引水而是通过泵站扬水，可以将渠首环状异形截面自动分沙排沙构筑物埋在地下，节省土地资源。

上述实施例为自动引水情况，对需要通过泵站扬水的引水渠，只需将本发明中的进水口设置成向上即可。

使用常规方法安置节制闸门在此不再阐述。