一种滚水坝前水力自动减淤系统及施工方法与流程

本发明属于水力排砂技术领域，特别是涉及一种滚水坝前水力自动减淤系统及施工方法。

背景技术：

滚水坝在山区中小流域综合治理中得到了广泛应用并获得了良好社会效益。然而，在滚水坝运行过程中，水流因坝体拦蓄作用流速降低，水中泥砂逐渐沉积坝前，常常导致坝前大范围严重淤积、库容减少、河道生态流量调节功能减弱甚至消失等严重后果。

目前山区滚水坝坝前减淤、清淤方法主要有两大类：第一，改变滚水坝结构型式。该方法主要涉及的研究和专利技术如下：（1）设泄流排砂闸，用于排砂（黄家林，付学锋. 火电厂取水配套工程滚水坝的设计及应用[J]．江西煤炭科技，2014，（1）：60-63）；（2）在滚水坝中部设由闸井段和箱形涵洞段组成的冲砂底孔（侯波.浅谈喀浪古尔渠首正面排沙侧面引水方式的应用[J].陕西水利，2014，（S1）：14-15）；（3）在由木杆三角闸架、木杆并串闸片和塑胶片并串护坦组成的滚水坝中，留出闸架间隔部位用于设置排砂口排砂（滚水坝设备.申请号：200410033140.5；2004.11.10）。（4）利用弯道水流原理，修建弧线型滚水坝用于冲砂（一种可自动冲砂减淤的弧线型滚水坝及其运行方法.申请号：201710148388.3；2017.03.14）。第二，人工或机械清淤。通过人力或机械（铲车、挖掘机和高压喷管等）定期对滚水坝前淤积的泥砂进行疏挖。

上述减淤方法均有一定的减淤效果，但也存在一些不足。第一类方法需对坝体进行较大改造，且对坝前较远区域淤积泥砂的减淤效果不佳。第二类方法需处理大量疏挖的泥砂，环节多、成本高且易造成水土流失。

技术实现要素：

针对现有减少山区滚水坝坝前淤积存在的技术问题，本发明利用虹吸原理自动形成射流、湍流持续驱砂，提供了一种减淤效果好、运行维护方便、生态环保的水力自动减淤系统及施工方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下。

本发明公开了一种滚水坝前水力自动减淤系统及施工方法。所述减淤系统包括岸边引水渠、集水槽、冲砂管及固定墩。所述集水槽位于引水渠底部，槽顶设进水孔和通气孔，槽侧连接冲砂管。所述冲砂管进口段为倒U型管，坡面段设平压管，由固定墩固定的河道段管身设冲砂喷头。

进一步地，所述引水渠，渠首采用无坝引水；渠尾设置泄流孔且位于滚水坝下游河岸；宽度为0.3~2m，深度为0.3~2m。

进一步地，所述集水槽和冲砂管从滚水坝坝前2~3m开始布置，并沿河道中心线往上游按照间距为3~10m依次布置，直至滚水坝坝前影响区域末端。

进一步地，所述集水槽形状为方形；深度为0.5~2m，长×宽为0.5×0.5~2m×2m；顶板为不锈钢翻板，中心位置设置直径为0.05~0.1m的进水孔，且高程与渠底一致；底板高程高于河道正常水位1~3m。

进一步地，所述冲砂管直径0.2~1m；进水口高程高于集水槽底板高程0.1~0.2m。

进一步地，所述冲平压管与冲砂管联通点高程位于河道常水位与集水槽槽底高程之间。

进一步地，所述冲砂喷头分为单向喷头和双向喷头；单向喷头朝向下游与冲砂管在水平面上垂直；双向喷头夹角为15~45º，朝向下游，中心线与冲砂管在水平面上垂直；单向喷头和双向喷头在冲砂管上间隔布置；喷管直径为0.02~0.1m；喷嘴形状为圆锥形；相邻喷头的间距为0.5~1.5m。

进一步地，所述固定墩采用钢筋混凝土结构，顶部高程与河床高程一致。

进一步地，所述施工方法如下：一、清理基础，在河岸一侧修建引水渠和集水槽；在河床内修建固定墩；二、在工厂按照设计要求预制冲砂管（进口段、坡面段及河道段管道）、冲砂喷头、集水槽顶板等构件；三、将工厂预制的构件运送至现场进行安装，其中各部件之间采用螺纹或法兰连接。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现如下。

1、减淤效果好。一方面，水体经引水渠自流不断进入集水槽，当槽内水位达到U型管顶部时自动诱发虹吸现象，继而以较大流速从冲砂喷头持续喷射，在坝前形成局部湍流阻止泥砂沉积，驱使泥砂通过坝身排砂孔流入下游河道。另一方面，集水槽和冲砂管从滚水坝坝前2~3m开始布置，并沿河道中心线往上游按照间距为3~10m依次布置，直至滚水坝坝前区域末端，减少了整个滚水坝坝前区域的泥砂淤积。

2、运行维护方便。一方面，本系统运行期间无需专人管理，运行管理方便；另一方面，系统中装置采用预制构件组装而成，如果出现故障，可只针对有问题的部件进行更换，维护方便。

3、生态环保。一方面，本系统利用虹吸原理自动运行，无需提供额外的动力而消耗能源、影响环境；另一方面，本系统减少了滚水坝坝前的泥砂淤积，保证了其调节河道生态流量的功能，对流域内的生态环境起到了积极作用。

附图说明

图1是本发明的结构整体示意图。

图2是本发明的剖面图。

图3是本发明冲砂喷头（单向和双向）示意图。

在图中：1—引水渠；2—集水槽；3—通气孔；4—进水孔；5—冲砂管；6—平压管；7—冲砂喷头；8—固定墩；9—滚水坝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例。

本发明公开了一种滚水坝前水力自动减淤系统及施工方法。所述减淤系统包括岸边引水渠1、集水槽2、冲砂管5及固定墩8。所述集水槽2位于引水渠1底部，槽顶设通气孔3（平衡集水槽2与外界大气压压力）和进水孔4，槽侧连接冲砂管5。所述冲砂管5进口段为倒U型管，坡面段设平压管6，由固定墩8固定的河道段管身设冲砂喷头7。

进一步地，所述引水渠1，渠首采用无坝引水；渠尾设置泄流孔且位于滚水坝下游；宽度为0.3~2m（优选0.5m），深度为0.3~2m（优选0.5m）。保证本系统从上游河道取水，同时多余水量通过泄流孔排回河道避免浪费。

进一步地，所述集水槽2和冲砂管5从滚水坝坝前2~3m（优选2m）开始布置，并沿河道中心线往上游按照间距为3~10m（优选6m）依次布置，直至滚水坝坝前影响区域末端。减少了整个滚水坝坝前区域的泥砂淤积。

进一步地，所述集水槽2形状为方形，方便施工；深度为0.5~2m（优选1m），长×宽为0.5×0.5~2m×2m（优选1m×1m），保证一定蓄水量；顶板为不锈钢翻板，中心位置设置直径为0.05~0.1m（优选0.01m）的进水孔，且高程与渠底高程一致，便于渠内水流进入集水槽2，同时控制流量大小，避免下游渠道无水；底板高程高于河道正常水位1~3m（优选2m），保证水流由冲砂喷头7喷出时具有较大的流速和冲击力。

进一步地，所述冲砂管5直径0.2~1m（优选0.5m）；进水口高程高于集水槽底板高程0.1~0.2m（优选0.15m），保证水流能通过虹吸顺利进入冲砂管5。

进一步地，所述冲平压管6与冲砂管5联通点高程位于河道常水位与集水槽2槽底高程之间，保证冲砂管5坡面段气压与外界一致，进而顺利诱发虹吸现象。

进一步地，所述冲砂喷头7分为单向喷头和双向喷头；单向喷头朝向下游与冲砂管5在水平面上垂直；双向喷头夹角为15~45º（优选15º），朝向下游，中心线与冲砂管5在水平面上垂直；单向喷头和双向喷头在冲砂管5上间隔布置；喷管直径为0.02~0.1m（优选0.05m）；喷嘴形状为圆锥形；相邻喷头的间距为0.5~1.5m（优选1m）。单向喷头朝向下游形成冲击主流区，同时间隔布置的双向喷头从两侧进行加强冲击作用。

进一步地，所述固定墩8采用钢筋混凝土结构，顶部高程与河床高程一致。保证结构对河床无阻碍作用。

进一步地，所述施工方法如下：一、清理基础，在河岸一侧修建引水渠1和集水槽2；在河床内修建固定墩8；二、在工厂按照设计要求预制冲砂管5（进口段、坡面段及河道段管道）、冲砂喷头7、集水槽2顶板等构件；三、将工厂预制的构件运送至现场进行安装，其中各部件之间采用螺纹或法兰连接。