专利名称：用管道输送清除水库淤积和开挖拦门沙的新技术的制作方法
发源或通过我国黄土高原的大小河流，逢暴雨时其洪水含沙量都很高，淤积於大小水库和河道内，并造成河口拦门沙，使库容减小，河道淤高，且拦门沙阻碍洪水宣泄。如黄河、永定河、滹沱河等都已淤成悬河，各水库也都有严重淤积，特别是三门峡水库于1961年8月关闸蓄水，10月21日坝前水位已达332.5米当时适逢库区上游暴雨，黄渭同涨，大量黄土泥沙下泄，造成水库和渭河河道淤积，并在渭河口形成拦门沙，阻塞渭河洪水宣泄，乃溃堤淹没渭南，威协西安，国内水利专家和外国顾问商确，决定改建大坝，在左岸开两条隧道，坝身四条发电引水钢管改用于泄流排沙，后打开八个大坝底孔，均未能排除渭河河道和水库上游的淤积以及渭河口拦门沙，迫不得已改为径流发电，损失水库原设计功能的四分之三以上。黄河下游连年春夏干旱，经济损失更加严重，三门峡水库必须关闸蓄水，以供灌溉。近两年黄河上游暴雨，因水库高水位蓄水，渭河流域都遭受严重洪灾，损失惨重，哀鸿遍野。自1961年至今已三十五年余，迄无良策解决三门峡水库淤积难题。目前，正在施工的小浪底，水库以及预建的碛口水库和龙门水库，都有泥沙问题；发源于黄土高原注入黄河的各支流，上游已建有许多蓄水拦沙坝，都渐被淤积几成废库；永定河上游向北京供水的官厅水库也已淤积，库容减少近至废库，土述一切至今都是莫可奈何地任其继续淤积。
现在世界上陆路输送一相或二相流体，最经济和建设费用最低廉的方法是管道输送，如输油管道长逾千里，化工业普遍用以输送二相流体，然因用途的不同，设计规划个异，但迄今没有用于水库清淤。本发明是针对多沙水库和河口拦门沙，提出一种应用管道输送清除淤积的新技术。
各水坝建筑时，都必须设有数个标高最低的排水底孔，水坝建成后再予封闭蓄水，但对多沙河流必须留一底孔，与排沙主管道连接，中间装有闸门，主管道的直径应按需要而定，可自一采至三米以上。大直径的宜用钢筋水泥就地建造，或用大水泥管连接而成，应以建造费用经济选择，主管道除受地震影响外，管壁不受张力，设计较简单。主管道的长度宜延至水库上游的呆水线附近，并将其上端分成许多直径较小的分支，各支管都装有闸门，以便连接长软管。各支管横断面积的和等于主管道的横断面积。长软管由柔性塑料或橡胶制成的软管多节连接而成，其长度可达一百公里以上，按实际需要而定，使用时中间多处用浮筒或小船将长管吊离水库底，以便移动。长软管上端用机动船拖行至清淤地区，管口加装护罩，机船上的吊杆将软管口端下放，使护罩接触淤泥。各长软管口至大坝底孔间的压力差，使各软管吸取管口下的水和泥沙，混成二相流体，顺管道下流至大坝底孔排出水库。其排出容积可用下式计算
D-主管道的直径(米)g-重力加速度(米/秒2)h-各长软管口至底孔水位差的平均值(米)α-此系数可由测定底管口的流速后求得，其值小于1总排沙量Qs(米3/秒)以泥沙在二相流体内占百分之六十容积估算Qs＝0.6Q米3/秒设h＝10米，D＝2米，α＝0.8，1年＝3.155×107秒。即全年昼夜作业，约可排除泥沙六亿余立方米，即十余亿吨的淤积泥沙排除水库至下游。单位时间排沙量，受护罩形状及其与库底淤积相对情况的影响很大，主要是利用管口水流速度起动泥沙，与库水混合成二相流体，管口离淤积面太远，就不能起动泥沙，排沙效果为零；如护罩和管口侵入淤泥太深，排沙受阻塞，排沙量也会下降至很低，故施工时须注意调节管口高低和移动位置，尽可能提高管内流体的含沙量和流速，以达排沙的最高效率。如水位差太小或排沙口较高，各软管口与护罩间，须加装轴流式或离心式深水流体泵加压，增加流速，加快清淤。
对于已建成的小水库，无论有无底孔，可不利用，而直接用水泵连接软管，越过坝顶通至库外清淤，虽设计和运用情况各异，基本上都是应用管道输送清除库内淤积，均属于本发明的适用范围。
应用上述管道输送排除至水库外下游的二相流体，是水少沙多，必然淤积在河道内。抬高河床，然而河道淤积可用大动力特用机具于洪水时，施行漂移技术和人造揭底冲刷技术，将淤积泥沙送至河口和大海。使用管道输送排入深海或排到近海造陆，是本发明的变相应用。例如三门峡水库危害渭河流域的淤积，用上述管道输送排出大坝外，即被发电流出的清水稀释，向下流并淤积在黄河河道和施工中的小浪底水库间；小部分流出小浪底水库外，并淤积在桃花峪的河道中，此乃可於洪水或人造洪峰时，应用大动力特用机具，施行漂移技术和人造揭底冲刷技术，清除河道淤积，浚深主河槽，主河槽淤积的粗沙，如输送陆地上或放淤，都会成为沙漠，只能送至海域；淤积在河口和拦门沙间的泥沙，用管道输送至深海，或输送到黄河拦门沙内的浅海域造陆，以供胜利油田陆上打井开采石油。在海域和陆上打油井，二者所需费用的差额很大，足以支付治理黄河所需的各种大动力特用机具和管道输送的全部研制费用。这样治理黄河，很可能三五年就将黄河的淤积排除，浚深主槽通航，而不需第五次加高培厚黄河大堤。减少一次增高培厚大堤，或减少一次溃堤大洪灾的损失，都足以支付采用大动力特用机具治河的经费。
开挖河口拦门沙，应用的管道运输，其设计与前略有不同，不可设置固定的主管道，长软管应采用大的直径，轴流式或离心式流体泵须装在排沙软管进口端，其外加装护罩，并用机动船随时拖行，移动其抽沙地点，用船上吊杆调节护罩与流体泵至游沙的距离，使排沙效率达到最大。长软管中间段须用许多个浮筒或小船上装的绞盘，将长软管吊离海底，以便移动；或放置于海底上，以防大风浪损坏，长软管排沙端用机动船拖行至预定海域排沙。如用淤积泥沙，在近海或河口拦门沙内造陆，移动长软管排沙端，可采用的方法很多，如用人力或绞盘拖移等，应按实际情况选择最经济的方法。
权利要求
本发明是应用运输成本最低廉的管道输送，清除水库淤积和开挖河口拦门沙，其特征在于还具有(1)用以清除大水库内十余亿吨淤积时，宜用钢筋混凝土制成二米以上的主管道，下端接至水库大坝底孔，其间装闸门，主管道上延至水库适当地点，并将其上端分成许多直径较小的支管，都装有闸门，以便装置由柔性塑料或橡胶制成的软管，多节连接成需要长度的长软管，长软管的另一端装护罩，必要时在护罩和管口间加装流体泵加压，用机动小船拖着行驶于库区内，船上吊杆调节使管口护罩接触或进入淤泥内，吸取水和泥沙使每立方米混水尽可能含百分之六十以上的泥沙，经管道输送至库外，并应常年昼夜作业，待淤积清除至安全程度，再接上游来水来沙情况，调整作业时间，如软管很长，中间用数浮筒或小船，将长软管吊离库底，以便移动；
(2)用于开挖河口拦门沙时，不可制造固定的水泥主管道，用数条长软管同时作业，长软管用直径最大的成品柔性塑料或橡胶管连接而成，吸沙端装轴流式或离心式流体泵加压，输送泥沙混水，并用机动船拖着长软管巡航于拦门沙开挖区，船上吊杆调节吸沙端与淤沙间的距离，使流体泵吸取高含沙量的混水，经管道输送至深海区，排沙端也须用机动船拖载着巡航，船上吊杆下放长软管排沙口至最低点，长软管很长时，中间用浮筒或小船上的绞盘将长软管吊离浅海底，海上风很大时，就下放到海底以策安全；
(3)用于挖拦门沙或河道主槽底的淤积造陆时，所用长软管、流体泵和机动船等，与上述开挖拦门沙的相同，唯移动长软管排沙端可采用的方法有很多种，如用人力或绞盘等，须按实际情况选择最经济的方法使用。
全文摘要
本发明是应用管道输送清除水库淤积和开挖河口拦门沙的新技术。清除水库亿吨淤积宜造大直径主管道,下端接水坝底孔并装闸门,上端延至适当位置分成数条支管,各装闸门以便连接长软管一端,软管的另一端装护罩或流体泵加压,机动船拖软管在库区吸取淤积,顺管道排出坝外。开挖拦门沙时,长管吸沙端需装流体泵,用机动船拖行吸取拦门沙,排沙端也用机动船拖至深海排沙。用淤泥造陆,宜按实际情况选用适当的方法移动排沙端。
文档编号E02B5/02GK1189559SQ9710036
公开日1998年8月5日 申请日期1997年1月31日 优先权日1997年1月31日
发明者张善仿 申请人:张善仿