[发明专利]一种水库减淤清淤设施及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域。

背景技术

水利工程利用自然异重流将入库浑水挟带的泥沙直接排出水库，达到为水库减淤的目的。但自然异重流形成时间、含沙量等条件不可控，技术应用和减淤效果受到限制。传统水力清淤利用天然水流冲刷水库淤积的泥沙，难以对冲刷水流实施有效控制，水资源利用率和清淤效率很低。

发明内容

为克服利用天然异重流为水库减淤和传统水力清淤存在的问题，本发明提出一种水库减淤清淤设施及其运行方法。减淤清淤设施布设在水库水位最高时的回水区，基本结构单元是平面呈V形的堰体，回水区水面较窄的水库采用单体V形堰，回水区水面较宽的水库采用V形堰组合的W形或折线形复合堰。堰体尖角朝向水坝，开口二端分别与河道两岸相接。堰体顶面高于水库最高设计水位，顶面以上安装工作桥和水闸操作平台。V形堰尖角角度在90°左右，尖角底部设置一个排沙孔，排沙孔入口设闸门启闭，出口连接排沙管道，排沙管道另一端与水坝的排沙底孔连通。V形堰二侧堰体底部各设置几个排水孔。排水孔入口设闸门启闭，出口连接一段编织软管，编织软管出口连接喇叭口形喷嘴。

利用减淤清淤设施实施水库减淤在浑水期运行。方法是利用V形堰蓄水提高水位，加大水深，减缓流速，降低水流挟沙能力，泥沙沉降。部分推移质淤积在V形堰内，部分悬移质转变为推移质。悬移质沉降最充分的表层水流漫过堰顶，从工作桥和水闸操作平台下流入水库。根据排沙量的需要，选择排沙孔闸门开启或与其邻近的排水孔闸门同时开启。下层水流受V形堰约束和引导挟带泥沙向尖角区汇集，从排沙孔和相邻的排水孔排出。临近尖角区域后水流速转而加快，挟沙能力加大，形成泥沙不淤区。从排沙孔排出的浑水进入排沙管道，从水坝排沙底孔排出水库。从排水孔排出的浑水通过编织软管潜入水库水底，形成人工异重流流向水坝排沙底孔排出水库，达到为水库减淤的目的。

利用水库减淤清淤设施实施清淤在清水期运行，包括V形堰清淤和水库清淤。

V形堰清淤在清水期径流量适当时开启排沙孔闸门，水流冲刷堰内淤积的泥沙，由清水转变为浑水，受V形堰约束和引导向排沙孔汇集，进入排沙管道从水坝排沙底孔排出水库。V形堰内淤积泥沙受水流冲刷，淤积表面下降，淤积前坡向上游退缩，邻近尖角的泥沙不淤区向上游扩展，直至全面清除淤积泥沙，达到为V形堰清淤的目的。

水库清淤在清水期V形堰清淤完毕和水库放空蓄水后实施。方法是关闭排沙孔和排水孔闸门为V形堰蓄满水，在保持蓄水水面接近堰体顶面、蓄积势能最大、来水量与排水量平衡的条件下，开启几个排水孔闸门，调整编织软管长度、出口位置和水流喷射方向，冲刷水库淤积的泥沙形成浑水，从水坝排沙底孔排出水库，达到为水库清淤的目的。

本发明的优点是通过布设水库减淤清淤设施，在浑水期进一步提高浑水含沙量，通过排沙管道和人工异重流直接排出水库，提高减淤效果。在清水期通过调整排沙孔和排水孔启闭方式对V形堰和水库实施清淤，充分利用V形堰蓄水及其蓄积的天然能量，提高清淤水资源利用率和清淤效果。

具体实施方式

水库回水区随水库蓄水水面高低沿入口河道变动。减淤清淤设施布设于水库水位最高时的回水区，蓄水水面总是高于水库水面，形成位差，蓄积势能。其上游属于河道，下游属于水库。减淤清淤设施的基本结构单元是平面呈V形的堰体。回水区水面较窄的水库采用单体V形堰，回水区水面较宽的水库采用V形堰组合的W形或折线形复合堰，尖角朝向水坝，开口二端与河道两岸相接，堰体顶面以上安装工作桥和闸门操作平台供运行操作使用。V形堰尖角角度在90°左右，尖角底部设一个排沙孔，主要功能是在浑水期为水库排沙减淤，在清水期为V形堰排沙清淤。V形堰二侧堰体底部分别布设排水孔，每侧在5个左右，口径在300-500毫米，间距在10-15米为宜。主要功能是在清水期为水库冲沙清淤，在浑水期辅助排沙孔排沙减淤。排沙孔和排水孔入口设闸门启闭，出口均朝向水坝。

排沙孔是排除V形堰汇集浑水泥沙和清淤泥沙的通道，V形堰内的浑水从排沙孔直接排入水库，可在水库清水之下沿库底向水坝排沙底孔运动而形成异重流，但异重流与水库库底和清水发生界面掺混，流速减缓，挟沙能力降低，部分悬移质会转变为推移质，部分推移质会沉积在库底，从而降低减淤效果。在清水期V形堰清淤时也会有部分清淤泥沙淤积在水库内。为此，本发明提出在排沙孔出口和水坝排沙底孔之间连通排沙管道，浑水进入管道输送，可保持流速和挟沙能力直接排出水库。排沙管道沿库底铺设，口径与排沙孔出口相同。更适合回水区与水坝较近的众多平原型水库。