[发明专利]适用于直线型陡槽溢洪道的水沙分离建筑物

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程与防灾减灾工程中排沙技术，具体涉及一种适用于直线型陡槽内溢洪道的水沙分离建筑物。

背景技术

在水利水电工程或防灾减灾工程中，渣场、拦挡坝、尾矿库等水工建筑物的排水设施通常采用陡槽溢洪道，该陡槽溢洪道除汛期泄洪之外，还兼具有排沙功效。由于该类拦挡建筑物所涉及的泥沙均具有粒径级配宽、大颗粒泥沙与散粒体含量较大等特征。研究表明，在类似陡槽溢洪道中，高速水流携带的大量粗颗粒泥沙与散粒体具有很强的磨蚀与砸蚀作用，当上述不利因素与水力冲蚀、空化空蚀等叠加后，对陡槽溢洪道的过流边界会产生更大的破坏，从而会导致较大的安全隐患。然而，从工程性质而言，类似工程虽然设计为永久工程，但破坏后的修复时间与修复难度均较大，对破坏后修复的预算也不足。因此，在其建设期与施工期内，需要充分考虑大颗粒与散粒体泥沙的破坏作用，采取合理的工程措施以避免陡槽溢洪道的破坏，延长其运行安全性和运行周期。

在电站引水口、农业灌溉、渠系输水等工程中，为了减小泥沙危害，均会在其适当部位设置沉沙池与排沙建筑物。目前已出现了包括直线型沉沙池、曲线形沉沙池、沉沙条渠、旋流式沉沙池、斜板式沉沙池、湖泊式沉沙池、连续冲洗式沉沙池、定期冲洗式沉沙池、漏斗式沉沙池等诸多沉砂池形式，基于不同原理和功效，成功应用于不同的工程设施中。

但上述所有沉沙池体型所针对的是水流中悬移质部分与细颗粒推移质，其设计主要基于弯道螺旋流、沉沙与底部定期排沙等水沙分离原理，而且该类建筑物中出现大颗粒与散粒体的概率相对较小。而针对位于陡槽溢洪道内含大颗粒与散粒体泥沙的含沙水流的水沙分离措施却相对较少。然而，在实际工程中，含大颗粒与散粒体泥沙的高速高含沙水流对陡槽溢洪道过流边界破坏的实例较多，诸多类似工程均需要定期做汛后修复。

发明内容

针对现有技术的现状与不足，本发明旨在提出一种适用于直线型陡槽溢洪道的水沙分离建筑物，以降低含大颗粒与散粒体泥沙的高含沙水流对陡槽边界的冲蚀、磨蚀与砸蚀破坏，提高陡槽溢洪道使用寿命。

本发明的基本思想，在陡槽溢洪道控制段出口部位设置集沙池，使上游下泄的推移质泥沙在集沙池内沉积，并让大颗粒与散粒体泥沙经由专门的排沙通道下泄，并对排沙通道做重点防护；过流通道与排沙通道并行设置，以下泄清水为主。

针对上述发明目的，本发明提供的适用于直线型陡槽溢洪道的水沙分离建筑物，其构成包括上游端与来流溢洪道衔接的集沙池、位于集沙池下游并行设置的过流通道和排沙通道，排沙通道进口与集沙池平顺衔接，过流通道经由溢流堰与集沙池衔接，所述溢流堰的迎水面为圆弧面，构成将水流中的大颗粒及散粒体泥沙导入排沙通道的导沙墙，导沙墙圆弧面的上游端接于过流通道外侧边墙，下游端接于过流通道和排沙通道的隔离边墙，导沙墙前方的集沙池池底具有倾向于排沙通道的坡度，使泥沙更容易流向排沙通道进口。

在本发明的上述技术方案中，所述集沙池优先设计成由池底为陡坡的上游与来流溢洪道衔接的陡坡段和池底为缓坡的下游与过流通道溢流堰和排沙通道入口衔接的缓坡段构成，所述缓坡段的池底在纵向和横向均为缓坡设计，所述横向缓坡的坡度方向为过流通道外侧边墙端高，排沙通道外侧边墙端低。进一步地，所述陡坡段的池底坡度i₁优先考虑控制在1:1～1:3的范围，所述缓坡段的池底纵向坡度i₃和横向坡度i₂分别优先考虑控制在1:5～1:10范围。

本发明主要原理为：利用集沙池拦挡上游下泄的推移质，由于在沉沙池出口与排沙通道进口平顺衔接，一方面，上游下泄的高含沙水流在集沙池经初步沉积，水流由通道直接下泄，另一方面，沉积于集沙池内的泥沙在集沙池横向水流与溢流堰上游圆弧形导沙墙的作用下，向排沙通道方向输运，最终均经由排沙通道下泄。

针对本发明，需重点确定的工程参数包括：排沙通道宽度(b₂)、集沙池规模(长度L与深度P)、集沙池与来流溢洪道衔接坡度(i₁)、集沙池底面横、纵向坡度(i₂、i₃)、溢流堰弧形迎水面布置形式(起点A与半径R)等。这些参数确定方法如下：

(1)排沙通道宽度b₂，主要由泄流能力、过沙能力、施工条件、工程投资等因素确定。