[发明专利]适用于弯道陡槽溢洪道的水沙分离建筑物布置形式

说明书

本发明公开了一种适用于弯道陡槽溢洪道的水沙分离建筑物布置形式，包括上游端与来流溢洪道衔接的集沙池和位于集沙池下游的弯道陡槽溢洪道，所述弯道陡槽溢洪道由并行设置的过流通道和排沙通道构成，所述排沙通道进口底板与集沙池底板平顺衔接，排沙通道的弯道段流道底板为外边墙侧高、内边墙侧低的内倾型连续底板；所述过流通道通过溢流堰与集沙池衔接，过流通道的弯道段流道底板为台阶结构底板；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。本发明能有效实现高流速高含沙水流中的散粒体泥沙与水流分离，能达到安全排沙、减小防护范围、降低维护成本与提高工程运行安全等目的。

技术领域

本发明涉及水利水电工程与防灾减灾工程，尤其适用于在具有弯道的陡槽溢洪道内实施水沙分离。

背景技术

目前，在山区河流中修建的各类防洪、引水、灌溉、防灾减灾等工程，均必须设有防沙措施，沉沙池为最常用的措施之一，适用于坡度较缓，出现大颗粒泥沙概率相对较小的水工建筑物，主要包括直线型沉沙池、曲线形沉沙池、旋流式沉沙池、斜板式沉沙池、漏斗式沉沙池等形式，主要利用沉沙池水流流速低、弯道环流等基本原理实现水沙分离，对过流边界几乎无破坏。

在水利水电工程中或防灾减灾工程中，存在大量渣场、拦挡坝、尾矿库等建筑物，其排水设施通常采用陡槽溢洪道、隧洞、涵洞等。上述建筑物除了具备排水功效之外，还需兼具排沙等功能，并且所拦挡的泥沙具有粒径级配宽、粒径大、物源总量大等特征。诸多研究表明，在具有弯道的陡槽溢洪道内，高速水流对过流边界的适应性较差，容易冲击弯道凹侧，进而在溢洪道内形成非对称冲击波。而高速水流中所携带的散粒体泥沙跟随高速水流加速后，会在弯道段内发生跳跃、翻滚等运动形态，从而对溢洪道过流边界产生撞击破坏、砸蚀破坏、磨蚀破坏等破坏形态。当溢洪道过流边界发生破坏且平整度发生变化后，高速水流更容易发生空化空蚀破坏。如果水流空蚀与泥沙颗粒砸蚀、磨蚀等破坏形式继续叠加，那么溢洪道过流边界破坏更恶化。上述破坏形态不仅会引起较大的运行安全隐患，也会增加工程后期维修难度、维修费用等。因此，必须在工程的设计阶段，便充分考虑高速水流、大颗粒泥沙等因素对工程过流边界的破坏作用，以采取合理的工程措施避免破坏，确保工程设施安全、持久运行。

发明内容

本发明提出了一种适用于弯道陡槽溢洪道内水沙分离建筑物布置形式，以实现弯道陡槽溢洪道安全排沙、减小防护范围、降低维护成本与提高工程运行安全的目的。

针对上述发明目的，本发明提供的适用于弯道陡槽溢洪道内水沙分离建筑物布置形式，其构成包括上游端与来流溢洪道衔接的集沙池和位于集沙池下游的弯道陡槽溢洪道，所述弯道陡槽溢洪道由并行设置的过流通道和排沙通道构成，所述排沙通道进口底板与集沙池底板平顺衔接，排沙通道的弯道段流道底板为凹侧边墙高、凸侧边墙低的内倾型连续底板；所述过流通道通过溢流堰与集沙池衔接，过流通道的弯道段流道底板为台阶结构底板；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凸侧边墙延伸边墙，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底板具有倾向于排沙通道进口的坡度。

本发明主要原理为：利用前置集沙池拦挡上游下泄的推移质泥沙，淤积后的推移质泥沙经由排沙通道下泄以实现水沙分离；在弯道范围内，过流通道底板为台阶布置，可以使水流以连续跌流态流过弯道，水流沿程得以很好地消能并过渡高速水流，以避免高速水流在过流通道内折冲，降低菱形冲击波对过流通道边墙的冲击作用；排沙通道的内倾型底板可以避免高速水沙混合流折冲两侧边墙和大颗粒散粒体泥沙无规律运动，进而实现整体的水流与水沙混合流在弯道内平顺衔接。