[发明专利]多功能套叠排沙孔

说明书

本发明公开了一种多功能套叠排沙孔，它涉及排沙技术领域。包括水库、高孔、第一低孔、第二低孔，水库的挡水端面设置有高孔，高孔两侧下方分别设置有第一低孔、第二低孔，高孔、第一低孔、第二低孔形成横向间隔35mm，纵向嵌套7.5mm的品字形排沙孔，且高孔、第一低孔、第二低孔分别通过管道连通至排沙洞。本发明通过高孔与低孔之间高程嵌套形成一种互助拉沙机制，在泥沙淤积影响到低孔正常工作时，可以基于互助拉沙机制，利用高孔排沙形成的拉沙漏斗减少低孔上泥沙的淤积，减小泥沙压力，降低相应的启门力，提升闸门的使用寿命。

技术领域

本发明涉及的是排沙技术领域，具体涉及一种多功能套叠排沙孔。

背景技术

中国是河流泥沙灾害最严重的国家之一，每年河流泥沙造成的损失在100亿元量级。在水利开发集中的西部地区，众多河流特性为山溪性卵石河流，边坡松散堆积体多，河水含沙量大，在引水的同时也引进了大量泥沙，洪水期水流含沙量高达7-14kg/m³，一般为1-5kg/m³。泥沙对水工建筑物的危害有很多方面，大颗粒泥沙进入引水渠道，并在引水渠道中淤积，造成引水渠道过水能力下降；挟沙水流会造成引水渠道、进水闸、冲沙闸等的磨损，降低其工程使用年限，减小工程效益；河道中泥沙大量淤积,每年用来清淤的费用很高。此外，水库及取水枢纽前的淤积，可导致有效库容减少，降低水库效益，严重时可能导致枢纽瘫痪，不能正常运行。给国民经济和社会可持续发展造成了极大损失。如图1所示，是在2019年前往西藏某引水式电站进行调研时，观测到的电站取水建筑物，由于排沙设施设置不当造成的挡水建筑物前泥沙淤积。

在水工建筑物上设置排沙孔、运行中兼顾水沙调度，是利用水力排沙来保持库容和水库稳定运行的主要方法之一。从水库防沙排淤的角度出发，排沙孔的相关设计及运行方式的研究，具有较大的实际意义。

水库排沙清淤是处理水库泥沙淤积不可缺少的环节。所以排沙孔的设计至关重要。在目前的水库设计中排沙洞设计存在的问题主要是排沙孔布置不当甚至没有设置排沙洞。如三门峡水库在原设计过程中，没有考虑排沙洞的设计，水库运用时无法排泄泥沙，结果三门峡水库在运用前几年就严重淤积；同样，一些水库排沙洞位置设计较高，也为不同水位下水库泥沙的排泄特别是细泥沙的排泄带来了不利。

同时排沙清淤的方式选择也是处理泥沙问题的重点。有科研工作者对于水库排沙清淤的方式做了大量研究，并总结到：排沙清淤的方式有很多，主要有依靠水流冲刷，水力吸泥、高渠拉沙等手段。张崇山[1]等通过观测和试验，对引水冲滩冲刷的排沙方式进行分析研究，使中小型水库的排沙有了很好的工程借鉴方法。黄华析[2]等通过异重流排沙缓解水库的淤积问题，空库排沙，增加了水库的寿命。但是，若排沙的对象是大型水库，由于其具备的特点是库区大，库内流速小，侵蚀基面的上涨引起水库坡度降低，借鉴中小型水库排沙的方式并不是可行有效的措施。我国总结分析了大量的实测数据和试验数据，并研究了大型水库的泥沙淤积和排沙的规律特点，探索出了一套行之有效控制水库泥沙淤积的运行模式，也就是“蓄清排浑”。早在20世纪60年代，林一山[3]调查了水库泥沙淤积规律，初步提出“蓄清排浑”，即“汛期排沙、汛后蓄水”的水库调度方式，并论证了水库长期使用的设想和概念，初步解决了水库排沙与兴利的矛盾。

为确定实际的工程需求，对现有主流排沙方式进行了统计如表1所示：

表1现有排沙方式统计表[4]

由上表可知，虽然目前有许多排沙方式可供选择，但影响泥沙淤积的不确定性较多，现有的排沙建筑物仍有不足。随着当下5G+IOT开始与传统水利行业相结合，设置运行中心—降低人力成本将数据上云，成为了新的建设趋势，在这种趋势下，在设计阶段提升排沙系统的鲁棒性将成为新趋势。当泥沙淤积高程不影响排沙孔正常工作时，可以采用小流量、轮流、短时间的运行方式节约排沙用水[5]。基于新型多功能套叠排沙孔的多孔、多高程、分散排沙进口设计，可以增大纵横向拉沙范围、排沙断面，为应对泥沙淤积问题提供了新的解决方案。为适应新阶段的建设需求，应对泥沙淤积问题，本发明设计了一种多功能套叠排沙孔。