CN103374899A - 一种水库排淤***系列技术设计方案 - Google Patents

Abstract

一种水库排淤***系列技术设计方案，主要由排淤管网，排淤阀，工作平台，淤积厚度测量仪，控制室和操控技术及操控方法等设计方案组成。以库底***的模式，用最少的设备和管道、以点带面组成纵横兼顾的排淤***，真正实现了釜底抽薪的效果。集排淤、灌溉、泄洪于一体，提高了水库的安全保障系数，并具有良好的节能、环保综合效益。

Description

一种水库排淤***系列技术设计方案

本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种水库清除淤积泥沙***的系列技术设计方案。

水库淤积是古今中外未能解决的难题，即便植被较好的地区，一座水库在使用了数十年后，泥沙淤积依然严重，常常丧失60％以上的蓄水空间。若是在我国黄土高原地区修建水库，选址颇费周折，最大的问题就是随水而来的大量泥沙，建一座水库往往用不上十年就报废了，这不乏先例。国外最典型的例子就是前苏联援建的埃及“阿斯旺大水库”(纳赛尔湖)，原预计500年才报废，实际只用了二十多年就淤积严重，并产生了一系列的生态问题，其主要原因就是不能进行有效地放水排淤，当然这些问题是由于当时技术或思维方面的局限。

解决水库(湖泊)淤积问题，一直流行的做法就是机械清淤，这种方法适用于植被较好，交通(特别是水路交通)也较好的地区，虽然费用较高，但搞一次可保十数年无大碍。近年来我国研究实验的“蓄清排浑”的清淤方法，据悉已在黄河三门峡水库实施多年，效果很好，这对于解决长江三峡水库已有的和潜在的淤积问题，可能是最好的方法之一。但世界上没有完美或绝对的事，“蓄清排浑”的清淤方法也有一个适用范围，特定的条件就是拦截大江大河修建的既能蓄水又能通航行船的特大型水库。对于流域不广，来水不很丰富，“肚子大手脚短”，主要靠汛期蓄水的水库，不可能在汛期大开闸门放水排淤，若要解决其淤积问题，则需另辟蹊径。

本发明的目的，就是针对上述问题，采取全新方案，在建设水库的同时设计安装一排淤***，从根底上解决泥沙淤积难题。

这种设计方案比较简洁，主要由排淤管网，排淤阀，工作平台，淤积厚度测量仪和操作控制技术及操控方法等设计方案组成。

排淤管网由主管道和支管道组成，可以现场采用钢筋水泥浇铸，也可以采用钢铁铸件，或采用其它材料制作。主管道内径一般不小于2米，支管道内径不小于1.4米，对大型、特大型水库可以做得更大，管壁厚度一般从数十毫米到上千毫米。当然这些数据应根据不同材料和被实施水库的大小，特别是库水的深度来调整，总的要求是利于排淤，能永久性地承受得住库水的巨大压力和水蚀。钢筋水泥浇铸也分两种方法：一是现场整体浇铸，二是预制件。这里以现场整体浇铸为例，如果要新建水库，在大坝基础已整理好和库内、特别是库底已整理好的前提下，从库口开始向内挖掘沟渠(干渠和支渠)。沟渠挖掘夯实好就用混凝土浇铸，然后就将捆扎焊结好的钢筋铁笼放置其内，内部用混凝土浇铸一遍，再用弧形模板从铁笼内向上支撑牢，即可进行浇铸，使其成为一个严实的整体，浇铸好后表面基本不高于库底地表，要求每段(个)钢筋铁笼交接处要焊接好。在捆扎钢筋铁笼时要预留排淤孔，并在浇铸的过程中将排淤阀阀腔(见后叙)固定安装在其中，外接圆环一端朝上。主管道要浇铸至水库中心，也可根据具体情况向前延伸。特别注意：主管(渠)道必须向库口倾斜，支管(渠)道必须向主管道倾斜，而且都是直来直去不拐弯。对于横向较宽(库口也较宽)的特大型水库可增设1——2条主管道，并配套支管道及相关设备。为了便于安装排淤总闸，从库口向内15米左右，可用钢铸管道。此闸的主要功能是防止非工作人员进入，以确保水库安全。

主管道从库口始500米、然后按间隔1000米左右制作直径不小于1米的排淤孔，排淤孔的问距原则是库水越深，其间隔越长，反之就适当缩短。支管道与主管道的连接不要成直角，并且两边不成对称的连接(错开数百米)。支管道的长度及与主管道的连接间距视水库大小而定，连接间距参考数600米左右。若是钢铁铸件或钢筋水泥预制件，可以根据上述参数进行取舍。

排淤阀由阀腔，阀盖和升降杆组成，要求一定的光洁度，并镀铬。这种排淤阀叫“塞式潜水阀”(若市场有替代产品，那就更好)。阀腔为一端有外接圆环的圆形钢套，以主管道排淤孔为例，阀腔外径略小于1000毫米，内径800毫米，高(深)约500毫米，外接圆环宽约60毫米、厚约150毫米，

阀盖由阀芯和升降杆组成，阀盖外表为圆形，直径1060毫米，厚约100毫米，朝下中心部位有圆柱形阀芯，阀芯直径小于800毫米，长约300毫米，其上套装一直径约1060毫米、厚约150毫米的耐水塑胶等材料制作的缓冲垫(也可以不用)。阀盖表面中心部位有深约250毫米的螺纹孔。

升降杆为钢质圆棒，直径约200毫米，长约4060毫米，一头约250毫米有螺纹，从有螺纹的一端往上约2米处和3.75米处各有一直径约20毫米的对穿圆孔，距上顶端约80毫米处有一直径约60毫米的对穿圆孔。安装时先将升降杆从第二层平台的圆孔中穿进(见后叙)，从第一层平台的圆孔中穿出，再旋进旋紧事先扣合在阀腔上的阀盖的螺纹孔内，然后将钢丝绳穿进朝上近顶端的圆孔中(钢丝绳的另一头事先拴好在工作平台上)，用准备好的绳索将其向上拉到工作平台后则将头尾并在一起绞结好，最后经事先安装、调整好中心点的吊滑轮再固定在电动绞盘上，以确保钢丝绳上下与升降杆垂直。

工作平台，第一方案为全钢质结构。三根立柱跨排淤阀而建(先打好基座)，三者之间为等距离，都以同样的角度向内微微倾斜，每根立柱之间每隔数米用钢条(棒)横拉固定(此处的横截面就是一个等边三角形)。顶层平台可做成比较美观的亭阁式建筑，能遮阳遮雨，可保护室内的设备，并配有铁楼梯以供管理人员上下。平台中心部位有一直径约1.35米的圆形钢质盖板(简称圆盖板，下同)，盖住一直径约1.30米的圆孔，圆盖板中心有一直径约0.25米的圆孔，朝下一面距圆心点约0.645米的圆周上对称地焊两个弧形限位片(下同)。距库底约1.6米为第一层平台，中心部位有直径一约1.15米的圆盖板，盖住一直径约1.10米的圆孔，中心有一直径略大于0.2米的圆孔(下同)，在升降杆安装好后用一长约0.3米、直径略大于20毫米的圆柱形销子打进升降杆的圆孔内(下同)，可先加垫圈使其与平台板面压紧(下同)，再向上约1.6米为第二层平台，中心部位有一约1.25米的圆盖板，盖住一直径约1.20米的圆孔。要注意的是，第一、第二两层平台的圆盖板的限位片与平台圆孔环周配合较紧，要求横向挪动无位移。三层平台都要保持同样的水平，上中下三个圆孔的圆心点垂直对齐，最终要与阀盖螺旋孔的圆心点垂直对齐。工作平台的高度按高于溢洪口的高度来设计，总的要求是最大洪水也淹不到顶层工作平台。第二方案为钢筋水泥加钢质结构，即三根立柱及之间的横拉为钢筋水泥构造，其余结构与第一方案相同。

淤积厚度测量仪，由A、B两部分组成合，采用合金材料制作。A的形状从背面看如一很扁很长的矩形筒(上下无封闭)，宽约200毫米，环壁厚约15毫米，内空：左右170毫米，前后20毫米，这个内空就是安装B的滑槽，其正面从上往下剖开75毫米，则左边(未剖去的，下同)宽90毫米，右边宽35毫米，左面靠右边从下往上刻有公制尺寸(0.5米一铭刻，1米一标示，下同)；B厚小于20毫米，宽小于170毫米，基本形状就像一很长的直尺，左面(从右往左量约95毫米处始)从下往上刻有公制尺寸，朝下的顶端(朝前)、相对于A正面被剖开的中心部位有一长约50毫米，宽约70毫米的探淤板(两角倒楞成圆角)，近上顶端有一圆形穿孔。安装时将B从A的上方往下插进即可。将B与电动装置衔接就可自动化操控，再配上扫描传感装置，就能与电脑模拟操控技术匹配。将其安装在工作平台靠楼梯的立柱旁(正面避来水，下同)，A的下端必须触及库底，不使用时将B提离水面。测量时将B向下滑行至探淤板触到泥沙即止，此时对比A、B两者被水淹及的刻度就知道泥沙淤积的厚度了，即A、B两者读数之差就是淤积厚度。为了监测排淤效果，可在远离工作平台的水域分点安装数个。

控制室可建在一个居中的平台上，也可建在岸上。操作控制可采用常规控制技术或电脑模拟控制技术。这里主要针对常规控制技术结合排淤相关问题，作简要阐述。

设定升降杆的升降距离为1米，也就是说它的工作行程是1米。那么我们就在行程的上、下限位置各安装一反向限位开关(工作平台上做一个可转90度的安装架)，在钢丝绳的相应位置固定一铁环，其宽度以正好能压住反向限位开关。我们预定水库在没有排淤时，则排淤阀处于关闭状态，这时钢丝绳上的铁环就压住了下限的反向限位开关，即切断了向下工作的电路，同时接通了电动机向上工作的电路。向上工作的电路虽然接通，但控制室的开阀按钮(键)没有按，电动机绝不会工作的。若要排淤了，值班员把开阀按钮一按，电动机启动向上提升阀盖，运行到上限就压住了上限的反向限位开关，电动机停止工作，同时接通了电动机向下工作的电路。若干分钟后要停止排淤了，值班员就按关阀按钮，电动机就向下工作，排淤阀又被关闭了。通常控制室的控制台上会几组控制按钮，因为水库中不止一个工作平台，或者说不止一个排淤阀。还有一开关排淤总闸的按钮。对于小(二)型及不上等级的水库，也可以不设控制室，就在工作平台上操控，甚至不用电也可操控。平常农田(地)灌溉用水，也使用此***。

图1是排淤管网示意图，图2是塞式潜水阀示意图，图3是淤积厚度测量仪示意图。

以一平均宽2公里，长4公里，蓄水15米深的准大型水库为例，只需铺设一条2500米长的主管道，主管道上有3个排淤孔，再按600米的间距向两边不对称地各铺设2条支管道，每条延伸600米(不一定等长)，近末端都有一排淤孔，则总计要做7个工作平台并配备相关设备，工作平台要由远到近一一编号(1——7)。建一个控制室，采用常规操控技术，控制台上的7组控制按钮的编号，必须对应工作平台的编号，还必须标明干、支(可用拼音字母缩写，如：GN，ZI)，如为外国设计，那就用外文字母缩写。若采用电脑模拟操控技术，编程时必须遵循这一原则。平时水库管理人员对水库淤积进行监测(涉及到管理规章，下同)，假设淤积达0.5米米需排一次淤，值班员就先启动排淤总闸，再照控制台上的7组编号按钮，分时分段开启或关闭，即由远至近排淤，这种方法是将“势”转换成“能”，因为在库水的压力下，流体在管道中运动的路线越长所产生的抽吸力就越大；每次可开启1“干”2“支”，或2“干”，或3“支”，这种组合不仅仅是控制进入主管道的流量，在本实施例中最佳排淤方案，是先后以三个1“干”2“支”的组合进行排淤，排淤完毕，最后关闭总闸。至此，一个工作程序就结束了。若遇涨洪水，要启动排淤***泄洪排泥沙，溢洪口的作用，一是起保险作用(涨洪水时，下同)，二是让漂浮物流走。一旦洪水停止，溢洪口基本没有水漫出，就停止泄洪排泥沙。待泥沙澄淀一段时间后，再进行下一次的排淤工作。

要说明是的，以上设计方案是比较保守的，或者说保险系数较大。因原有二：其一，库底排淤是掏淤积物的根，并配合由远及近的排淤方法，只要阀门一打开，泥沙在库水的压力下就如雪崩一样涌向阀门，这种崩溃可带动方圆上千米距离的泥沙涌动，此处一虚，彼处来填，必然引起“多米诺骨牌效应”。其二，新建水库一旦蓄水，就按管理规章排淤，不会形成“陈年老窖”，所以这种排淤***的运行效果是非常好的。

关于维修或更换设备部件的问题，水面上的设备维修或更换简单方便，就不赘述了。被水淹没的设备也仅涉及到缓冲垫和钢丝绳。若更换缓冲垫，先将限位开关安装架转90度，再启动电动机向上提升阀盖到工作平台上更换，事毕启动电动机向下关闭阀门；若要更换钢丝绳，只需将钢丝绳从电动绞盘上解下，将绞在一起的绳头解开并取掉铁环，再将新钢丝绳的一头与旧钢丝绳的一头绞结好，然后将旧钢丝绳的另一头仍固定在电动绞盘上，最后启动电动机...，后面的程序就不重述了。

本发明特别适用于黄土高原及类似地区或国家建设水库时采用。本发明也适用已严重淤积水库的改造，时机选在旱季，在干旱少雨的地区或国家就更好实施。方法是采取分片分段围堰施工，集中精锐力量和先进设备，先将库口搞通、搞活一片，再配合机械疏淤，就可搞活一大片。用本发明可以救活埃及的“纳赛尔湖”。

本发明有如下优点：

其一，以湖底***的模式，用最少的设备和管道、以点带面组成纵横兼顾的排淤***，真正实现了釜底抽薪的效果，，

其二，良好的节能和环保效果，仅开启和关闭用电，排淤则利用库水的压力，淤积物从库底***不会搅浑库水，不影响饮用取水，可保持库水常年清洁卫生。

其三，综合效益良好，集排、灌、泄于一体，提高了水库的安全保障系数。

其四，设施简洁，操控简便，可采用传统操控技术，也可采用电脑模拟操控技术。

其五，投资较少，效用期很长，实为长治久安之计。

Claims (10)

1.一种水库排淤***系列技术设计方案，其主要特征包括排淤管网，塞式潜水阀，工作平台，淤积厚度测量仪和操作控制技术及操控方法的系列技术及设计方案。

2.根据权利要求1所述的排淤管网，其特征在于由主管道和支管道组成，全部安装在库底，主管道和支管道上都有排淤孔，排淤孔上安装有塞式潜水阀。

3.根据权利要求2所述的塞式潜水阀，其特征在于由阀腔，阀盖和升降杆组成，阀腔安装在主管道和支管道的排淤孔上，阀盖和升降杆安装在一起。

4.根据权利要求3所述的塞式潜水阀，其特征在于阀腔朝上一端有外接圆环，阀盖朝下的一面中心部位有圆柱形阀芯，阀芯上套装有缓冲垫，朝上的一面中心部位安装升降杆。

5.根据权利要求1所述的工作平台，其特征在于跨排淤孔而建，顶层建有工作室，室内安装有电动设备，若干工作平台按由远至近的顺序编号。

6.根据权利要求1所述的淤积厚度测量仪，其特征在于由A、B两部分组成，A内为上下相通的滑槽，正面从上往下剖去一部分，未剖去的左面靠右边从下往上刻有公制民尺寸，B靠左边从下往上刻有公制尺寸，下顶端制作有探淤板，组合时将B从A的上方插进滑槽，将其安装在工作平台立柱旁，A的下端必须触及库底。

7.根据权利要求6所述的淤积厚度测量仪，其特征在于使用时将B滑行至探淤板触到泥沙即止，此时对比看A、B两者被水淹及的读数之差就是淤积厚度，不使用时将B提离水面。

8.根据权利要求1所述的操控技术及操控方法，其主要特征在于可采用常规操控技术，也可采用电脑模拟操控技术。

9.根据权利要求8所述的操控技术及操控方法，其特征在于采用常规操控技术时，控制台上的控制按钮编号必须与工作平台的编号相对应，并且必须标明“干”和“支”，采用电脑模拟操控技术，在编程时也须遵循这一原则。

10.根据权利要求9所述的操控技术和操控方法，其特征在于排淤时要按编号由远至近、分时分段开启或关闭塞式潜水阀，每次可开启1“干”2“支”，。或2“干”或3“支”。

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