專利名稱：水庫自瀉清淤、清漂的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及清除水庫淤積的泥沙和清除水庫水面漂浮物的方法及其裝置，特別是水庫自瀉清淤、清漂的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
水流夾帶的泥沙進(jìn)入水庫，由于流速變緩使泥沙沉積在水庫底部，這是一項自然屬性。長期以來人們在水庫建設(shè)中沒有或沒有徹底解決水沙同治的原則。加之水庫泥沙淤積的問題的初期隱蔽性，容易被忽略，長期沒有形成有效的防治措施，致使泥沙淤積成了幾乎所有河道水庫的頑疾。泥沙問題給水庫建設(shè)帶來的負(fù)面影響是多方面的，其中最明顯和最突出的是損失庫容，縮短水庫的使用壽命。有關(guān)資料表明，“每年因泥沙淤積而損失的水庫庫容約占世界總庫容的1％”，“今后幾十年內(nèi)，由于泥沙淤積，世界上水庫庫容的一半將消失”。這種狀況在中國的北方比較嚴(yán)重。例如山西省對全省43座大、中型水庫進(jìn)行統(tǒng)計，水庫總庫容為22.3×108m3，到1974年已損失31.5％，即損失7×108m3，平均每年損失0.5×108m3。據(jù)陜西省1973年統(tǒng)計，全省100×104m3以上水庫192座，總庫容15×108m3，已損失31.6％，即損失4.7×108m3，其中1970年以前建成的120座水庫已損失其庫容53.5％，有43座水庫已完全被淤滿。
然而，現(xiàn)行的中外水庫排沙方法，如蓄清排渾、壅水排沙、沿程沖刷、溯源沖刷等(詳見《水庫淤積》第五章和2003年12月由簡漢敏等編譯出版的《水庫清淤》)以及水利部已多次在黃河中游試驗的異重排流沙法都有很大的局限性。一是排沙的總量有限，無法根本治理水庫泥沙問題，如三門峽水庫上述諸項排沙辦法都用過，但終究難以逃脫因泥沙淤積幾乎成廢庫的厄運(yùn)(主要指蓄水功能)。二是用水量過大，效益偏低。如2003年試驗的異重排流沙試驗，總下泄水量為26.06億m3，出庫平均含沙量為12.2kg/m3，總共入海泥沙6640萬噸，每排一噸泥沙約用水量為39m3(詳見黃河水利委員會發(fā)布的黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗效果)。2004年第二次黃河調(diào)水調(diào)沙試驗，單位調(diào)沙用水量仍居高不下，小浪底水庫每沖刷一噸泥沙用水量為27.34m3，入海泥沙的用水量更大，約72m3(詳見經(jīng)濟(jì)日報2004年7月16日1版報道)。
由于自然的原因和人為的因素在水庫壩前的水面上聚集許多漂浮物，不僅有礙觀瞻，污染水體，而且還嚴(yán)重威脅庫區(qū)行船安全和電站的正常運(yùn)行。據(jù)相關(guān)報道，三峽庫區(qū)每年所產(chǎn)生的漂浮物總量約為40萬噸。由于沒有成熟有效的清漂工程設(shè)施，清漂工作十分被動。從日本進(jìn)口的兩艘清漂船，單船的每年清漂量僅為4萬噸左右。由于大量的漂浮物積聚在水庫壩前，嚴(yán)重地影響著庫區(qū)行船安全和電站的正常運(yùn)行。據(jù)報道2004年9月13日至10月1日的19天內(nèi)，水上漂浮物造成了葛洲壩船閘32次運(yùn)行中斷，平均每天中斷1.7次，最高時一天達(dá)到5次。(見《經(jīng)濟(jì)日報》2004年10月12日第3版)該電站每年因漂浮物影響，被迫停止發(fā)電所造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水庫自瀉清淤、清漂的方法及其裝置，利用水庫蓄水蓄能的主體屬性，通過本發(fā)明的方法及其設(shè)備實現(xiàn)水沙同治，利用水庫的蓄水自瀉清淤、清漂，可以有效地清除水庫中淤積的泥沙和清除水庫壩前的漂浮物，而且排沙、清漂的用水量較小，清淤排沙、清漂的成本低，效果好。
一種水庫自瀉清淤、清漂的方法，包括下列步驟1、沿庫區(qū)縱向在庫底鋪設(shè)一條剛性主管道，主管道的末端穿過水庫壩體，位于水庫壩體外部的主管道口上安裝著泄水閥，位于水庫壩體內(nèi)的主管道上連接著可移動的支管道，在支管道的末端連接著清淤或清漂裝置，位于壩體內(nèi)側(cè)的主管道上安裝著補(bǔ)水閥；2、關(guān)閉主管道上的泄水閥，開啟主管道上的補(bǔ)水閥，讓主、支管道內(nèi)充滿水后，關(guān)閉補(bǔ)水閥；3、當(dāng)進(jìn)行清除水底淤積的泥沙時，清淤裝置為清淤吸頭，將清淤吸頭沒入清淤作業(yè)的水區(qū)底部，打開主管道上的泄水閥，使主管道內(nèi)的存水急速下泄，主管道和支管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時開動清淤吸頭，清淤吸頭高速旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器對沉積的泥沙進(jìn)行攪動或掘進(jìn)，主管道內(nèi)的水流壓差使泥沙流通過支管道進(jìn)入主管道并排至壩體外部；4、操作人員在岸上或船上遙控清淤吸頭的行進(jìn)和工作，使水庫底部沉積的泥沙逐片清除；5、當(dāng)進(jìn)行清除水庫水面上的漂浮物時，清漂裝置為鴨嘴式清漂船，清漂船的吸口后部連接著支管道，清漂船向漂浮物推進(jìn)，同時開啟主管道上的泄水閥，使主管道內(nèi)的存水急速下泄，主管道和支管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，清漂船吸口附近的漂浮物被吸進(jìn)支管道，漂浮物經(jīng)水流壓差的作用下，經(jīng)主管道泄出庫區(qū)，排至漂浮物處理廠。
一種水庫自瀉清淤或清漂的裝置，包括在水庫庫區(qū)底部鋪設(shè)著一條剛性主管道，主管道的末端穿過水庫壩體，位于水庫壩體外部的主管道上安裝著泄水閥，位于水庫壩體內(nèi)的主管道上連接著可移動的支管道，在支管道的末端連著清淤或清漂裝置。
清淤裝置為清淤吸頭，清淤吸頭為吸頭體的吸口內(nèi)腔與支管道相連接，在吸頭體上設(shè)置著與空氣壓縮機(jī)進(jìn)、排氣管相連接配合的氣囊腔和壓縮空氣腔，吸頭體的頭部設(shè)置著由電動機(jī)驅(qū)動的螺旋推進(jìn)器，在吸頭體上安裝著照明、攝像頭。
清漂裝置為鴨嘴式清漂船為在船體的后部設(shè)置著有推進(jìn)器，在對稱的船體前部設(shè)置著帶有鴨嘴式活動下唇殼的吸漂進(jìn)口，其出口與支管道相連接，在對稱的船體上分別設(shè)置著安裝有液壓控制的浮筒的浮筒倉。
用本發(fā)明的水庫自瀉清淤、清漂的方法及其裝置，進(jìn)行清除水庫底部淤積的泥沙時，在水庫底部設(shè)置的主管道連接的支管道的端頭連接著清淤吸頭，將清淤吸頭沒入清淤作業(yè)的水區(qū)底部，關(guān)閉主管道上的泄水閥，打開補(bǔ)水閥，讓主、支管道充滿水后，關(guān)閉補(bǔ)水閥門，打開主管道上的泄水閥，使主管道內(nèi)的存水急速下泄，主管道和支管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時開動清淤吸頭，吸頭體頭部的螺旋推進(jìn)器高速旋轉(zhuǎn)，對沉積水庫底部的泥沙進(jìn)行充分地攪動或掘進(jìn)，促使泥沙將更加順暢地進(jìn)入吸口內(nèi)腔，在水流壓差的作用下，沿支管道和主管道排出壩體外。當(dāng)清淤吸頭的吸口內(nèi)腔遇到泥沙堵塞或掘進(jìn)卡住螺旋推進(jìn)器時，切換推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)方式，使清淤吸頭快速脫離淤積層，形成瞬時空轉(zhuǎn)，以減輕清淤吸頭的工作負(fù)荷，然后切換推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向恢復(fù)正常作業(yè)。在吸頭體上安裝著照明、攝像頭以及相應(yīng)的傳感器，通過控制電纜傳出水面，由工作人員在操作船上或岸上對其進(jìn)行運(yùn)行操作。
清淤吸頭的上浮和下潛主要是通過改變吸頭體內(nèi)氣囊的大小，進(jìn)而改變清淤吸頭浮力的大小來實現(xiàn)的。吸頭體內(nèi)所設(shè)的壓縮空氣腔有兩個作用，一是浮筒的作用，壓縮空氣腔是個剛性結(jié)構(gòu)的封閉腔體，在水中所產(chǎn)生的浮力肯定要大于自身重量，其大于部分用于維持整個清淤吸頭在水中的懸浮。二是儲存氣囊腔充滿氣時所需要的空氣和排氣時所產(chǎn)生的空氣。當(dāng)清淤吸頭需要下潛時，啟動空氣壓縮機(jī)將氣囊里的空氣抽出存入壓縮空氣腔，使氣囊腔進(jìn)水，清淤吸頭的浮力減小，則清淤吸頭下潛。當(dāng)清淤吸頭需要上浮時，啟動空氣壓縮機(jī)或開啟壓縮空氣腔通往氣囊的閥門，氣囊充氣，氣囊腔的部分水或全部氣囊腔中的水全部被擠出，清淤吸頭的浮力增加，則清淤吸頭上浮。
清淤吸頭在水中的推進(jìn)是通過吸頭體頭部所設(shè)置的推進(jìn)器配合運(yùn)轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。當(dāng)清淤吸頭需要在水中游動時，啟動推進(jìn)器的一個或兩個或全部，也可以同時變換推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)方向，所產(chǎn)生的大小不同，方向各異的推力。
當(dāng)進(jìn)行清漂作業(yè)時，作業(yè)前關(guān)閉主管道上的泄水閥，開啟補(bǔ)水閥門，讓主、支管道內(nèi)充滿水后，關(guān)閉補(bǔ)水閥門，與支管道的端部連接的清漂船向漂浮物推進(jìn)，同時開啟主管道上的泄水閥，使主、支管道內(nèi)存的水急速下泄，造成管內(nèi)負(fù)壓，清漂船吸漂進(jìn)口附近的漂浮體，由于巨大的水壓差而被吸(壓)進(jìn)支管道，經(jīng)主管道使水、漂浮物、空氣三者的混合流一并寫出壩體外。清漂船可以連續(xù)不斷地清除漂浮物。在清漂作業(yè)中，遇到漂浮物來量的變化和漂浮物厚度的變化，及時通過浮筒調(diào)整清漂船的吃水深度和控制鴨嘴式活動下唇殼的開度，來調(diào)整清漂船的工作負(fù)荷和進(jìn)入清漂船吸口混合物的混合比，使作業(yè)始終處于清除漂浮物多、用水量少的工作狀態(tài)。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明水庫自瀉清淤的方法所用設(shè)備的布局示意圖；圖2為本發(fā)明水庫自瀉清漂的方法所用設(shè)備的布局示意圖；圖3為清淤吸頭的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為鴨嘴式清漂船的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖6的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖6的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示一種水庫自瀉清淤的方法，包括下列步驟1、沿庫區(qū)縱向在庫底鋪設(shè)一條剛性主管道1，主管道1的末端穿過水庫壩體5，位于水庫壩體5外部的主管道1口上安裝著泄水閥6，位于水庫壩體5內(nèi)的主管道1上連接著可移動的支管道2，可移動的支管道2剛?cè)峒鎮(zhèn)?，在其軸線方向有一定的柔性，其管壁內(nèi)徑具有一定的剛度，防止水壓和管內(nèi)的負(fù)壓將支管道2管壁壓變形。支管道2下部的接口通過具有組合軸承和內(nèi)外水封的環(huán)型萬向節(jié)4連接在主管道1上，環(huán)型萬向節(jié)4主要作用是消除清淤吸頭3及支管道2在作業(yè)時所產(chǎn)生的扭力在整個管道上的傳遞，以增強(qiáng)支管道2移動的靈活性，延長支管道2的使用壽命。在支管道2的末端連接著清淤吸頭3，位于壩體5內(nèi)側(cè)的主管道1上安裝著補(bǔ)水閥7；2、關(guān)閉主管道1上的泄水閥6，開啟主管道1上的補(bǔ)水閥7，讓主、支管道1、2內(nèi)充滿水后，關(guān)閉補(bǔ)水閥7；3、將清淤吸頭3沒入清淤作業(yè)的水區(qū)底部，打開主管道1上的泄水閥6，使主管道1內(nèi)的存水急速下泄，主管道1和支管道2內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時開動清淤吸頭3，清淤吸頭3高速旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器對沉積的泥沙進(jìn)行攪動或掘進(jìn)，主管道1內(nèi)的水流壓差使泥沙流通過支管道2進(jìn)入主管道1并排至壩體5外部，對排出的泥沙根據(jù)不同的需求進(jìn)行再處理和再利用；4、操作人員在岸上或船上遙控清淤吸頭3的行進(jìn)和工作，使水庫底部沉積的泥沙逐片清除。
如圖2所示的一種水庫自瀉清漂的方法，包括下列步驟1、與上述清淤的方法步驟1的方法相同，不同的是在支管道2的末端連接著鴨嘴式清漂船8的吸口；2、與上述清淤的方法步驟2的相同；3、清漂船8向漂浮物推進(jìn)，同時開啟主管道1上的泄水閥6，使主管道1內(nèi)的存水急速下泄，主管道1和支管道2內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，清漂船8的吸口附近的漂浮物由于水流壓差被吸進(jìn)支管道2，經(jīng)主管道1泄出庫區(qū)，排至漂浮物處理廠9進(jìn)行處理。
如圖3、圖4所示，清淤吸頭3吸頭體11內(nèi)的前部設(shè)置著喇叭形的吸口，吸口連接的吸口內(nèi)腔17與支管道2相連接，在吸頭體11上設(shè)置著與空氣壓縮機(jī)14排氣管連接配合的氣囊腔10和壓縮空氣腔15，吸頭體11的頭部設(shè)置著由電動機(jī)16驅(qū)動的螺旋推進(jìn)器13，螺旋推進(jìn)器13為3個。在吸頭體11上安裝著照明、攝像頭12。由于清淤吸頭3在水下作業(yè)幾乎是在黑暗中進(jìn)行的，為便于水面上的工作人員對清淤吸頭3的操作調(diào)度，在吸頭體11上配置了水下照明、水下攝像裝置，通過控制電纜將清淤吸頭3工作狀況的信息傳到水上操作控制室，操作人員通過顯示器來調(diào)度指揮清淤吸頭3的水下作業(yè)。
如圖5、圖6、圖7、圖8所示，清漂裝置為鴨嘴式清漂船8，鴨嘴式清漂船8為在對稱的船體18后部分別設(shè)置著推進(jìn)器21，在對稱船體18的前部設(shè)置著吸漂進(jìn)口22，在吸漂進(jìn)口22的下部較接著由液壓缸24控制的鴨嘴式活動下唇殼23，吸漂進(jìn)口22在船體18下部的出口與支管道2相連接，在對稱的船體18上分別設(shè)置著安裝有液壓控制的浮筒的浮筒倉20，在船體18上設(shè)置著操作控制室19。
本發(fā)明的水庫自瀉清淤的方法及其裝置還可用于水庫的擴(kuò)容。
權(quán)利要求
1.一種水庫自瀉清淤、清漂的方法，其特征是包括下列步驟①、沿庫區(qū)縱向在庫底鋪設(shè)一條剛性主管道(1)，主管道(1)的末端穿過水庫壩體(5)，位于水庫壩體(5)外部的主管道(1)口上安裝著泄水閥(6)，位于水庫壩體(5)內(nèi)的主管道(1)上連接著可移動的支管道(2)，在支管道(2)的末端連接著清淤或清漂裝置，位于壩體(5)內(nèi)側(cè)的主管道(1)上安裝著補(bǔ)水閥(7)；②、關(guān)閉主管道(1)上的泄水閥(6)，開啟主管道(1)上的補(bǔ)水閥(7)，讓主、支管道(1、2)內(nèi)充滿水后，關(guān)閉補(bǔ)水閥(7)；③、當(dāng)進(jìn)行清除水底淤積的泥沙時，清淤裝置為清淤吸頭(3)，將清淤吸頭(3)沒入清淤作業(yè)的水區(qū)底部，打開主管道(1)上的泄水閥(6)，使主管道(1)內(nèi)的存水急速下泄，主管道(1)和支管道(2)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時開動清淤吸頭(3)，清淤吸頭(3)高速旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器對沉積的泥沙進(jìn)行攪動或掘進(jìn)，主管道(1)內(nèi)的水流壓差使泥沙流通過支管道(2)進(jìn)入主管道(1)并排至壩體(5)外部；④、操作人員在岸上或船上遙控清淤吸頭(3)的行進(jìn)和工作，使水庫底部沉積的泥沙逐片清除；⑤、當(dāng)進(jìn)行清除水庫水面上的漂浮物時，清漂裝置為鴨嘴式清漂船(8)，清漂船(8)的吸口后部連接著支管道(2)，清漂船(8)向漂浮物推進(jìn)，同時開啟主管道(1)上的泄水閥(6)，使主管道(1)內(nèi)的存水急速下泄，主管道(1)和支管道(2)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，清漂船(8)吸口附近的漂浮物被吸進(jìn)支管道(2)，漂浮物經(jīng)水流壓差的作用下，經(jīng)主管道(1)泄出庫區(qū)，排至漂浮物處理廠(9)。
2.用于實現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，其特征是清淤吸頭3的吸頭體11內(nèi)的前部內(nèi)設(shè)置著喇叭形的吸口，吸口連接的吸口內(nèi)腔(17)與支管道(2)相連接，在吸頭體(11)上設(shè)置著與空氣壓縮機(jī)(14)進(jìn)、排氣管連接配合的氣囊腔(10)和壓縮空氣腔(15)，吸頭體(11)的頭部設(shè)置著由電動機(jī)(16)驅(qū)動的螺旋推進(jìn)器(13)，在吸頭體(11)上安裝著照明、攝像頭(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是螺旋推進(jìn)器(13)為3個。
4.用于實現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，其特征是清漂裝置為鴨嘴式清漂船(8)，鴨嘴式清漂船(8)為在對稱的船體(18)后部分別設(shè)置著推進(jìn)器(21)，在對稱船體(18)的前部設(shè)置著吸漂進(jìn)口(22)，在吸漂進(jìn)口(22)的下部鉸接著由液壓缸(24)控制的鴨嘴式活動下唇殼(23)，吸漂進(jìn)口(22)在船體(18)下部的出口與支管道(2)相連接，在對稱的船體(18)上分別設(shè)置著安裝有液壓控制的浮筒的浮筒倉(20)，在船體(18)上設(shè)置著操作控制室(19)。
5.用于實現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，其特征是支管道(2)下部的接口通過具有組合軸承和內(nèi)外水封的環(huán)型萬向節(jié)(4)連接在主管道(1)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及清除水庫淤積的泥沙和清除水庫水面漂浮物的方法及其裝置，特別是水庫自瀉清淤、清漂的方法及其裝置，在水庫底部鋪設(shè)主管道，穿出水庫壩體外的主管道口上安裝著泄水閥，在壩體內(nèi)側(cè)主管道上均裝有補(bǔ)水閥，位于壩體內(nèi)的主管道上裝有可移動的支管道，在支管道端部連接著清淤或清漂裝置。需要清淤時在支管道端部連接清淤吸頭，清淤吸頭沒入庫底用本發(fā)明的方法充分利用水庫的水壓差自瀉清淤可以逐片清除庫底淤積的泥沙；需要清漂時，在支管道端部連接清漂船，用本發(fā)明的方法充分利用水庫的水壓差自瀉清漂可以連續(xù)清除水面漂浮物。清淤、清漂的用水量比較少，作業(yè)成本低，清淤、清漂效果好。
文檔編號E02B15/04GK1614161SQ20041010094
公開日2005年5月11日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者方文景 申請人:方文景