联合排沙渠道

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联合排沙渠道\n技术领域\n[0001] 本发明属于水利工程中泥沙处理技术领域，具体涉及一种联合排沙渠道。\n背景技术\n[0002] 在多沙河流引水灌区，渠系泥沙的控制与输送问题一直是农田水利工程上的一个难题，这些灌区的各级引水渠道中常常会泥沙淤积严重，每年需要投入大量人力物力进行清淤工作。为了解决灌区引水渠道泥沙淤积问题，常用的二级泥沙处理设施主要有沉沙池、排沙涡管、排沙漏斗和自排沙廊道。沉沙池是目前我国大多数灌区采用的排沙方法，它通过增大过水断面面积来降低水流流速，从而促使泥沙沉降下来。沉沙池对不同粗细泥沙和来水流量的适应能力强，排沙效果良好，在我国应用十分广泛。然而沉沙池也存在占地面积大和运用年限短等弊端，目前我国多数灌区的上游地区已经基本上没有可扩展的沉沙洼地，急需寻求灌区泥沙治理的新途径。一些灌区利用了下游地区的洼地来修建沉沙池，但由于泥沙输送距离较长，存在长距离输送粗沙易淤积的问题，沉沙池上游渠道容易淤积严重。排沙涡管、排沙漏斗和自排沙廊道这些排沙设施在应用中均表现出很好的排沙效果，但是排沙涡管和排沙漏斗对来水来沙条件要求较为苛刻，而自排沙廊道只能处理已经淤积下来的泥沙，因此它们在水沙条件的适应范围上具有一定的局限性。\n发明内容\n[0003] 针对上述的灌区引水渠道泥沙淤积问题，为了克服沉沙池占地面积大和运用年限短的弊端，同时保持沉沙池对水沙条件适应能力强的优点，本发明提供了一种联合排沙渠道。\n[0004] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：\n[0005] 一种联合排沙渠道，包括一个进水渠、两个弯道和一个出水渠，所述弯道上游接所述进水渠，下游接所述出水渠；在所述进水渠位置设有磁化器以便磁化进水渠内的水流；在第一个弯道内设有一块水平的穿孔板和一块弧形的导流板，所述穿孔板位于所述导流板的上方，在此弯道的内侧墙的底部位置开设一条细长的窄缝，在所述窄缝的下游设有一个输沙廊道和一个旋流池，所述输沙廊道位于所述窄缝的斜下方，所述旋流池主要由池体、排沙底孔、溢流堰口、悬板、旋涡控制柱和回水渠所组成，所述排沙底孔位于池体底部的中心位置，所述悬板呈不规则圆环形，悬板的外边界与池体相连接，所述旋涡控制柱主要由若干个位于排沙底孔四周的柱体所构成，所述溢流堰口的高度与悬板的高度齐平，溢流堰口下游连接一个回水渠；在第二个弯道内设有直线型的导沙坎，在此弯道的内侧墙的底部位置开设扁平型的排沙口，在所述排沙口的下游设有排沙管。\n[0006] 优选的，所述两个弯道的圆心角均为180°，所述弯道的横断面为矩形。\n[0007] 优选的，所述第一个弯道的半径等于所述第二个弯道半径的1.4倍。\n[0008] 优选的，所述窄缝的圆心角为150°，所述窄缝的高度为弯道宽度的0.01倍。\n[0009] 优选的，所述旋流池的池体底部是水平的。\n[0010] 本发明的有益效果在于：\n[0011] 1、本发明相对于沉沙池而言具有占地面积小、工程造价低和运用年限长的特点。\n[0012] 2、本发明的主要组成部分进水渠、弯道和出水渠均为渠道结构，对水沙条件适应能力强，与原有的引水渠道对接方便。\n[0013] 3、本发明能够有效排除主要在渠道底部运动的容易淤积的粗颗粒泥沙，基本上不排除主要存在于上层水流的细颗粒泥沙，排粗送细，既能有效地减缓引水渠道泥沙淤积，又能将细颗粒泥沙送入农田以增加农田的肥力。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明的平面结构示意图。\n[0015] 图2是图1的A-A断面结构示意图。\n[0016] 图3是图1的B-B断面结构示意图。\n[0017] 图4是图1的C-C断面结构示意图。\n[0018] 图中：1—进水渠，2—磁化器，3—排沙管，4—悬板，5—旋流池，6—穿孔板，7—输沙廊道，8—第一个弯道，9—导流板，10—出水渠，11—多进口排沙管，12—第二个弯道，\n13—导沙坎，14—回水渠，15—窄缝，16—旋涡控制柱，17—排沙底孔，18—溢流堰口，19—排沙口。\n具体实施方式\n[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。\n[0020] 如图1至图4所示，进水渠1、出水渠10和两个弯道(第一个弯道8和第二个弯道12)的横断面均为矩形，且三者的宽度相同，进水渠1在纵向上为直线型，起到平顺水流的作用，在进水渠1位置设有磁化器2；在进水渠1和出水渠10之间设有两个半圆环形的弯道，与进水渠1相连的第一个弯道8的半径等于弯道宽度的2.2倍，与出水渠10相连的第二个弯道12的半径等于弯道宽度的1.5倍；在第一个弯道8内设有一个圆心角为90°的圆弧形的导流板9，导流板9的高度等于弯道宽度的0.23倍；在第一个弯道8内还设有一个水平的半圆环形的穿孔板6，穿孔板6的高度与导流板9的高度齐平，穿孔板6的孔隙率为23％；在第一个弯道8的内侧墙的底部位置开设一条细长的窄缝15，窄缝15的圆心角为150°，窄缝15的高度为弯道宽度的0.01倍；在窄缝15的下游设有一个输沙廊道7和一个旋流池5，输沙廊道7内为有压流，输沙廊道7的上游段呈弧线型，沿第一个弯道8的内侧墙布置，输沙廊道7的下游段呈直线型，与旋流池5的池体相切；旋流池5主要由池体、排沙底孔17、溢流堰口18、悬板4、旋涡控制柱16和回水渠14所组成，池体为圆柱形，其内径等于弯道宽度的2倍，排沙底孔17位于池体底部的中心位置，其孔径等于弯道宽度的0.1倍，排沙底孔17下游设有排沙管3，旋涡控制柱16位于排沙底孔17的四周，旋涡控制柱16主要由三根竖直放置的小圆柱所构成，悬板4距池体底部的高度等于弯道宽度的0.3倍，悬板4的外边界与池体相连接，悬板4的内边界由两条不同半径的圆弧形所构成，溢流堰口18的高度与悬板4的高度齐平，溢流堰口18下游连接一个回水渠14；在第二个弯道12内设有两条直线型的导沙坎13，导沙坎13一端与第二个弯道12的外侧墙相连接，一端接近于排沙口19，导沙坎13的高度等于窄缝15高度的2倍，排沙口19的数量与导沙坎13的数量一致，每个排沙口19对应的圆心角为20°，排沙口19的高度等于窄缝15高度的0.8倍，排沙口19下游设有一个多进口排沙管11。\n[0021] 工作时，灌区引水渠道的挟沙水流先被引入进水渠1，在这里利用磁化器2对挟沙水流进行磁化处理，以便增加泥沙的沉降速度，使得更多的泥沙聚集在渠道底层，从而更有利于后续的泥沙处理，当水流中泥沙较粗时也可以取消磁化处理这一步骤，以节省运行成本。挟沙水流通过进水渠1再进入第一个弯道8内，水流在弯道内会产生横向环流，穿孔板6和导流板9可以帮助加强上述横向环流，穿孔板6还有利于上层泥沙的沉降和下层泥沙的输移，在弯道横向环流的输沙作用下渠道内底层泥沙向弯道内侧(弯道凸岸)运移，并通过窄缝15和输沙廊道7进入旋流池5。旋流池5起到二次水沙分离的作用，以降低本发明的耗水率，经过旋流池5处理后的较清水流通过回水渠14再流回到下游的引水渠道以资利用。旋流池5借鉴了排沙漏斗技术，为了克服旋流池5内自由表面旋涡的中心轴与旋流池池体的中心轴不重合的问题，设置了一套旋涡控制柱16，较好地解决了这一问题，使得旋流池5的排沙节水效果更好。水流经过第一个弯道8以后再被引入第二个弯道12，通过第二个弯道12、导沙坎13和排沙口19的共同作用进一步地排除渠道内残留的粗颗粒泥沙。本发明采用两个半圆环形的弯道分别与进水渠1和出水渠10相连接，保证了出水渠10内水流方向与进水渠1水流方向是一致的，并且进水渠1和出水渠10均为渠道结构，从而使得本发明与原有的引水渠道对接方便。\n[0022] 模型试验\n[0023] 根据黄河中下游引黄灌区干渠和支渠泥沙淤积的实际情况，设定如下工况进行实验：引水渠道渠底宽度为3m，流量为2m3/s，淤积泥沙的中值粒径为0.2mm。物理模型按照重力相似准则设计，模型长度比尺选定为10，弯道宽度为0.3m，流量为6.3L/s，采用筛分后粉煤灰作为模型沙，粉煤灰密度为2.03g/cm3，粉煤灰中值粒径为0.13mm。实验时，在进水渠1上游均速投加粉煤灰，对出水渠10、回水渠14、排沙管3和多进口排沙管11流出水流的流量和含沙量进行测量，然后计算本发明的耗水率和排沙率。试验结果表明，本发明对粒径大于\n0.1mm的粗颗粒泥沙其排沙率在80％以上，本发明的耗水率在6％左右。试验说明，本发明可以在较低的耗水率下大大地减轻引水渠道内的泥沙淤积情况。