专利名称：水库自泻清淤、清漂的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及清除水库淤积的泥沙和清除水库水面漂浮物的方法及其装置，特别是水库自泻清淤、清漂的方法及其装置。
背景技术：
水流夹带的泥沙进入水库，由于流速变缓使泥沙沉积在水库底部，这是一项自然属性。长期以来人们在水库建设中没有或没有彻底解决水沙同治的原则。加之水库泥沙淤积的问题的初期隐蔽性，容易被忽略，长期没有形成有效的防治措施，致使泥沙淤积成了几乎所有河道水库的顽疾。泥沙问题给水库建设带来的负面影响是多方面的，其中最明显和最突出的是损失库容，缩短水库的使用寿命。有关资料表明，“每年因泥沙淤积而损失的水库库容约占世界总库容的1％”，“今后几十年内，由于泥沙淤积，世界上水库库容的一半将消失”。这种状况在中国的北方比较严重。例如山西省对全省43座大、中型水库进行统计，水库总库容为22.3×108m3，到1974年已损失31.5％，即损失7×108m3，平均每年损失0.5×108m3。据陕西省1973年统计，全省100×104m3以上水库192座，总库容15×108m3，已损失31.6％，即损失4.7×108m3，其中1970年以前建成的120座水库已损失其库容53.5％，有43座水库已完全被淤满。
然而，现行的中外水库排沙方法，如蓄清排浑、壅水排沙、沿程冲刷、溯源冲刷等(详见《水库淤积》第五章和2003年12月由简汉敏等编译出版的《水库清淤》)以及水利部已多次在黄河中游试验的异重排流沙法都有很大的局限性。一是排沙的总量有限，无法根本治理水库泥沙问题，如三门峡水库上述诸项排沙办法都用过，但终究难以逃脱因泥沙淤积几乎成废库的厄运(主要指蓄水功能)。二是用水量过大，效益偏低。如2003年试验的异重排流沙试验，总下泄水量为26.06亿m3，出库平均含沙量为12.2kg/m3，总共入海泥沙6640万吨，每排一吨泥沙约用水量为39m3(详见黄河水利委员会发布的黄河首次调水调沙试验效果)。2004年第二次黄河调水调沙试验，单位调沙用水量仍居高不下，小浪底水库每冲刷一吨泥沙用水量为27.34m3，入海泥沙的用水量更大，约72m3(详见经济日报2004年7月16日1版报道)。
由于自然的原因和人为的因素在水库坝前的水面上聚集许多漂浮物，不仅有碍观瞻，污染水体，而且还严重威胁库区行船安全和电站的正常运行。据相关报道，三峡库区每年所产生的漂浮物总量约为40万吨。由于没有成熟有效的清漂工程设施，清漂工作十分被动。从日本进口的两艘清漂船，单船的每年清漂量仅为4万吨左右。由于大量的漂浮物积聚在水库坝前，严重地影响着库区行船安全和电站的正常运行。据报道2004年9月13日至10月1日的19天内，水上漂浮物造成了葛洲坝船闸32次运行中断，平均每天中断1.7次，最高时一天达到5次。(见《经济日报》2004年10月12日第3版)该电站每年因漂浮物影响，被迫停止发电所造成的经济损失达数亿元。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水库自泻清淤、清漂的方法及其装置，利用水库蓄水蓄能的主体属性，通过本发明的方法及其设备实现水沙同治，利用水库的蓄水自泻清淤、清漂，可以有效地清除水库中淤积的泥沙和清除水库坝前的漂浮物，而且排沙、清漂的用水量较小，清淤排沙、清漂的成本低，效果好。
一种水库自泻清淤、清漂的方法，包括下列步骤1、沿库区纵向在库底铺设一条刚性主管道，主管道的末端穿过水库坝体，位于水库坝体外部的主管道口上安装着泄水阀，位于水库坝体内的主管道上连接着可移动的支管道，在支管道的末端连接着清淤或清漂装置，位于坝体内侧的主管道上安装着补水阀；2、关闭主管道上的泄水阀，开启主管道上的补水阀，让主、支管道内充满水后，关闭补水阀；3、当进行清除水底淤积的泥沙时，清淤装置为清淤吸头，将清淤吸头没入清淤作业的水区底部，打开主管道上的泄水阀，使主管道内的存水急速下泄，主管道和支管道内产生负压，同时开动清淤吸头，清淤吸头高速旋转的推进器对沉积的泥沙进行搅动或掘进，主管道内的水流压差使泥沙流通过支管道进入主管道并排至坝体外部；4、操作人员在岸上或船上遥控清淤吸头的行进和工作，使水库底部沉积的泥沙逐片清除；5、当进行清除水库水面上的漂浮物时，清漂装置为鸭嘴式清漂船，清漂船的吸口后部连接着支管道，清漂船向漂浮物推进，同时开启主管道上的泄水阀，使主管道内的存水急速下泄，主管道和支管道内产生负压，清漂船吸口附近的漂浮物被吸进支管道，漂浮物经水流压差的作用下，经主管道泄出库区，排至漂浮物处理厂。
一种水库自泻清淤或清漂的装置，包括在水库库区底部铺设着一条刚性主管道，主管道的末端穿过水库坝体，位于水库坝体外部的主管道上安装着泄水阀，位于水库坝体内的主管道上连接着可移动的支管道，在支管道的末端连着清淤或清漂装置。
清淤装置为清淤吸头，清淤吸头为吸头体的吸口内腔与支管道相连接，在吸头体上设置着与空气压缩机进、排气管相连接配合的气囊腔和压缩空气腔，吸头体的头部设置着由电动机驱动的螺旋推进器，在吸头体上安装着照明、摄像头。
清漂装置为鸭嘴式清漂船为在船体的后部设置着有推进器，在对称的船体前部设置着带有鸭嘴式活动下唇壳的吸漂进口，其出口与支管道相连接，在对称的船体上分别设置着安装有液压控制的浮筒的浮筒仓。
用本发明的水库自泻清淤、清漂的方法及其装置，进行清除水库底部淤积的泥沙时，在水库底部设置的主管道连接的支管道的端头连接着清淤吸头，将清淤吸头没入清淤作业的水区底部，关闭主管道上的泄水阀，打开补水阀，让主、支管道充满水后，关闭补水阀门，打开主管道上的泄水阀，使主管道内的存水急速下泄，主管道和支管道内产生负压，同时开动清淤吸头，吸头体头部的螺旋推进器高速旋转，对沉积水库底部的泥沙进行充分地搅动或掘进，促使泥沙将更加顺畅地进入吸口内腔，在水流压差的作用下，沿支管道和主管道排出坝体外。当清淤吸头的吸口内腔遇到泥沙堵塞或掘进卡住螺旋推进器时，切换推进器的旋转方式，使清淤吸头快速脱离淤积层，形成瞬时空转，以减轻清淤吸头的工作负荷，然后切换推进器的转向恢复正常作业。在吸头体上安装着照明、摄像头以及相应的传感器，通过控制电缆传出水面，由工作人员在操作船上或岸上对其进行运行操作。
清淤吸头的上浮和下潜主要是通过改变吸头体内气囊的大小，进而改变清淤吸头浮力的大小来实现的。吸头体内所设的压缩空气腔有两个作用，一是浮筒的作用，压缩空气腔是个刚性结构的封闭腔体，在水中所产生的浮力肯定要大于自身重量，其大于部分用于维持整个清淤吸头在水中的悬浮。二是储存气囊腔充满气时所需要的空气和排气时所产生的空气。当清淤吸头需要下潜时，启动空气压缩机将气囊里的空气抽出存入压缩空气腔，使气囊腔进水，清淤吸头的浮力减小，则清淤吸头下潜。当清淤吸头需要上浮时，启动空气压缩机或开启压缩空气腔通往气囊的阀门，气囊充气，气囊腔的部分水或全部气囊腔中的水全部被挤出，清淤吸头的浮力增加，则清淤吸头上浮。
清淤吸头在水中的推进是通过吸头体头部所设置的推进器配合运转来实现的。当清淤吸头需要在水中游动时，启动推进器的一个或两个或全部，也可以同时变换推进器的旋转方向，所产生的大小不同，方向各异的推力。
当进行清漂作业时，作业前关闭主管道上的泄水阀，开启补水阀门，让主、支管道内充满水后，关闭补水阀门，与支管道的端部连接的清漂船向漂浮物推进，同时开启主管道上的泄水阀，使主、支管道内存的水急速下泄，造成管内负压，清漂船吸漂进口附近的漂浮体，由于巨大的水压差而被吸(压)进支管道，经主管道使水、漂浮物、空气三者的混合流一并写出坝体外。清漂船可以连续不断地清除漂浮物。在清漂作业中，遇到漂浮物来量的变化和漂浮物厚度的变化，及时通过浮筒调整清漂船的吃水深度和控制鸭嘴式活动下唇壳的开度，来调整清漂船的工作负荷和进入清漂船吸口混合物的混合比，使作业始终处于清除漂浮物多、用水量少的工作状态。
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明水库自泻清淤的方法所用设备的布局示意图；图2为本发明水库自泻清漂的方法所用设备的布局示意图；图3为清淤吸头的主视结构示意图；图4为图3的剖视结构示意图；图5为鸭嘴式清漂船的结构示意图；图6为图5的俯视结构示意图；图7为图6的A-A剖视结构示意图；图8为图6的B-B剖视结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示一种水库自泻清淤的方法，包括下列步骤1、沿库区纵向在库底铺设一条刚性主管道1，主管道1的末端穿过水库坝体5，位于水库坝体5外部的主管道1口上安装着泄水阀6，位于水库坝体5内的主管道1上连接着可移动的支管道2，可移动的支管道2刚柔兼备，在其轴线方向有一定的柔性，其管壁内径具有一定的刚度，防止水压和管内的负压将支管道2管壁压变形。支管道2下部的接口通过具有组合轴承和内外水封的环型万向节4连接在主管道1上，环型万向节4主要作用是消除清淤吸头3及支管道2在作业时所产生的扭力在整个管道上的传递，以增强支管道2移动的灵活性，延长支管道2的使用寿命。在支管道2的末端连接着清淤吸头3，位于坝体5内侧的主管道1上安装着补水阀7；2、关闭主管道1上的泄水阀6，开启主管道1上的补水阀7，让主、支管道1、2内充满水后，关闭补水阀7；3、将清淤吸头3没入清淤作业的水区底部，打开主管道1上的泄水阀6，使主管道1内的存水急速下泄，主管道1和支管道2内产生负压，同时开动清淤吸头3，清淤吸头3高速旋转的推进器对沉积的泥沙进行搅动或掘进，主管道1内的水流压差使泥沙流通过支管道2进入主管道1并排至坝体5外部，对排出的泥沙根据不同的需求进行再处理和再利用；4、操作人员在岸上或船上遥控清淤吸头3的行进和工作，使水库底部沉积的泥沙逐片清除。
如图2所示的一种水库自泻清漂的方法，包括下列步骤1、与上述清淤的方法步骤1的方法相同，不同的是在支管道2的末端连接着鸭嘴式清漂船8的吸口；2、与上述清淤的方法步骤2的相同；3、清漂船8向漂浮物推进，同时开启主管道1上的泄水阀6，使主管道1内的存水急速下泄，主管道1和支管道2内产生负压，清漂船8的吸口附近的漂浮物由于水流压差被吸进支管道2，经主管道1泄出库区，排至漂浮物处理厂9进行处理。
如图3、图4所示，清淤吸头3吸头体11内的前部设置着喇叭形的吸口，吸口连接的吸口内腔17与支管道2相连接，在吸头体11上设置着与空气压缩机14排气管连接配合的气囊腔10和压缩空气腔15，吸头体11的头部设置着由电动机16驱动的螺旋推进器13，螺旋推进器13为3个。在吸头体11上安装着照明、摄像头12。由于清淤吸头3在水下作业几乎是在黑暗中进行的，为便于水面上的工作人员对清淤吸头3的操作调度，在吸头体11上配置了水下照明、水下摄像装置，通过控制电缆将清淤吸头3工作状况的信息传到水上操作控制室，操作人员通过显示器来调度指挥清淤吸头3的水下作业。
如图5、图6、图7、图8所示，清漂装置为鸭嘴式清漂船8，鸭嘴式清漂船8为在对称的船体18后部分别设置着推进器21，在对称船体18的前部设置着吸漂进口22，在吸漂进口22的下部较接着由液压缸24控制的鸭嘴式活动下唇壳23，吸漂进口22在船体18下部的出口与支管道2相连接，在对称的船体18上分别设置着安装有液压控制的浮筒的浮筒仓20，在船体18上设置着操作控制室19。
本发明的水库自泻清淤的方法及其装置还可用于水库的扩容。
权利要求
1.一种水库自泻清淤、清漂的方法，其特征是包括下列步骤①、沿库区纵向在库底铺设一条刚性主管道(1)，主管道(1)的末端穿过水库坝体(5)，位于水库坝体(5)外部的主管道(1)口上安装着泄水阀(6)，位于水库坝体(5)内的主管道(1)上连接着可移动的支管道(2)，在支管道(2)的末端连接着清淤或清漂装置，位于坝体(5)内侧的主管道(1)上安装着补水阀(7)；②、关闭主管道(1)上的泄水阀(6)，开启主管道(1)上的补水阀(7)，让主、支管道(1、2)内充满水后，关闭补水阀(7)；③、当进行清除水底淤积的泥沙时，清淤装置为清淤吸头(3)，将清淤吸头(3)没入清淤作业的水区底部，打开主管道(1)上的泄水阀(6)，使主管道(1)内的存水急速下泄，主管道(1)和支管道(2)内产生负压，同时开动清淤吸头(3)，清淤吸头(3)高速旋转的推进器对沉积的泥沙进行搅动或掘进，主管道(1)内的水流压差使泥沙流通过支管道(2)进入主管道(1)并排至坝体(5)外部；④、操作人员在岸上或船上遥控清淤吸头(3)的行进和工作，使水库底部沉积的泥沙逐片清除；⑤、当进行清除水库水面上的漂浮物时，清漂装置为鸭嘴式清漂船(8)，清漂船(8)的吸口后部连接着支管道(2)，清漂船(8)向漂浮物推进，同时开启主管道(1)上的泄水阀(6)，使主管道(1)内的存水急速下泄，主管道(1)和支管道(2)内产生负压，清漂船(8)吸口附近的漂浮物被吸进支管道(2)，漂浮物经水流压差的作用下，经主管道(1)泄出库区，排至漂浮物处理厂(9)。
2.用于实现权利要求1的方法的装置，其特征是清淤吸头3的吸头体11内的前部内设置着喇叭形的吸口，吸口连接的吸口内腔(17)与支管道(2)相连接，在吸头体(11)上设置着与空气压缩机(14)进、排气管连接配合的气囊腔(10)和压缩空气腔(15)，吸头体(11)的头部设置着由电动机(16)驱动的螺旋推进器(13)，在吸头体(11)上安装着照明、摄像头(12)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是螺旋推进器(13)为3个。
4.用于实现权利要求1的方法的装置，其特征是清漂装置为鸭嘴式清漂船(8)，鸭嘴式清漂船(8)为在对称的船体(18)后部分别设置着推进器(21)，在对称船体(18)的前部设置着吸漂进口(22)，在吸漂进口(22)的下部铰接着由液压缸(24)控制的鸭嘴式活动下唇壳(23)，吸漂进口(22)在船体(18)下部的出口与支管道(2)相连接，在对称的船体(18)上分别设置着安装有液压控制的浮筒的浮筒仓(20)，在船体(18)上设置着操作控制室(19)。
5.用于实现权利要求1的方法的装置，其特征是支管道(2)下部的接口通过具有组合轴承和内外水封的环型万向节(4)连接在主管道(1)上。
全文摘要
本发明涉及清除水库淤积的泥沙和清除水库水面漂浮物的方法及其装置，特别是水库自泻清淤、清漂的方法及其装置，在水库底部铺设主管道，穿出水库坝体外的主管道口上安装着泄水阀，在坝体内侧主管道上均装有补水阀，位于坝体内的主管道上装有可移动的支管道，在支管道端部连接着清淤或清漂装置。需要清淤时在支管道端部连接清淤吸头，清淤吸头没入库底用本发明的方法充分利用水库的水压差自泻清淤可以逐片清除库底淤积的泥沙；需要清漂时，在支管道端部连接清漂船，用本发明的方法充分利用水库的水压差自泻清漂可以连续清除水面漂浮物。清淤、清漂的用水量比较少，作业成本低，清淤、清漂效果好。
文档编号E02B15/04GK1614161SQ20041010094
公开日2005年5月11日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者方文景 申请人:方文景