专利名称：水库取出水口排沙与淤泥扰动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种水库取出水口排沙与淤泥扰动装置。
背景技术：
目前水库坝堰的中下部位均设有小型取排水工、作为平时或泛期之运转操作之 用，兼作为微量排放浑水之用，但并无在水库底部设置专用之大型排沙通道，如台湾曾文、 石门、雾社、乌山头水库；致水库营运几十年来库底泥沙来渐渐淤高，甚至已高过取排水口， 故目前仅能藉由既设的取排水口闸门机动的调控操作；单一的放水兼具的水力排沙效果 有其极限，仅能勉强保持取排水口前喇叭口极小限度、极小区块之净空、但如遇超大台风豪 雨，则缺乏危机紧急应变之能力，可能一夕之间坝前即淤积5飞公尺，届时进水口则有可能 被淤泥树枝阻塞、导致水库无法正常操作放水、风险极大。石门水库遭遇艾莉台风侵袭，其河道放水口、电厂进水口即被淤泥杂木垃圾阻塞 无法操作放水，导致大桃园地区大缺水大灾难即为一例。后来石门水库当局即在水库水域河道放水口及电厂进水口前水库水域组装浮动 式工作船舶，藉水刀、高压气帮浦并配合深水潜水装备于水下作业，拟清除阻塞夹杂在进水 口闸门之淤泥及杂木，虽费了九牛之力，然因受限于下列因素，致效果不彰；1、于台风豪雨水库大量进水，水门可能会被阻塞，在最需要排沙时，基于人员及设 备安全却无法下水作业，丧失最佳排除时机，只能在不需要排水时下水作业，徒然浪费水资 源。2、排水时因取出水口前之空间吸排作用，船舶、工作平台及潜水工作人员无法靠 近，只能在较远之安全处作业，但因排沙效率与距进水口之远近成正比，也与闸门开启之大 小成正比，当作业地点距离远，闸门微开时，无吸排作用排沙效果几近轻微，但如将闸门开 大，也因吸排作用大量库水稀释，其含沙量偏低约不到百分之一，平白浪费珍贵水资源，排 沙效果不彰，本益比低。3、工作船舶及设备及深水潜水作业人员投资庞大，动员复员费时，深水水下作业 时间短促，危险性高，费用十分高昂，处理数量有限，只适合于水库重要设施紧急抢救之用， 尚不适合长年的排沙作业。虽然以配合水刀、空压机及潜水装备、人员水下作业，以扰动进水口前淤泥方式， 虽可以改善进水口前之闸门夹杂木竹垃圾清除问题，但以石门目前之技术、经验，如需要清 除洞口前淤泥尚有多处前述盲点无法克服；如装备动员复原费时，高危险、高单价、操作不 便、小量、间歇、断续、复杂难行，徒然浪费宝贵水资源，此水下作业工法受限水面风雨浪涛 环境，勉强只能应用于水库运转操作设备紧急抢救应变，并非经济有效、操作方便、大量持 续、简易可行之水库进水口前庭清淤良法。
实用新型内容本创作之主要目的在于水库、拦河堰填施行重力式水力排沙之前端配套工法装置一固定沉水式水刀射流淤泥搅动装置，系撷取浮台、船舶型潜水水下作业及虹吸式清淤、吸 扬式抽泥船，与参考污水厂沉淀池等各式清淤之优点，并改良其缺点，应用创新提供在水库 取水口(混凝土结构设施)上方、设置固定式沉水式水刀射流淤泥扰动装置，配合水库在 放水排沙时，可同时按钮启动本装置，可依设定旋动方式自动操作，以高压水柱及高速搅拌 器，对准进水口前淤泥目标，将阻塞堆积在洞口前之淤泥面打破扰动，使之碎裂扬起，藉取 水口具有之特殊空间功能_将扰动之淤泥，依中和稀释原理及水力虹吸作用，把洞口前淤 泥所形成之浑水潭瞬间全部排放，并可在取水口特殊空间功能区域范围内以锚定浮动工作 平台吊挂本装备，扩大进水口前庭排沙区域，确保进水口永远不会被淤泥阻塞，不会污浊水 库水体，可在任一最佳时机随时操作，增进排沙效率、保障排沙作业人员及设备之安全，简 易操作、节省投资、省料省工等优点。 本创作提供一种水库取出水口排沙与淤泥扰动装置，在水库取排水工之斜坡面上 设置至少一座沉水式淤泥搅动装置，其中沉水式淤泥搅动装置系安装在水库取排水工斜坡 面之下方，该水库取排水工斜坡面上并装设操控之管线电源延管，连接至岸上控制室内以 遥控按钮操作，当水库放水时，启动沉水式淤泥扰动装置，将积聚在水库进水口前庭之淤泥 以高压水柱及搅拌器强力扰动、破碎、裂解、浑化及扬起之泥浆，并借着进水口之特殊空间 中和稀释及水力吸排作用，自动清除进水口前庭淤泥之排沙装置。 本项工法及装置以水库运转放水操作同时兼顾排沙需要，将成为中高年水库-淤 积严重水库，有效清淤，水门设备保全之必要装备之一。
图1 系水库取出水口排沙与淤泥扰动装置之平面示意图(扇形)。图2 系水库取出水口排沙与淤泥扰动装置之侧面示意图。图3 系水库取出水口排沙与淤泥扰动装置之平面示意图(矩形条状式)。图4 系垂直固定锚座及随水位自动升降浮标浮索延管之示意图。主要组件符号说明(10)水库取排水工(12)管线电源延管(14)随水位自动升降浮标浮索延管(15)垂直固定锚座(152)垂直固定副钢(缆)索(16)工作平台(18)积聚在水库进水口前庭之淤积(20)沉水式淤泥扰动装置(22)中和稀释及水力吸排作用(24)瞬间排出
具体实施方式
请参阅图1-3所示，本创作系于水库取排水工(即水库取水工程设施)10之斜坡 面11 (或取水塔竖面)下方，安装设置至少一座沉水式淤泥扰动装置20，另沿水库取排水
(11)斜坡面 (13)控制室 (141)浮标
(151)垂直固定主钢(缆)索
(153)固定锚垂 (17)远距定线扇型 (19)高压水柱及搅拌器 (21)泥浆
(23)集中注入取水口工10之斜坡面11上，装设操控之管线电源延管12，连接至岸上控制室13内遥控按钮操作。 并以水库取排水工10或斜坡面11为中心，配合第四图所示，以随水位自动升降浮标浮索延 管14及垂直固定锚座15来配合工作平台16吊挂沉水式淤泥扰动装置20，以远距定线扇型 17(或矩型条状式布置)扩大排沙作业区域。其中垂直固定锚座15下方系以垂直固定主钢 (缆)索151及垂直固定副钢(缆)索152分别吊挂固定锚垂153于淤泥18上方；而随水 位自动升降浮标浮索延管14下方系吊挂有随水位自动升降之浮标141。当水库放水时，配合启动沉水式淤泥扰动装置20，将积聚在水库进水口前庭之淤 泥18以高压帮浦、高压射水机所产生之高压水柱及扰拌器19强力扰动、破碎、裂解、浑化及 扬起之泥浆21，藉进水口具有之特殊空间功能一中和稀释及水力吸排作用22，将高浓度之 泥沙浑水集中注入取水口 23以瞬间排出24。再者，本创作为扩大排沙区域，以岸上水库取排水工10为中心，连结可以随水位 自动升降之垂直固定锚座15配合锚定之垂直固定主钢(缆)索151与垂直固定副钢(缆) 索152及工作平台等浮具，在进水口或溢流口空间吸排效应范围内，配合实地需求延管配 合工作船筏、平台、以沉水式或水陆两用式高压抽水帮浦，射流装备及水中涡旋搅拌器以定 点定线作扇形辐射状式或矩形条状式等进行取出水口远端以高压水柱及涡旋水流强力冲 淤，强劲的旋动水流，将沉淀水库底之固结粉泥翻转扬起，瞬间经取出水口或溢流口强力吸 排自动将淤泥排出。另，本创作在水库、拦河堰填内取出水口前，以人为、机械、外力增加排沙含量，利 用水库原排水通道作为排水、排沙二者效益兼具之通道或进而增加原色排沙到排沙量。本创作系一种水库取排水口清淤创新工法；系利用水库运转设施及平常或洪水期 操作放水模式，藉取水工具有之特殊空间功能，以在取水口安设本装置，即可简便精准排除 进水口前庭淤泥，并可扩大排沙区域，增进实质排沙效果。假设台风豪雨期间(约三日)开启水库取排水口(永久河道放水道、电厂进水口、 紧急排洪道等排水设施)兼作为排沙之用时，如配合启动本系统装置，则其每次台风豪雨 事件清淤效应概算如下清淤面积250mX 200m = 50，OOOm2清淤深度 12m每次(三日)排游数量50，000m2 X 12m = 600，OOOm3换算每次清游费用600，OOOm3 X 1000 元 /m3 = 60, 000, 000 元估计每年平均3次台风侵袭年排游数量600，OOOm3 X 3 = 1，800，OOOm3换算年清淤费用1，800，OOOm3X 1000 元 /m3 = 180，000，000 元以曾文水库为例 发电厂+河道放水口之放水量约5CT120CMS以上，含沙量约占百分之二，本工法装 置排沙量约2. 3CMS，则含沙浓度约100，OOOppm，浊度约74，000NTU，此数值在下游河川豪雨 排洪其容许之含沙量范围以内。 1、本创作工法及淤泥扰动装置，系直接设置在水库水面下取出水工(进水口)水 工混凝土结构物上，设备及人员安全，操作简便，只要在陆上控制室内按钮远端遥控操作即可。[0043]2、本创作系架设在进水口之上方，其出水管口向下对准目标区域固定(可依设计 自动回转、角度可调)可轻易作业以高压水柱直接触动冲击淤泥，命中红心效果百分百，免 除平台船舶无法或不易锚定、无法接近对准洞口，必须水下作业，以及工作危险、工作时间 短促之大缺点，可以确保水工结构物之安全及孔口免于阻塞。3、小压力小水量之水刀对水库淤泥清理无法产生作用，必需以大压力、大流量大 水刀所产生之高压水柱始能发挥效用，并辅以涡旋搅拌器，可事半功倍。本创作水刀射流装 置，可依目的需求一组或多组或不同高程设置，也可单独或同时启动之操作。4、本创作因进水口位于大坝下层故不添置高压空气压缩机曝气，以免泥沙上浮， 影响排沙效率，仅以大流量高压水柱射流及搅拌涡旋机向下拌合，所以经扰动之淤泥会集 中下层水域，被进水口水力虹吸重力作用百分百吸入，浑水不会污浊进水口附近水域形成 “阴阳海”。5、把握在最坏的天候下_台风豪雨来袭时也是最佳排沙时机，仍然可以安全执行 排沙作业。6、如无本创作、单独开启既有之进水口闸门作水力排沙，进水口有可能被泥沙杂 物阻塞无法开启，即使能开启其效果也很有限，只能排除进水口前小量小体积泥沙，形成小 圆锥、漏斗型小缺口，但如配合添加本创作作业，纵使进水口被阻塞仍可开启并可扩大缺口 与纵深，增加排砂浓度提高排沙效率，节省水资源。7、设备费用节省，可以省去平台船舶设备高昂费用及拖吊与锚定等施工难度。8、本创作-经安装后可以全年无休、随时24小时连续操作机动性高，不需要平台 船舶设备动员、复原费时、以及水面、水下专业高危险工作群人力。9、可以配合现地需求，依取出水口为中心，以可以随水位自动升降之垂直锚座及 浮台浮标延管配合工作船筏、平台、以远距定线扇形辐射式或矩形条状式等进行多机同步 作业，扩大进出水口排沙区域面积与排沙效率。10、可随时配合水库运转操作，经年全天候作业机动性高，利用率高，排沙效率高、 排砂量大。11、本创作已把以往水面浮台、船舶型水刀高压曝气、深水潜水作业装置所有缺点 全部摒除克服并加以改良精进。12、本创作有水库蓄水范围使用管理办法第23条之适用，可以随时装设施行不需 费时之环境评估作业。综合以上所述，本创作之水库取水口排沙工法及设置固定沉水式水刀射流淤泥扰 动装置，系为加强单纯之进水口水力排沙之人为配套机械通沙设施，将传统现有在水库水 面上之船舶配合潜水人员作业之浮动载台改变为于水库取出水工混凝土(进水口上方)之 固定载台，以大型高压力与高流量同时俱备之沉水高压抽水机(耐砂耐磨型反向安装)或 高压射水机所形成之高压水柱射流扰动冲击进水口前庭淤积体，并以涡旋搅拌器加速粉碎 浑化，瞬间藉水力虹吸重力排沙，并可连结锚定工作浮台扩大进水口前庭排沙区域，不论水 库水位升降，不受台风暴雨天候环境影响，随时可依水库管理单位指令即时配合排沙运转 操作、扰动进水口前淤积泥沙，扩大排沙效果，增益排沙效率，节省时间、把握排洪排沙时机 空间、效率费用、操作费用，节约能源与水资源之功能及操作安全简便效率之目标。
权利要求一种水库取出水口排沙与淤泥扰动装置，其特征在于在水库取排水工之斜坡面上设置至少一座沉水式淤泥搅动装置，其中沉水式淤泥搅动装置系安装在水库取排水工斜坡面之下方，该水库取排水工斜坡面上并装设操控之管线电源延管，连接至岸上控制室内。
2.如权利要求1所述的水库取出水口排沙与淤泥扰动装置，其特征在于其中为扩大 排沙区域，以岸上水库取排水工为中心，连结可以随水位自动升降之垂直固定锚座配合锚 定之垂直固定主钢索与垂直固定副钢索工作平台等浮具，在进水口或溢流口空间吸排效应 范围内。
3.如权利要求1所述的水库取出水口排沙与淤泥扰动装置，其特征在于其中在水库、 拦河堰填内取出水口前，增加排沙含量将水库原排水通道作为排水、排沙通道。
专利摘要一种水库取出水口排沙与淤泥扰动装置，在水库取排水工之斜坡面上设置至少一座沉水式淤泥搅动装置，其中沉水式淤泥搅动装置系安装在水库取排水工斜坡面之下方，该水库取排水工斜坡面上并装设操控之管线电源延管，连接至岸上控制室内以遥控按钮操作，当水库放水时，启动沉水式淤泥扰动装置，将积聚在水库进水口前庭之淤泥以高压水柱及搅拌器强力扰动、破碎、裂解、浑化及扬起之泥浆，并借着进水口之特殊空间中和稀释及水力吸排作用，自动清除进水口前庭淤泥之排沙装置。本创作可简易进行排沙作业，不会污浊水库水体、瞬间高浓度吸排、除可排除重点区域泥沙，并可扩大洞口前庭排沙区域，提高排沙效率、确保取水口不被阻塞致影响水库运转操作。
文档编号E02B8/00GK201746822SQ20102000122
公开日2011年2月16日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者徐安然 申请人:徐安然;吴淑缎;徐瑛怿;徐玮怿;郭美宏