專利名稱：用管道輸送清除水庫淤積和開挖攔門沙的新技術的制作方法
發源或通過我國黃土高原的大小河流，逢暴雨時其洪水含沙量都很高，淤積於大小水庫和河道內，并造成河口攔門沙，使庫容減小，河道淤高，且攔門沙阻礙洪水宣泄。如黃河、永定河、滹沱河等都已淤成懸河，各水庫也都有嚴重淤積，特別是三門峽水庫于1961年8月關閘蓄水，10月21日壩前水位已達332.5米當時適逢庫區上游暴雨，黃渭同漲，大量黃土泥沙下泄，造成水庫和渭河河道淤積，并在渭河口形成攔門沙，阻塞渭河洪水宣泄，乃潰堤淹沒渭南，威協西安，國內水利專家和外國顧問商確，決定改建大壩，在左岸開兩條隧道，壩身四條發電引水鋼管改用于泄流排沙，后打開八個大壩底孔，均未能排除渭河河道和水庫上游的淤積以及渭河口攔門沙，迫不得已改為徑流發電，損失水庫原設計功能的四分之三以上。黃河下游連年春夏干旱，經濟損失更加嚴重，三門峽水庫必須關閘蓄水，以供灌溉。近兩年黃河上游暴雨，因水庫高水位蓄水，渭河流域都遭受嚴重洪災，損失慘重，哀鴻遍野。自1961年至今已三十五年余，迄無良策解決三門峽水庫淤積難題。目前，正在施工的小浪底，水庫以及預建的磧口水庫和龍門水庫，都有泥沙問題；發源于黃土高原注入黃河的各支流，上游已建有許多蓄水攔沙壩，都漸被淤積幾成廢庫；永定河上游向北京供水的官廳水庫也已淤積，庫容減少近至廢庫，土述一切至今都是莫可奈何地任其繼續淤積。
現在世界上陸路輸送一相或二相流體，最經濟和建設費用最低廉的方法是管道輸送，如輸油管道長逾千里，化工業普遍用以輸送二相流體，然因用途的不同，設計規劃個異，但迄今沒有用于水庫清淤。本發明是針對多沙水庫和河口攔門沙，提出一種應用管道輸送清除淤積的新技術。
各水壩建筑時，都必須設有數個標高最低的排水底孔，水壩建成后再予封閉蓄水，但對多沙河流必須留一底孔，與排沙主管道連接，中間裝有閘門，主管道的直徑應按需要而定，可自一采至三米以上。大直徑的宜用鋼筋水泥就地建造，或用大水泥管連接而成，應以建造費用經濟選擇，主管道除受地震影響外，管壁不受張力，設計較簡單。主管道的長度宜延至水庫上游的呆水線附近，并將其上端分成許多直徑較小的分支，各支管都裝有閘門，以便連接長軟管。各支管橫斷面積的和等于主管道的橫斷面積。長軟管由柔性塑料或橡膠制成的軟管多節連接而成，其長度可達一百公里以上，按實際需要而定，使用時中間多處用浮筒或小船將長管吊離水庫底，以便移動。長軟管上端用機動船拖行至清淤地區，管口加裝護罩，機船上的吊桿將軟管口端下放，使護罩接觸淤泥。各長軟管口至大壩底孔間的壓力差，使各軟管吸取管口下的水和泥沙，混成二相流體，順管道下流至大壩底孔排出水庫。其排出容積可用下式計算
D-主管道的直徑(米)g-重力加速度(米/秒2)h-各長軟管口至底孔水位差的平均值(米)α-此系數可由測定底管口的流速后求得，其值小于1總排沙量Qs(米3/秒)以泥沙在二相流體內占百分之六十容積估算Qs＝0.6Q米3/秒設h＝10米，D＝2米，α＝0.8，1年＝3.155×107秒。即全年晝夜作業，約可排除泥沙六億余立方米，即十余億噸的淤積泥沙排除水庫至下游。單位時間排沙量，受護罩形狀及其與庫底淤積相對情況的影響很大，主要是利用管口水流速度起動泥沙，與庫水混合成二相流體，管口離淤積面太遠，就不能起動泥沙，排沙效果為零；如護罩和管口侵入淤泥太深，排沙受阻塞，排沙量也會下降至很低，故施工時須注意調節管口高低和移動位置，盡可能提高管內流體的含沙量和流速，以達排沙的最高效率。如水位差太小或排沙口較高，各軟管口與護罩間，須加裝軸流式或離心式深水流體泵加壓，增加流速，加快清淤。
對于已建成的小水庫，無論有無底孔，可不利用，而直接用水泵連接軟管，越過壩頂通至庫外清淤，雖設計和運用情況各異，基本上都是應用管道輸送清除庫內淤積，均屬于本發明的適用范圍。
應用上述管道輸送排除至水庫外下游的二相流體，是水少沙多，必然淤積在河道內。抬高河床，然而河道淤積可用大動力特用機具于洪水時，施行漂移技術和人造揭底沖刷技術，將淤積泥沙送至河口和大海。使用管道輸送排入深海或排到近海造陸，是本發明的變相應用。例如三門峽水庫危害渭河流域的淤積，用上述管道輸送排出大壩外，即被發電流出的清水稀釋，向下流并淤積在黃河河道和施工中的小浪底水庫間；小部分流出小浪底水庫外，并淤積在桃花峪的河道中，此乃可於洪水或人造洪峰時，應用大動力特用機具，施行漂移技術和人造揭底沖刷技術，清除河道淤積，浚深主河槽，主河槽淤積的粗沙，如輸送陸地上或放淤，都會成為沙漠，只能送至海域；淤積在河口和攔門沙間的泥沙，用管道輸送至深海，或輸送到黃河攔門沙內的淺海域造陸，以供勝利油田陸上打井開采石油。在海域和陸上打油井，二者所需費用的差額很大，足以支付治理黃河所需的各種大動力特用機具和管道輸送的全部研制費用。這樣治理黃河，很可能三五年就將黃河的淤積排除，浚深主槽通航，而不需第五次加高培厚黃河大堤。減少一次增高培厚大堤，或減少一次潰堤大洪災的損失，都足以支付采用大動力特用機具治河的經費。
開挖河口攔門沙，應用的管道運輸，其設計與前略有不同，不可設置固定的主管道，長軟管應采用大的直徑，軸流式或離心式流體泵須裝在排沙軟管進口端，其外加裝護罩，并用機動船隨時拖行，移動其抽沙地點，用船上吊桿調節護罩與流體泵至游沙的距離，使排沙效率達到最大。長軟管中間段須用許多個浮筒或小船上裝的絞盤，將長軟管吊離海底，以便移動；或放置于海底上，以防大風浪損壞，長軟管排沙端用機動船拖行至預定海域排沙。如用淤積泥沙，在近海或河口攔門沙內造陸，移動長軟管排沙端，可采用的方法很多，如用人力或絞盤拖移等，應按實際情況選擇最經濟的方法。
權利要求
本發明是應用運輸成本最低廉的管道輸送，清除水庫淤積和開挖河口攔門沙，其特征在于還具有(1)用以清除大水庫內十余億噸淤積時，宜用鋼筋混凝土制成二米以上的主管道，下端接至水庫大壩底孔，其間裝閘門，主管道上延至水庫適當地點，并將其上端分成許多直徑較小的支管，都裝有閘門，以便裝置由柔性塑料或橡膠制成的軟管，多節連接成需要長度的長軟管，長軟管的另一端裝護罩，必要時在護罩和管口間加裝流體泵加壓，用機動小船拖著行駛于庫區內，船上吊桿調節使管口護罩接觸或進入淤泥內，吸取水和泥沙使每立方米混水盡可能含百分之六十以上的泥沙，經管道輸送至庫外，并應常年晝夜作業，待淤積清除至安全程度，再接上游來水來沙情況，調整作業時間，如軟管很長，中間用數浮筒或小船，將長軟管吊離庫底，以便移動；
(2)用于開挖河口攔門沙時，不可制造固定的水泥主管道，用數條長軟管同時作業，長軟管用直徑最大的成品柔性塑料或橡膠管連接而成，吸沙端裝軸流式或離心式流體泵加壓，輸送泥沙混水，并用機動船拖著長軟管巡航于攔門沙開挖區，船上吊桿調節吸沙端與淤沙間的距離，使流體泵吸取高含沙量的混水，經管道輸送至深海區，排沙端也須用機動船拖載著巡航，船上吊桿下放長軟管排沙口至最低點，長軟管很長時，中間用浮筒或小船上的絞盤將長軟管吊離淺海底，海上風很大時，就下放到海底以策安全；
(3)用于挖攔門沙或河道主槽底的淤積造陸時，所用長軟管、流體泵和機動船等，與上述開挖攔門沙的相同，唯移動長軟管排沙端可采用的方法有很多種，如用人力或絞盤等，須按實際情況選擇最經濟的方法使用。
全文摘要
本發明是應用管道輸送清除水庫淤積和開挖河口攔門沙的新技術。清除水庫億噸淤積宜造大直徑主管道,下端接水壩底孔并裝閘門,上端延至適當位置分成數條支管,各裝閘門以便連接長軟管一端,軟管的另一端裝護罩或流體泵加壓,機動船拖軟管在庫區吸取淤積,順管道排出壩外。開挖攔門沙時,長管吸沙端需裝流體泵,用機動船拖行吸取攔門沙,排沙端也用機動船拖至深海排沙。用淤泥造陸,宜按實際情況選用適當的方法移動排沙端。
文檔編號E02B5/02GK1189559SQ9710036
公開日1998年8月5日 申請日期1997年1月31日 優先權日1997年1月31日
發明者張善仿 申請人:張善仿