水庫、土庫的控砂導流系統及其控砂方法

2023-07-05 07:07:21

專利名稱：水庫、土庫的控砂導流系統及其控砂方法
技術領域：
本發明屬於水利工程領域，涉及一種水庫、土庫的控砂導流系統及其控砂方法。
背景技術：
泥砂淤集是困擾水利領域的國際難題，水土流失是困擾江河流域治理的國際難題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種水庫、土庫的控砂導流系統，解決水庫中的泥砂淤積 問題，減少江河流域的水土流失造成的危害。本發明的另一目的在於提供一種水庫、土庫的控砂導流系統的控砂方法，簡便可 行，投資少，見效快。本發明採用的技術方案一種水庫、土庫的控砂導流系統，它包括庫底、壩頂溢流 道、進流口、出流口，所述的溢流道設置在庫底與壩頂之間的不同高度，溢流道上設置有進 流口、出流口，進流口沿庫底設置，出流口低於進流口。所述的溢流道頂部沿壩頂設置，溢流道的頂部設置有排氣口。所述的進流口設置在高於庫底，低於壩頂的位置，庫底中淤積泥砂。所述的庫底中的泥砂淤積量低於進流口，形成土庫臺地。所述的壩頂續高至續壩頂，進流口續高至續進流口，庫底中的泥砂淤積量低於進 流口、續進流口，在土庫臺地的基礎上分次淤積形成多級土庫臺地。所述的溢流道的下、中、上遊各建一隨化壩，溢流道設置在庫底與下遊壩頂、中遊 壩頂、上遊壩頂之間的不同高度，沿庫底設置的下遊進流口、上遊進流口與進流口連通，上 遊隨化壩與下遊土庫共用溢流道，土庫中的泥砂淤積量低於下遊進流口、進流口、上遊進流 口淤積成梯級型下遊土庫臺地、中遊土庫臺地、上遊土庫臺地，溢流道從隨化壩、土庫及臺 地中穿過，下遊隨化壩與臺地分別使用各自的溢流道。一種水庫、土庫的控砂導流系統的控砂方法，主要包括①建隨化壩、②建土庫、③ 建溢流道、④建臺地控砂施工步驟；其中①建隨化壩所述的隨化壩根據地形、地貌、地物隨勢而建，隨材料不同，臺地功能不同可建造 不同結構的隨化壩，如土堆壩、土堆復膜壩、土磕石混合壩、拋石壩、砌石壩或混凝土壩，根 據上述結構不同的隨化壩其內設置有不同橫截面的溢流道穿過，隨化壩隨土庫擴容採用土 建或筋固巖體結構加高或永久加固；②建土庫所述的土庫緊鄰隨化壩下遊而建，土庫內設置有溢流道、進流口、出流口，匯集庫 區流失泥砂，洪水不能直接排洩而停滯產生泥砂沉積，含砂水體處於庫底，水體上部澄清， 當澄清的水面高出進流口時，水流進入溢流道，土庫分級為江河級、支流級、溝槽級，先建初級土庫，再根據需要隨時擴容，分次擴大土庫庫容；③建溢流道所述的溢流道由涵道、涵管、或急流槽建成，或利用地勢的耐衝刷溝槽、河道，設置 有進流口、出流口，溢流道按水流的安全通過量選擇橫截面，溢流道貫穿於隨化壩、土庫及 臺地，進流口的高度設在臺地的設計地坪，並低於隨化壩的壩頂，出流口安裝抗衝刷裝置， 所述的溢流道隨土庫的擴容延伸，進流口隨土庫的擴容提高；④建臺地泥砂是隨附物，在溢流道的控制下，當泥砂沉積至所需高度時，形成臺地，臺地為 梯級臺地、溝槽臺地、土庫臺地及永久使用的地表結構。本發明所具有的積極有益效果1.可解決水庫泥砂淤積的困擾；2.可以減少水土流失造成的危害；3.利用流失水土泥砂淤積成土庫臺地，溝槽臺地、梯級臺地，永久性臺地，以及由 臺地與臺地延伸連接的地，永久導流系統從臺地下穿過，使臺地成為穩定的地表結構，可以 大面積拓展城市及山區建設用地，初級臺地形成即可得以利用，節約耕地；4.分次建臺地可減少一次性投資，擴大耕地面積，實現低投入，高產出，減小水土 流失區墾作，耕作、放牧的載荷，利用臺地形成植被小氣侯，恢復水土流失區的植被涵養水 土，改善環境；5.臺地的形成可減少滑坡、塌方、泥石流等自然災害，利於公路、鐵路沿線減災；6.根據導流系統排水流量的最大值，設計控砂導流系統分級工程模式，使導流水 道斷面通行安全可靠，將小型土庫的水道以鋼筋混凝土結構涵管定型，易於工廠化施工；7.本發明規模可因勢利導隨時擴容土庫，隨機設置臺地，用以治理水土流失，簡便 可行，投資少，見效快，可廣泛應用於水庫，水源地的水源淨化；水電設施的江遊泥砂攔截； 公路、鐵路沿線防災、減災；以及擴大耕地面積，拓展城市及山區建設用地等工程；8.本發明社會效益明顯，經濟方面有重大增產值和節約值。


圖1為本發明實施例1排減水庫中的泥砂結構斷面示意圖；圖2為本發明實施例2虹吸水庫底部泥砂結構示意圖；圖3為本發明實施例2消除虹吸功能結構示意圖；圖4為本發明實施例3在土庫中淤積泥砂結構斷面示意圖；圖5為本發明實施例4 土庫臺地結構斷面示意圖；圖6為本發明實施例5增加土庫臺地結構斷面示意圖；圖7為本發明實施例6梯級土庫臺地結構斷面示意圖。
具體實施例方式實施例1參照圖1所示，一種水庫、土庫的控砂導流系統，主要包括庫底1、壩頂2、溢流道3、 進流口 4、泥砂5、出流口 6等；其溢流道3設置在水庫的庫底1與隨化壩的壩頂2之間的不同高度，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，進流口 4沿水庫的庫底1設置，出流口 6低 於進流口 4，溢流道3可起到控制和排減水庫庫底泥砂5的作用。實施例2參照圖2、圖3所示，所述的溢流道3設置在水庫的庫底1與隨化壩的壩頂2之間 的不同高度，溢流道3的頂部301沿壩頂2設置，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，進 流口 4沿水庫的庫底1設置，出流口 6低於進流口 4，溢流道3可起到虹吸水庫底部泥砂5 的作用，在溢流道3的頂部301設置排氣口 302連通大氣壓，可消除虹吸功能。實施例3參照圖4所示，所述的溢流道3設置在土庫的庫底1與隨化壩的壩頂2之間的不 同高度，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，進流口 4設置在高於土庫的庫底1，低於隨化 壩的壩頂2的位置，出流口 6低於進流口 4，可起到在土庫中淤積泥砂5的作用。實施例4參照圖5所示，所述的溢流道3設置在土庫的庫底1與隨化壩的壩頂2之間的不 同高度，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，出流口 6低於進流口 4，所述的土庫庫底1中 的泥砂5淤積量低於進流口 4時，形成土庫臺地7。實施例5參照圖6所示，所述的溢流道3設置在土庫的庫底1與隨化壩的壩頂2之間的不 同高度，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，出流口 6低於進流口 4，所述的隨化壩的壩 頂2續高至續壩頂201，所述的進流口 4續高至續進流口 401，土庫庫底1中的泥砂5淤積 量低於進流口 4、續進流口 401時，可在土庫臺地7的基礎上增加續級土庫臺地701，依此類 推，可分次淤積形成多級土庫臺地。實施例6參照圖7所示，所述的溢流道3下遊建一隨化壩，中遊建一隨化壩，上遊建一隨化 壩，溢流道3設置在土庫的庫底1與隨化壩的下遊壩頂202、中遊壩頂2、上遊壩頂203之間 的不同高度，溢流道3上設置有進流口 4、出流口 6，出流口 6低於進流口 4，沿土庫的庫底1 設置的下遊進流口 402、上遊進流口 403均與土庫庫底1的進流口 4連通，上遊隨化壩與下 遊土庫共用溢流道3，但是，當溢流道3產生水流壓力時，進流口 4不得產生溢流；在溢流道 3的控制下，土庫中的流失水泥砂5淤積量低於下遊進流口 402、進流口 4、上遊進流口 403 時淤積成梯級型下遊土庫臺地702、中遊土庫臺地7、上遊土庫臺地703，臺地之間用土地延 伸連接，所述的溢流道3從隨化壩、土庫及臺地中穿過，下遊隨化壩與臺地分別使用各自的 溢流道3，不可以共用。本發明的工作原理隨化壩的壩頂2和水庫或土庫的庫底1組成隨受體，泥砂5是 隨附物，出流口 6低於進流口 4，溢流道3起到控制和排減水庫庫底泥砂5的作用；在溢流 道3的控制下，當土庫庫底1泥砂尚未淤滿設計庫容時，該區域流失的水土就得到控制；當 沿途流失水流在溢流道3的控制下，不再構成泥砂衝刷時，就實現了沿途治理；當泥砂5淤 積成土庫臺地7時，該臺地即可得以利用；當沒有流失的泥砂形成臺地7時，就實現了水土 流失的工程治理。一種水庫、土庫的控砂導流系統的控砂方法，主要包括①建隨化壩、②建土庫、③ 建溢流道、④建臺地等控砂施工步驟；其中
①建隨化壩所述的隨化壩根據地形、地貌、地物隨勢而建，它隨材料不同，臺地功能不同可建 造不同結構的隨化壩，如土堆壩、土堆復膜壩、土磕石混合壩、拋石壩、砌石壩或混凝土壩 等，隨化壩不同於水壩和檔土牆，根據上述結構不同的隨化壩其內設置有不同橫截面的溢 流道3穿過，當洪流進入土庫時，隨化壩起到阻擋而使土庫蓄洪和導流流失水的作用；隨化 壩可隨土庫的擴容而加高，隨分期投資而加高，可採用傳統土建技術加高，也可以採用筋固 巖體結構加高，隨時可做永久加固；隨化壩的隨化程度設計主要技術指標為1)隨化容積率=隨化壩體積與土庫容積之比；2)隨化面積率=隨化壩的壩底面積與臺地的設計面積之比。②建土庫所述的土庫緊鄰隨化壩下遊而建，其作用是匯集庫區流失泥砂，土庫內設置有溢 流道3、進流口 4、出流口 6，由於土庫的出流口 6高出庫底1，洪水不能直接排洩而停滯產生 泥砂沉積，含砂水體處於庫底1，水體上部澄清，當澄清的水面高出進流口 4時，水流進入溢 流道3，當泥砂5沉積至所需高度時，臺地7形成；土庫可分級規劃設計，如江河級、支流級、溝槽級，可先建初級土庫，再根據需要 隨時擴容，分次擴大土庫庫容，土庫設計主要技術指標為1) 土庫庫容=土庫的平均高度X臺地面積；其中，土庫的平均高度=出水口高程-庫底平均高程之差；2) 土庫泥砂沉積率=導流含砂量與洪水含砂量之比；其中，導流含砂量=流出土庫的每米方米流水中研含泥砂的容量；洪水含砂量=進入土庫的每米方米洪水中研含泥砂的容量。③建溢流道所述的溢流道3為洪水經土庫泥砂沉澱後流出清水的排水設施，實現土庫內澄清 的水匯集，當澄清的水面高出進水口時，水流進入溢流道3，溢流道3不同於水庫的水閘，也 不同於水庫的溢洪道，溢流道3由涵道、涵管、或急流槽建成，或利用地勢的耐衝刷溝槽、河 道等，設置有進流口 4、出流口 6，溢流道3按水流的安全通過量選擇橫截面，便於水流通行， 溢流道3貫穿於隨化壩、土庫及臺地，進流口 4的高度設在臺地的設計地坪，並低於隨化壩 的壩頂2，出流口 6可採取抗衝刷措施，如設置安裝，使其不因水流衝刷而破壞；所述的溢流 道3隨土庫的擴容而延伸，進流口 4也隨土庫的擴容提高；溢流道3安全流量設計主要技術指標為1)系統導流安全係數=將土庫上遊洪水的最大流量定為1與系統導流能力之比；其中，系統導流能力=導流系統排水流量的最大值；溢流道3水流通過能力，按百年一遇的流量設計，使水道不再造成泥砂衝刷，保證 水土流失治理的有效性，安全性，永久性。④建臺地所述的臺地7是沒有流失的泥砂淤積形成的，它不同於坡地梯田，由於泥砂5是隨 附物，在溢流道3的控制下，當泥砂5沉積至所需高度時，形成臺地7，臺地7可成為永久使 用的地表結構，如梯級臺地、溝槽臺地、土庫臺地；所述的臺地7的溢流道3隨土庫的擴容而做延伸改造。
權利要求
一種水庫、土庫的控砂導流系統，包括庫底、壩頂、溢流道、進流口、出流口，其特徵在於所述的溢流道(3)設置在庫底(1)與壩頂(2)之間的不同高度，溢流道(3)上設置有進流口(4)、出流口(6)，進流口(4)沿庫底(1)設置，出流口(6)低於進流口(4)。
2.根據權利要求1所述的水庫、土庫的控砂導流系統，其特徵在於所述的溢流道(3)的 頂部(301)沿壩頂(2)設置，溢流道(3)的頂部(301)設置有排氣口(302)。
3.根據權利要求1所述的水庫、土庫的控砂導流系統統，其特徵在於所述的進流口(4) 設置在高於庫底(1)，低於壩頂(2)的位置，庫底(1)中淤積泥砂(5)。
4.根據權利要求3所述的水庫、土庫的控砂導流系統，其特徵在於所述的庫底(1)中的 泥砂(5)淤積量低於進流口(4)，形成土庫臺地(7)。
5.根據權利要求1或4所述的水庫、土庫的控砂導流系統，其特徵在於所述的壩頂(2) 續高至續壩頂(201)，進流口(4)續高至續進流口(401)，庫底(1)中的泥砂(5)淤積量低於 進流口(4)、續進流口(401)，在土庫臺地(7)的基礎上分次淤積形成多級土庫臺地(701)。
6.根據權利要求1或4所述的水庫、土庫的控砂導流系統，其特徵在於所述的溢流 道(3)的下、中、上遊各建一隨化壩，溢流道(3)設置在庫底(1)與下遊壩頂(202)、中遊 壩頂(2)、上遊壩頂(203)之間的不同高度，沿庫底(1)設置的下遊進流口(402)、上遊進 流口(403)與進流口(4)連通，上遊隨化壩與下遊土庫共用溢流道(3)，土庫中的泥砂(5) 淤積量低於下遊進流口(402)、進流口(4)、上遊進流口(403)淤積成梯級型下遊土庫臺地 (702)、中遊土庫臺地(7)、上遊土庫臺地(703)，溢流道(3)從隨化壩、土庫及臺地中穿過， 下遊隨化壩與臺地分別使用各自的溢流道(3)。
7.一種水庫、土庫的控砂導流系統的控砂方法，其特徵在於主要包括①建隨化壩、②建 土庫、③建溢流道、④建臺地控砂施工步驟；其中①建隨化壩所述的隨化壩根據地形、地貌、地物隨勢而建，隨材料不同，臺地功能不同可建造不同 結構的隨化壩，如土堆壩、土堆復膜壩、土磕石混合壩、拋石壩、砌石壩或混凝土壩，根據上 述結構不同的隨化壩其內設置有不同橫截面的溢流道(3)穿過，隨化壩隨土庫擴容採用土 建或筋固巖體結構加高或永久加固；②建土庫所述的土庫緊鄰隨化壩下遊而建，土庫內設置有溢流道(3)、進流口(4)、出流口(6)， 匯集庫區流失泥砂，洪水不能直接排洩而停滯產生泥砂沉積，含砂水體處於庫底(1)，水體 上部澄清，當澄清的水面高出進流口(4)時，水流進入溢流道(3)，土庫分級為江河級、支流 級、溝槽級，先建初級土庫，再根據需要隨時擴容，分次擴大土庫庫容；③建溢流道所述的溢流道(3)由涵道、涵管、或急流槽建成，或利用地勢的耐衝刷溝槽、河道，設置 有進流口(4)、出流口(6)，溢流道(3)按水流的安全通過量選擇橫截面，溢流道(3)貫穿於 隨化壩、土庫及臺地，進流口⑷的高度設在臺地的設計地坪，並低於隨化壩的壩頂(2)，出 流口(6)安裝抗衝刷裝置，所述的溢流道(3)隨土庫的擴容延伸，進流口(4)隨土庫的擴容 提尚；④建臺地泥砂(5)是隨附物，在溢流道(3)的控制下，當泥砂(5)沉積至所需高度時，形成臺地(7)，臺地(7)為梯級臺地、溝槽臺地、土庫臺地及永久使用的地表結構。
全文摘要
本發明涉及一種水庫、土庫的控砂導流系統及其控砂方法。它包括庫底、壩頂、溢流道、進流口、出流口，其溢流道設置在庫底與壩頂之間的不同高度，溢流道上設置有進流口、出流口，進流口沿庫底設置，出流口低於進流口；其控砂方法主要包括①建隨化壩、②建土庫、③建溢流道、④建臺地控砂步驟；可解決水庫泥砂淤積的困擾；可以減少水土流失造成的危害；沿途水流途經土庫，通過控砂導流系統，使泥砂被截留在土庫內沉澱，水源得以初步淨化，尚未淤滿設計土庫容量時，該區域流失的水土泥砂不會再被水流衝刷而得到控制，利用流失水土泥砂淤積成臺地，可大面積拓展城市及山區建設用地，節約耕地；簡便可行，投資少，見效快。
文檔編號E02B8/00GK101892648SQ200910143158
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月18日 優先權日2009年5月18日
發明者喬棟, 蔣美蓉, 郭興明, 陳居禮 申請人:陳居禮