一种具有引清排沙作用的节制闸 【技术领域】
本发明涉及一种可应用在河口区具有既能利用涨潮期把较清的外江水流引入内河，又能通过落潮流将内河闸前附近落淤的泥沙排出的节制闸，属于水利工程技术领域。
背景技术
沿海河口区潮涨潮落，具备良好的水质，丰富的水源。利用潮流资源，可使内河水环境质量得到改善。但是，伴随着潮水的涨落，特别是洪水期含沙量较大的外河水流不断地与含沙量较小的内河水流交换，带来大量的泥沙，造成内河泥沙淤积。泥沙的大量淤积不仅造成内河需要频繁疏竣、清淤，维护工程量增大，而且减少了内河的容量。内河的蓄水量减小，尤其是枯水期间接地导致了内河水质的更加恶化。
在河渠上建一般的节制闸，对于河口潮汐区可以起到抬高水位、改善航运条件等作用。对于一般的节制闸运行使用，在内河需要引水时开启节制闸，不需要引水时关闭节制闸。因此，设置一般普通的节制闸不仅抬高了低潮期的引水水位，而且可有效的阻挡多余的水流进入内河。由于阻挡了多余的水流，从而也阻挡了随多余水流进入内河的泥沙。但是，若外河水体的含沙量较大，仅仅设置普通型式的节制闸，引水的同时也将外河含沙量较大的底层水体大量的泥沙带入内河，造成内河特别是闸前及两侧附近泥沙的大量淤积问题。
为解决引水中的泥沙问题，一般采用如下主要方法：在引水口修建低坝(或低坎)，并另外设置内河排沙闸；或建人工弯道渠首，利用环流原理，以岸引水防沙；或专门设置导沙坎防沙；或设专门沉沙池等。一方面，这些方法都需要单独设置专门的工程实施，工程量大且不经济；另一方面，对于潮汐河口区采用上述有些方法也不适用。
【发明内容】
本发明在于克服了以上缺点，利用了河口区水位潮涨潮落不断变化的特性，提出一种适合于河口感潮区的既能把较清的水流引入内河，又能通过落潮流将内河闸前附近落淤的泥沙排出的节制闸。
根据泥沙运动理论，一方面，泥沙在运动水体中上下的分布是不均匀的，底层水体的含沙量较大，上层水体的含沙量较小；另一方面，水流中泥沙的落淤与水流流速密切相关，水流流速增大，水流含沙量加大，周边泥沙发生冲刷，水流流速减小，水流含沙量变小，周边泥沙会落淤。因此，节制闸运行能做到引用上层水体，排泄下层水体，可有效的减少进沙量；同时，节制闸引入水流流速减小，排泄水流流速增大，也可有效的将进入闸内的泥沙排出。按照上述原理，本发明将节制闸的闸门设计成上、下组合式，上部为引水门，下部为排沙门。同时在闸前增设一排沙箱，并在排沙箱的顶部布置有网状排沙孔。日常运行使用时，当需要引水时仅开启上部(引水门)结构，在外河涨潮期可引外河的上层清水；当需要排水排沙时，利用外河落潮时将引水门和排沙门同时开启至排沙箱顶部位置，使水流由排沙箱顶部的网状排沙孔、通过闸门底部排出。由于闸门是底部局部开启，通过排沙孔及排沙箱的水流流速较大，排沙箱上部区域及附近落淤泥沙可随水流一起排出，使节制闸起到引清排沙作用。
本发明的技术方案：节制闸由上、下闸门及排沙箱组成，闸门上部是引水门，下部是排沙门，排沙门高度为1/4-1/3h(h为引水门、排沙门总高度)，闸前是排沙箱。引水门、排沙门上分别装有第一滑动轮、第二滑动轮，可在闸门槽的轨道上、下滑动；在引水门、排沙门上分别装有第一钢丝扣、第二钢丝扣，对应连接启闭机。排沙箱顶部布置有网状排沙孔，排沙孔的孔径为0.20~0.35m，孔距为0.60~1.00m。
本节制闸的优点和效果在于：①原理清楚；②将普通节制闸设计成上、下组合式，并在闸前增设一排沙箱，结构简单，使用操作方便；③既能把较清的外江水流引入内河，又能将内河闸前附近落淤的泥沙排出，解决了常规节制闸引水的同时也将大量泥沙带入落淤在闸前附近的缺点。
【附图说明】
附图1是本发明结构示意图。
附图2是本发明平面示意图。
附图3是本发明的实施运行(引水)示意图。
附图4是本发明的实施运行(排沙)示意图。
图中的1是引水门、2是排沙门、3是第一滑动轮、4是第一钢丝扣、5是闸地板、6是第二钢丝扣、7是第二滑动轮，8是排沙箱，9是排沙孔；A为外河侧，B为内河侧，C为引水水流流向，D为排水水流流向。
具体实施方式及实例效果
对照附图1、2，河口区引水排沙闸由上、下闸门及排沙箱组成，上部是引水门1，下部是排沙门2，引水门1、排沙门2上分别装有第一滑动轮3和第一钢丝扣4、第二滑动轮7和第二钢丝扣6，第一钢丝扣4和第二钢丝扣6分别连接启闭机，可使引水门1、排沙门2在闸门槽的轨道上、下滑动。排沙箱8位于闸前的闸地板5上，顶部布置有网状排沙孔9。
对照附图3，A为外河侧，B为内河侧。在外河(A侧)涨潮期，引水排沙闸地启闭机通过第一钢丝扣4和第一滑动轮3拉动开启引水门1，可引外河(A侧)的上层清水；对照附图4，当内河(B侧)需要排水排沙时，利用外河落潮期，通过启闭机拉动第一钢丝扣4、第二钢丝扣6，同时带动第一滑动轮3、第二滑动轮7，将引水门1和排沙门2开启至排沙箱顶位置，此时，通过排沙箱顶部排沙孔的水流流速加大，可排泄排沙箱上和节制闸附近的落淤泥沙。
本发明的参数主要涉及到组合闸门下部排沙门的高度及排沙箱顶部排沙孔的大小和密度。由于日常引水使用中仅仅开启上部引水门，排沙门的高度确定得太高，能够引入内江的水量可能偏少；排沙门的高度确定得太低，能够引入外江的水量可能较多，但引入水量的含沙量也较大，起不到引清作用；对于排沙箱顶部排沙孔的大小和密度，若排沙孔太大或孔数太密，当排水排沙时，通过排沙箱顶部排沙孔的水流流速可能较小，不能有效的将排沙箱上部区域及附近的落淤泥沙随水流一起排出，排沙作用效果不好。
排沙门的高度主要与外江的潮位变化、水体含沙量分布、引水量等因素有关，排沙孔的大小和密度主要与水体泥沙量、引水量大小等因素有关。对于长江下游洪水期水体，由引水排沙模拟实验结果得，节制闸排沙门的高度取1/4~1/3h(h为引水门、排沙门总高度)、排沙孔的孔径取0.20~0.35m、孔距取0.60~1.00m时，本节制闸的引水排沙效果较好。采用以上参数，当涨潮时，开启引水门引水，实验测得引入水体的含沙量可减少44.8~61.3％；当落潮时，若无排沙箱时测得排出闸前及附近的落淤泥沙32.2~41.5％，当增加排沙箱后，通过将排沙门开启至排沙箱顶排沙，实验测得可排出闸前区域及附近的落淤泥沙67.2~73.5％。