一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法.pdf

本发明公开了一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法，该方法在引/取水口的左右两翼，分别布置引水渠道，在引水渠道中铺设透水框架四面体群，引水渠道一侧利用河岸，另一侧利用安装在橡胶坝固定台上的充水/气的橡胶坝形成一道顺水丁坝，取水时，通过铺设在渠道中的透水框架四面体群促使水中的泥沙沉降，非取水时，排出橡胶坝内的一部水/气，使引水渠道外侧的河水翻过橡胶丁坝顶部进入引水渠道，借助落潮形成的水流流速把搅动起来的泥沙迅速排出引水渠道。取水时泥沙自动沉降淤积，整个过程无需人工操作，在非取水时间，利用形成的特殊水流流态自动把引水时沉积的泥沙冲刷带走，对取水河流不会引发不利的环境和生态问题。

1.  一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法，其特征在于，该感潮河流 自净式生态T型引/取水方法在引/取水口的左右两翼，分别布置引水渠道，在 引水渠道中铺设透水框架四面体，引水渠道一侧利用河岸，另一侧利用安装在 橡胶坝固定台上的充水/气的橡胶坝形成一道顺水丁坝，当在涨潮取水时，通过 铺设在渠道中的透水框架四面体群沿程逐步消耗水流能量，促使水中的泥沙沉 降，经过T型两翼净化后的水流通过交汇口进入汇流槽，通过引水设施或取水 设备在汇流槽端部进行引/取水，当落潮非取水时，排出橡胶坝内的一部水/气， 降低橡胶顺水丁坝的高度至水深的2/3处，使引水渠道外侧的河水翻过橡胶丁 坝顶部进入引水渠道，借助落潮形成的水流流速把搅动起来的泥沙迅速排出引 水渠道，当泥沙清除工作结束后，重新往橡胶坝里充水或气，用以阻挡外部含 沙水流直接进出汇流槽。

2.  如权利要求1所述的感潮河流自净式生态T型引/取水方法，其特征在 于，泥沙开始沉降所需要的引水渠道长度：
L min = ΔH · R · C 2 V 2 ]]>
式中ΔH为引水渠道入口断面和水力半径R、水力坡降J处断面的水深之差， C为谢才系数，V为水力半径R、水力坡降J处泥沙沉降流速，引水渠道的长 度设置至少为1.5-2L_min。

3.  如权利要求1所述的感潮河流自净式生态T型引/取水方法，其特征在 于，当引水渠道设计引水水深小于2倍透水框架四面体高度时，铺设一层透水 框架四面体，当设计引水水深大于4倍透水框架四面体高度时，铺设两层透水 框架四面体。

4.  如权利要求1所述的感潮河流自净式生态T型引/取水方法，其特征在 于，组成透水框架四面体杆件的长度根据实际情况调整，杆件材质采用混泥土、 再生塑料、天然材质，杆件的横截面为方形或者圆形。

一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法
技术领域
本发明属于水利工程领域，尤其涉及一种感潮河流自净式生态T型引/取水 方法。
背景技术
目前，为了改善内河水环境以及工矿企业用水的需求，最为常见和经济的 取水方式就是直接从邻近的河流中取水。通过在河岸开挖取水口或引水渠道， 把外河水引入内河或者抽取到用水地区。当取水河流中泥沙含量较高时，不加 处理地直接从河流中取水将会导致一系列的后续问题，例如於积取水口、损坏 取水设备等。
而传统取水方式无法在取水时直接去除水中的泥沙，这就需要在对水进 一步利用之前，通过专门的除沙装置(例如沉沙池等)去除水中过高的泥沙含量， 而且对于沉积下来的泥沙还需要通过专门途径进行处理，不但管理复杂，而且 后期运行成本也很高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法， 旨在解决传统的引/取水方式不但需要专门的沉沙设施，还必须对沉降后的泥沙 进行专门处理，管理复杂，后期运行成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种感潮河流自净式生态T型引/取水方法在 引/取水口的左右两翼，分别布置引水渠道，在引水渠道中铺设透水框架四面体， 引水渠道一侧利用河岸，另一侧利用安装在橡胶坝固定台上的充水/气的橡胶坝 形成一道顺水丁坝，当在涨潮取水时，通过铺设在渠道中的透水框架四面体群 沿程逐步消耗水流能量，降低水流的挟沙能力，促使水中的泥沙沉降，经过T 型两翼净化后的水流通过交汇口进入汇流槽，通过引水设施或取水设备在汇流 槽端部进行引/取水，当落潮非取水时，排出橡胶坝内的一部水/气，降低橡胶顺 水丁坝的高度至水深的2/3处，使引水渠道外侧的河水翻过橡胶丁坝顶部进入 引水渠道，借助落潮形成的水流流速把搅动起来的泥沙迅速排出引水渠道，当 泥沙清除工作结束后，重新往橡胶坝里充水或气，用以阻挡外部含沙水流直接 进出汇流槽。
进一步，泥沙开始沉降所需要的引水渠道长度：
L min = ΔH · R · C 2 V 2 ]]>
式中ΔH为引水渠道入口断面和水力半径R、水力坡降J处断面的水深之差， C为谢才系数，V为水力半径R、水力坡降J处泥沙沉降流速，为使得引水渠 道中的泥沙能够充分沉降，引水渠道的长度设置至少为1.5-2L_min。
进一步，当引水渠道设计引水水深小于2倍透水框架四面体高度时，可铺 设一层透水框架四面体，当设计引水水深大于4倍透水框架四面体高度时，可 铺设两层透水框架四面体。
进一步，组成透水框架四面体的杆件的长度可根据实际情况调整，杆件材 质可以采用混泥土、再生塑料、天然材质，杆件的横截面可以为方形或者圆形。
本发明在取水时，通过引水渠道沿程透水框架四面体群的逐步降低水流流 速、消耗水流能量，当水流流速小于泥沙的沉降流速时，泥沙就会自动沉降淤 积，不用再额外利用其它措施，整个过程无需人工操作，完全生态和环保，在 非取水时间，则利用形成的特殊水流流态，自动把引水时沉积的泥沙冲刷带走， 水流的净沙过程是通过物理方式自动实现，对取水河流不会引发不利的环境和 生态问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的感潮河流自净式生态T型引/取水装置的结构示 意图；
图2是本发明实施例提供的引水渠道I-I横截面及透水框架四面体布置示意 图；
图3是本发明实施例提供的透水框架四面体的结构示意图；
图中：1、引/取水口；2、汇流槽；3、引水渠道；4、橡胶坝；5、橡胶坝 固定台；6、河岸；7、透水框架四面体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明实施例是这样实现的，如图1所示，一种感潮河流自净式生态T型 引/取水方法在引/取水口1的左右两翼，分别布置引水渠道3，在引水渠道3中 铺设透水框架四面体7，引水渠道3一侧利用河岸6，另一侧利用安装在橡胶坝 固定台5上的充水/气的橡胶坝4形成一道顺水丁坝，当在涨潮取水时，水流从 引水渠道3通过，铺设在渠道中的透水框架四面体群通过沿程逐步消耗水流能 量，降低水流的挟沙能力，当引水渠道3达到足够长度时，就能促使水中的泥 沙沉降，从而达到去除水中泥沙的目的。经过T型两翼净化后的水流通过交汇 口进入汇流槽2，通过引水设施或取水设备在汇流槽2端部进行引/取水。当落 潮非取水时，通过排出橡胶坝4内的一部水/气，降低橡胶顺水丁坝的高度至水 深的2/3处，使得引水渠道3外侧的河水翻过橡胶丁坝顶部进入引水渠道3，从 而形成稳定的螺旋流，形成的螺旋流可以把引水渠道3中的泥沙充分搅动，借 助落潮形成的较大水流流速，可以把搅动起来的泥沙迅速排出引水渠道3，从 而避免泥沙的渠道内的长久淤积，影响引水效果，当泥沙清除工作结束后，重 新往橡胶坝里充水或气，用以阻挡外部含沙水流直接进出汇流槽。
引水渠道布置的计算如下：
1、泥沙沉降流速的计算
V = ( 13.95 v d ) 2 + 1.09 γ s - γ 0 γ 0 gd - 13.95 v d - - - ( 1 ) ]]>
式中γ_s：泥沙容重，γ₀：水的容重，N/m³；g：重力加速度，m/s²；v：水的 运动粘滞系数，m²/s¹；d：泥沙的中值粒径，m。
2、引水渠道过水断面面积的计算
引水渠道的截面形式采用梯形断面，如图2所示，则过水断面面积为：
A = 1 2 ( B 1 + B 2 ) · H 0 - - - ( 2 ) ]]>
3、达到泥沙沉降流速所需要的引水长度
假设水流在进入引水渠经过长度Lm后，水流流速降到泥沙的沉降流速， 泥沙开始沉降，则根据谢才——曼宁公式，断面E处的流速为：
V = C RJ - - - ( 3 ) ]]>
其中：C：谢才系数；R：水力半径；J：水力坡降。
水力坡降：
J = H 1 - H 2 L min = ΔH L min - - - ( 4 ) ]]>
其中：H₁，H₂分别为引水渠入口断面和断面E处的水深。
把公式(1)、(2)、(3)代入(4)可计算得到泥沙开始沉降所需要的引水渠长 度：
L min = ΔH · R · C 2 V 2 ]]>
其中；
C = 1 n R 1 / 6 ]]>
R = A ( B 2 + 2 [ 1 2 ( B 1 - B 2 ) ] 2 + H 2 2 ) ]]>
n：河道糙率，一般取水段天然河道糙率取0.02-0.024；当在引水渠道铺 设透空四面体框架群后，可以大大增加河道糙率，从而增加水流的阻力。当铺 设的透水四面体框架群高度达到1/2水深时，可以使得局部糙率增加4-5倍， 从而使得水流流速能在较短距离内下降到泥沙沉降流速以下，促进泥沙的沉降。 为使得引水渠道中的泥沙能够充分沉降，引水渠道的长度设置至少为1.5～2L_min。
进一步，当引水渠道设计引水水深H小于2倍透水框架四面体高度时，可 铺设一层透水框架四面体，当设计引水水深H大于4倍透水框架四面体高度时， 可铺设两层透水框架四面体。
进一步，组成透水框架四面体的杆件的长度可根据实际情况调整，杆件材 质可以采用混泥土、再生塑料、天然材质，杆件的横截面可以为方形或者圆形。
本发明在取水时，通过引水渠道沿程布置的透水框架四面体群来逐步降低 水流流速、消耗水流能量，当水流流速小于泥沙的沉降流速时，泥沙就会自动 沉降淤积，不用再额外利用其它措施，整个过程无需人工操作，完全生态和环 保，在非取水时间，则利用形成的特殊水流流态，自动把引水时沉积的泥沙冲 刷带走，水流的净沙过程是通过物理方式自动实现，对取水河流不会引发不利 的环境和生态问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。