漏斗式全沙排沙技術(shù)及其應(yīng)用

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簡(jiǎn)介： 該技術(shù)是通過試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用而獲得到一項(xiàng)即可排除推移質(zhì)泥沙又可排除懸移質(zhì)泥沙的全沙排沙技術(shù)。它可用于灌溉、引水式電站、工業(yè)及人畜飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、挖泥船泥漿脫水以及筑堤淤地工程中的沙料粗化等諸多領(lǐng)域中的泥沙處理。
關(guān)鍵字：漏斗式 排沙技術(shù)

　　一、主要用途

該技術(shù)是通過試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用而獲得到一項(xiàng)即可排除推移質(zhì)泥沙又可排除懸移質(zhì)泥沙的全沙排沙技術(shù)。它可用于灌溉、引水式電站、工業(yè)及人畜飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、挖泥船泥漿脫水以及筑堤淤地工程中的沙料粗化等諸多領(lǐng)域中的泥沙處理。

該排沙設(shè)施的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)為：1.處理流量范圍不限（實(shí)際應(yīng)用的工程處理流量達(dá)0.02m3/s～65m3/s）；2可處理粒徑為0.05mm以上的各級(jí)泥沙，對(duì)0.5mm以上的推移質(zhì)泥沙可100%排除，對(duì)0.05mm以下的懸沙的排除率為90%以上；3.排沙耗水量平均僅占渠道引水量的3%；4.漏斗入口前的水頭大于0.2m即可，用于已建成的水電站可不降低原發(fā)電水頭；5.可以在渠道設(shè)計(jì)引水流量的變幅達(dá)80%的范圍內(nèi)正常工作。這一技術(shù)最突出的特點(diǎn)是：處理含沙水流的范圍和排沙耗水率等重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前國內(nèi)外其它排沙設(shè)施，工程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，運(yùn)行管理方便，工作穩(wěn)定可靠，易于推廣。該項(xiàng)目于1995年被列為新疆維吾爾自治區(qū)科技興新項(xiàng)目，1996年獲得國家發(fā)明專利（專利號(hào)96114757.1），1998年8月14日自治區(qū)科委組織區(qū)內(nèi)外專家鑒定為國內(nèi)首創(chuàng)、國際先進(jìn)水平，榮獲1998年新疆維吾爾自治區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和通過了2001年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)的初評(píng)（2001年5月31日“科技日?qǐng)?bào)”公告）。

二、技術(shù)要點(diǎn)

該排沙設(shè)施的工作原理是充分利用三維立軸型螺旋流的輸沙特性。含沙水流沿漏斗邊壁切向進(jìn)入排沙漏斗室后，受漏斗邊壁約束作用形成強(qiáng)度很大的環(huán)流，此水流又受到置于排沙漏斗內(nèi)的調(diào)流裝置作用而引發(fā)多種形式的副流，這一環(huán)流與多種副流的耦合便形成三維立軸型螺旋流，挾帶泥沙流向排沙底孔。同時(shí)，由于排沙漏斗中心底孔的存在，進(jìn)入排沙漏斗的水流在其中心產(chǎn)生一自由渦，且在自由渦中間形成一空氣漏斗，在空氣漏斗周圍形成具有高排沙能力的渦流，四周隨螺旋流運(yùn)動(dòng)的泥沙進(jìn)入中心渦流后即被送入排沙底孔，再經(jīng)排沙廊道排至河道，或者排入人工建造的收沙池而作為建筑材料。

該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是要在漏斗室中心形成一充分發(fā)展而穩(wěn)定的空氣漏斗。如果空氣漏斗發(fā)展不充分，或者不穩(wěn)定而擺動(dòng)較大，則排沙效率低、排沙耗水量增大，甚至使其工作狀況不斷惡化而完全喪失排沙能力。要得到一個(gè)充分發(fā)展而穩(wěn)定的空氣漏斗，就必須有一個(gè)與處理流量相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，它包括與渠道銜接的連接段、入流管道、調(diào)流裝置、溢流堰及側(cè)槽、排沙底孔與排沙廊道等部分。這些結(jié)構(gòu)尺寸都非常重要，沒有哪一部分不重要，而各部分又必須嚴(yán)格地協(xié)調(diào)，故各部分的形式與尺寸均有嚴(yán)格的要求，是因?yàn)槁┒肥覂?nèi)的水流為典型的三維立軸型螺旋流，它是許多副流耦合而成，副流是次生水流，本身不穩(wěn)定，任何部分結(jié)構(gòu)形式或尺寸的變化都極容易改變其水流流態(tài)，使螺旋流強(qiáng)度減弱或者消失，而空氣漏斗自然就不存在了。

三、市場(chǎng)潛力及效益預(yù)測(cè)

泥沙問題是世界普遍關(guān)注的大問題，解決河渠泥沙災(zāi)害，是水利工作者們多年來的攻關(guān)難題。近年在長江流域發(fā)生的洪澇災(zāi)害，亦由于泥沙的淤積使河床抬高，洞庭湖等湖內(nèi)的泥沙淤積使其滯洪能力大大降低，相對(duì)地使河、湖水位抬高，防洪堤壩的防洪能力降低。因此，水流泥沙問題嚴(yán)重影響著人類生產(chǎn)、生活及安全。在新疆，水資源貧乏，河流又都屬于山溪性河流，河水含沙量大，引水就得防沙。我國西北與西南等許多地區(qū)的河流沙害問題亦類似。過去灌溉和引水發(fā)電等的泥沙排除采用由原蘇聯(lián)引入的曲線型沉沙池和廂型沉沙池等設(shè)施，這些設(shè)施只能排除引水中30%左右的來沙，但排沙耗水量亦要占引水量的30%，在新疆已無法使用，致使沙害嚴(yán)重存在。本技術(shù)與其相比較，每處理10m3/s的含沙水流，每年就可以節(jié)省2000多萬立方米的沖沙水量，相當(dāng)于一座中型水庫的蓄水量。因此該技術(shù)于1995年列為自治區(qū)科技興新項(xiàng)目以來，至今僅新疆境內(nèi)已簽約擬建的有27座，實(shí)際已投產(chǎn)運(yùn)行15座。這27座工程全部建成投運(yùn)后，其年直接經(jīng)濟(jì)效益約為2800萬元，間接效益為2.42億元。新疆的灌溉引水量實(shí)際約為5000m3/s,引水式電站600多座，上述27座工程只解決5000m3/s引水量的4%、600多座電站的1%，若將其推廣應(yīng)用率由上述總的5%提高到25%，其年直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)6200萬元，間接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)13.5億元。四川省水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院已與新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電設(shè)計(jì)研究所簽約在四川省推廣，且已用于依吾湖電站，大渡河支流田灣河上的大發(fā)電站也正在考慮采用；湖南省水電設(shè)計(jì)院和洞庭湖工程管理局用該技術(shù)制造了首臺(tái)80型挖泥船的泥漿脫水裝置，正在洞庭湖清淤筑堤工程中試用；遼寧阜新市政府組團(tuán)來疆考察該技術(shù)后，決定用該技術(shù)解決柳河一期引水工程的泥沙問題；陜西省渭南市東雷抽黃管理局決定采用該技術(shù)解決渠道泥沙淤積和水泵磨損問題；上海航道勘測(cè)設(shè)計(jì)院和上海航道工程承包有限責(zé)任公司擬用該技術(shù)進(jìn)行海灘淤地與筑堤工程中的沙料粗化、以及提高該院大型耙吸式挖泥船船載泥漿濃度。科技部信息中心將該項(xiàng)技術(shù)作為1998年重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。該技術(shù)參加1999年深圳中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)時(shí)受到廣泛重視，黃委會(huì)外事局專門組團(tuán)來疆考察，認(rèn)為該技術(shù)可用于引黃灌溉工程中的泥沙處理。聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織中國投資促進(jìn)質(zhì)量管理處將其列為中國百項(xiàng)高新技術(shù)推廣項(xiàng)目。