漏斗式全沙排沙技术及其应用【水利工程】.doc

水利工程论文-漏斗式全沙排沙技术及其应用摘要：该技术是通过试验研究和工程应用而获得到一项即可排除推移质泥沙又可排除悬移质泥沙的全沙排沙技术它可用于灌溉、引水式电站、工业及人畜饮水、水产养殖、挖泥船泥浆脱水以及筑堤淤地工程中的沙料粗化等诸多领域中的泥沙处理 关键词：漏斗式 排沙技术 一、主要用途该 技 术 是 通 过 试 验 研 究 和 工 程 应 用 而 获 得 到 一 项 即 可 排 除 推 移 质 泥 沙 又 可 排 除悬 移 质 泥 沙 的 全 沙 排 沙 技 术 它 可 用 于 灌 溉 、 引 水 式 电 站 、 工 业 及 人 畜 饮 水 、 水 产养 殖 、 挖 泥 船 泥 浆 脱 水 以 及 筑 堤 淤 地 工 程 中 的 沙 料 粗 化 等 诸 多 领 域 中 的 泥 沙 处 理 该 排 沙 设 施 的 主 要 经 济 技 术 指 标 为 ： 1.处 理 流 量 范 围 不 限 （ 实 际 应 用 的 工 程 处理 流 量 达 0.02m3/s～ 65m3/s） ； 2可 处 理 粒 径 为 0.05mm以 上 的 各 级 泥 沙 ， 对 0.5mm以上 的 推 移 质 泥 沙 可 100%排 除 ， 对 0.05mm以 下 的 悬 沙 的 排 除 率 为 90%以 上 ； 3.排 沙 耗水 量 平 均 仅 占 渠 道 引 水 量 的 3%； 4.漏 斗 入 口 前 的 水 头 大 于 0.2m即 可 ， 用 于 已 建 成 的水 电 站 可 不 降 低 原 发 电 水 头 ； 5.可 以 在 渠 道 设 计 引 水 流 量 的 变 幅 达 80%的 范 围 内 正 常工 作 。

这 一 技 术 最 突 出 的 特 点 是 ： 处 理 含 沙 水 流 的 范 围 和 排 沙 耗 水 率 等 重 要 经 济 技术 指 标 ， 均 远 远 优 于 目 前 国 内 外 其 它 排 沙 设 施 ， 工 程 结 构 简 单 ， 造 价 低 廉 ， 运 行 管 理 方 便 ， 工 作 稳 定 可 靠 ， 易 于 推 广 该 项 目 于 1995年 被 列为 新 疆 维 吾 尔 自 治 区 科 技 兴 新 项 目 ， 1996年 获 得 国 家 发 明 专 利 （ 专 利 号 96114757.1） ， 1998年 8月 14日 自 治 区 科 委 组 织 区 内 外 专 家 鉴 定 为 国 内 首 创 、 国 际 先 进 水 平 ， 荣获 1998年 新 疆 维 吾 尔 自 治 区 科 技 进 步 一 等 奖 和 通 过 了 2001年 国 家 科 技 进 步 奖 的 初 评（ 2001年 5月 31日 “科 技 日 报 ”公 告 ） 二 、 技 术 要 点该 排 沙 设 施 的 工 作 原 理 是 充 分 利 用 三 维 立 轴 型 螺 旋 流 的 输 沙 特 性 。

含 沙 水 流 沿漏 斗 边 壁 切 向 进 入 排 沙 漏 斗 室 后 ， 受 漏 斗 边 壁 约 束 作 用 形 成 强 度 很 大 的 环 流 ， 此 水流 又 受 到 置 于 排 沙 漏 斗 内 的 调 流 装 置 作 用 而 引 发 多 种 形 式 的 副 流 ， 这 一 环 流 与 多 种副 流 的 耦 合 便 形 成 三 维 立 轴 型 螺 旋 流 ， 挟 带 泥 沙 流 向 排 沙 底 孔 同 时 ， 由 于 排 沙 漏斗 中 心 底 孔 的 存 在 ， 进 入 排 沙 漏 斗 的 水 流 在 其 中 心 产 生 一 自 由 涡 ， 且 在 自 由 涡 中 间形 成 一 空 气 漏 斗 ， 在 空 气 漏 斗 周 围 形 成 具 有 高 排 沙 能 力 的 涡 流 ， 四 周 随 螺 旋 流 运 动的 泥 沙 进 入 中 心 涡 流 后 即 被 送 入 排 沙 底 孔 ， 再 经 排 沙 廊 道 排 至 河 道 ， 或 者 排 入 人 工建 造 的 收 沙 池 而 作 为 建 筑 材 料 该 项 技 术 的 关 键 是 要 在 漏 斗 室 中 心 形 成 一 充 分 发 展 而 稳 定 的 空 气 漏 斗 。

如 果 空气 漏 斗 发 展 不 充 分 ， 或 者 不 稳 定 而 摆 动 较 大 ， 则 排 沙 效 率 低 、 排 沙 耗 水 量 增 大 ， 甚至 使 其 工 作 状 况 不 断 恶 化 而 完 全 丧 失 排 沙 能 力 要 得 到 一 个 充 分 发 展 而 稳 定 的 空 气漏 斗 ， 就 必 须 有 一 个 与 处 理 流 量 相 适 应 的 结 构 ， 它 包 括 与 渠 道 衔 接 的 连 接 段 、 入 流 管 道 、 调 流 装 置 、 溢 流 堰 及 侧 槽 、 排 沙 底 孔 与排 沙 廊 道 等 部 分 这 些 结 构 尺 寸 都 非 常 重 要 ， 没 有 哪 一 部 分 不 重 要 ， 而 各 部 分 又 必 须 严 格 地 协 调 ， 故 各 部 分 的形 式 与 尺 寸 均 有 严 格 的 要 求 ， 是 因 为 漏 斗 室 内 的 水 流 为 典 型 的 三 维 立 轴 型 螺 旋 流 ，它 是 许 多 副 流 耦 合 而 成 ， 副 流 是 次 生 水 流 ， 本 身 不 稳 定 ， 任 何 部 分 结 构 形 式 或 尺 寸 的 变 化 都 极 容 易 改 变 其 水 流 流 态 ， 使 螺 旋 流 强 度 减 弱 或 者 消 失 ， 而 空 气漏 斗 自 然 就 不 存 在 了 。

三 、 市 场 潜 力 及 效 益 预 测泥 沙 问 题 是 世 界 普 遍 关 注 的 大 问 题 ， 解 决 河 渠 泥 沙 灾 害 ， 是 水 利 工 作 者 们 多 年 来 的 攻 关 难 题 近 年 在 长 江 流 域 发 生 的 洪 涝 灾 害 ， 亦 由 于 泥 沙 的 淤 积使 河 床 抬 高 ， 洞 庭 湖 等 湖 内 的 泥 沙 淤 积 使 其 滞 洪 能 力 大 大 降 低 ， 相 对 地 使 河 、 湖 水位 抬 高 ， 防 洪 堤 坝 的 防 洪 能 力 降 低 因 此 ， 水 流 泥 沙 问 题 严 重 影 响 着 人 类 生 产 、 生 活 及 安 全 在 新 疆 ， 水 资源 贫 乏 ， 河 流 又 都 属 于 山 溪 性 河 流 ， 河 水 含 沙 量 大 ， 引 水 就 得 防 沙 我 国 西 北 与 西南 等 许 多 地 区 的 河 流 沙 害 问 题 亦 类 似 过 去 灌 溉 和 引 水 发 电 等 的 泥 沙 排 除 采 用 由 原苏 联 引 入 的 曲 线 型 沉 沙 池 和 厢 型 沉 沙 池 等 设 施 ， 这 些 设 施 只 能 排 除 引 水 中 30%左 右 的来 沙 ， 但 排 沙 耗 水 量 亦 要 占 引 水 量 的 30%， 在 新 疆 已 无 法 使 用 ， 致 使 沙 害 严 重 存 在 。

本 技 术 与 其 相 比 较 ， 每 处 理 10m3/s的 含 沙 水 流 ， 每 年 就 可 以 节 省 2000多 万 立 方 米 的冲 沙 水 量 ， 相 当 于 一 座 中 型 水 库 的 蓄 水 量 因 此 该 技 术 于 1995年 列 为 自 治 区 科 技 兴新 项 目 以 来 ， 至 今 仅 新 疆 境 内 已 签 约 拟 建 的 有 27座 ， 实 际 已 投 产 运 行 15座 这 27座工 程 全 部 建 成 投 运 后 ， 其 年 直 接 经 济 效 益 约 为 2800万 元 ， 间 接 效 益 为 2.42亿 元 新疆 的 灌 溉 引 水 量 实 际 约 为 5000m3/s,引 水 式 电 站 600多 座 ， 上 述 27座 工 程 只 解 决 5000m3/s引 水 量 的 4%、 600多 座 电 站 的 1%， 若 将 其 推 广 应 用 率 由 上 述 总 的 5%提 高 到 25%，其 年 直 接 经 济 效 益 可 达 6200万 元 ， 间 接 经 济 效 益 可 达 13.5亿 元 四 川 省 水 电 勘 测 设计 院 已 与 新 疆 农 业 大 学 水 利 水 电 设 计 研 究 所 签 约 在 四 川 省 推 广 ， 且 已 用 于 依 吾 湖 电 站 ， 大 渡 河 支 流 田 湾 河 上 的大 发 电 站 也 正 在 考 虑 采 用 ； 湖 南 省 水 电 设 计 院 和 洞 庭 湖 工 程 管 理 局 用 该 技 术 制 造 了首 台 80型 挖 泥 船 的 泥 浆 脱 水 装 置 ， 正 在 洞 庭 湖 清 淤 筑 堤 工 程 中 试 用 ； 辽 宁 阜 新 市 政府 组 团 来 疆 考 察 该 技 术 后 ， 决 定 用 该 技 术 解 决 柳 河 一 期 引 水 工 程 的 泥 沙 问 题 ； 陕 西 省 渭 南 市 东 雷 抽 黄 管 理 局 决 定 采 用 该 技 术 解 决 渠 道 泥 沙 淤 积 和水 泵 磨 损 问 题 ； 上 海 航 道 勘 测 设 计 院 和 上 海 航 道 工 程 承 包 有 限 责 任 公 司 拟 用 该 技 术进 行 海 滩 淤 地 与 筑 堤 工 程 中 的 沙 料 粗 化 、 以 及 提 高 该 院 大 型 耙 吸 式 挖 泥 船 船 载 泥 浆浓 度 。

科 技 部 信 息 中 心 将 该 项 技 术 作 为 1998年 重 点 推 广 项 目 该 技 术 参 加 1999年 深圳 中 国 国 际 高 新 技 术 成 果 交 易 会 时 受 到 广 泛 重 视 ， 黄 委 会 外 事 局 专 门 组 团 来 疆 考 察， 认 为 该 技 术 可 用 于 引 黄 灌 溉 工 程 中 的 泥 沙 处 理 联 合 国 工 业 发 展 组 织 中 国 投 资 促进 质 量 管 理 处 将 其 列 为 中 国 百 项 高 新 技 术 推 广 项 目 。