[发明专利]基于气动排沙的深水泥沙快速排除系统及其方法

说明书

基于气动排沙的深水泥沙快速排除系统及其方法。泥沙快速排除系统包括压缩气源、排沙机构与控制系统，其特征在于，所述的压缩气源中设有空气压缩机，该空气压缩机连接气体储气罐再通过气阀开关、连接管道与排沙机构连接；所述的排沙机构包括水下冲沙气排及其接口设备；所述的控制系统包括控制电脑，水下冲沙排及其接口设备中传感器的输出信号接该控制电脑，该控制电脑的输出指令通过执行器接压缩气源。本发明的设备与方法用于水库河流、水工程船闸下游引航道水工泄水建筑物、挡潮闸闸下港道泥沙快速输移，减少和防止河流港道、水工泄水建筑淤积物泥沙淤积，尤其是针对细颗粒泥沙有较为明显效果。

技术领域

本发明涉及泥沙冲淤技术，具体涉及一种基于气动排沙的泥沙冲淤调控系统。本发明还涉及这个系统的工作方法。

背景技术

目前，主流清淤使用挖泥船挖泥，船只带动拖耙清除局部泥沙淤积，但常态下水库上游有不断来沙，船闸引航道泥沙清淤后又快速淤积或回淤，在现有的清淤方法中，效率都不高，而且需要人力配合，资金投入较大；将气动排沙方式引入深水泥沙清淤具有良好发展前景。

我国河流泥沙多、颗粒细，造成水利工程泥沙严重淤积。这些泥沙入海后，形成广阔的淤泥质或粉砂淤泥质海岸，在风浪和潮流作用下掀扬和输移，又给海岸工程造成危害。同时，我国的水库淤积、挡潮闸下淤积、港口航道、船闸引航道以及电站取水口等的淤积都比国外同类工程严重，妨碍着水利、水运和水电工程效益的发挥。减少和避免泥沙淤积，一直是治沙中难以解决的问题。

传统的水流挟沙、输沙是低能效的输沙模式，因为挟沙依赖的紊动是主流的二级以上微项，输沙的水流速度必须大于泥沙的起动流速才行。例如国内某大河相关河段几年来调水调沙的实测资料表明未有大幅增沙的现象，也是因为挟沙和输沙本身从水流摄取的能量不足的缘故。气动排沙是利用空气在水中比重轻（约比水轻700倍）而必然上升，上升过程中产生上升流，带动泥沙上扬，利用空气上升流带动泥沙悬浮，即利用空气的上升流，加强水体紊动，加速排沙，在有水流带动下，使泥沙得以远距离输送。泥沙粒径越细，沉降速度越小，气动排沙的效果越好，在我国细颗粒泥沙的河流、海岸河口使用特别有成效。细颗粒泥沙的特点是起动流速大、沉降速度小。气动冲淤是介于流体力学、气体力学和固体力学三者之间的边缘学科，属于固体、液体、气体的三相流动。气动排沙克服了水流输沙低能效的弱点，可以达到清淤减淤、快速排沙的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有泥沙清淤方式不足，提供一种利用空气流清除泥沙的快速排沙系统，通过连接管道向铺设于水下冲沙气排冲气排淤，在一定流速水流情况下，把泥沙带走，由于空气流的速度远远大于泥沙下沉速度，排沙功能更强大，快速和效率，使得清淤成本大大降低。

本发明采用的技术方案：一种基于气动排沙的深水泥沙快速排除系统，包括压缩气源、排沙机构与控制系统，其特征在于，所述的压缩气源中设有空气压缩机，该空气压缩机连接气体储气罐再通过气阀开关、连接管道与排沙机构连接；所述的排沙机构包括水下冲沙气排及其接口设备；所述的控制系统包括控制电脑，水下冲沙排及其接口设备中传感器的输出信号接该控制电脑，该控制电脑的输出指令通过执行器接压缩气源。

所述的水下冲沙排采用若干根不锈钢钢管或UPVC管平行排列，构成冲沙气管，该冲沙气管上开设排气孔，各排气孔等间距、等倾角、等孔径设置。

水下冲沙排沉于深水河床上，上面覆盖泥沙或河道上游来的来沙，根据水深和泥沙厚度计算空压级所需输出压力，当冲沙排释放气体压力大于水深压力和泥沙压力，即可掀动泥沙上扬，在小水流下将泥沙带走。冲沙排的排气孔开孔孔径小，孔孔间距较短，冲沙气排上密布小的排气孔，排气孔开孔方向以最优效率确定。

水下冲沙排的接口设备由泥沙浓度计、水深测量仪、GPS组成。水下冲沙排的接口设备泥沙浓度计，测量水中冲沙排溢气前后泥沙的含沙浓度，可得道泥沙快速排除系统冲沙效率；水深测量仪可测量冲沙排在水中的深度，判别不同季节河道水位以及泥沙淤积厚度；GPS用于系统定位。水深测量仪和GPS联合使用，可为水下冲沙排实时调整姿态，提高冲沙的效率。