一种驱动河道淤积泥沙再分布的装置和方法

摘要

本发明涉及一种驱动河道淤积泥沙再分布的装置和方法，所述的装置包括：在水流上游设置的锚固点，锚固点通过锚固绳与水流方向垂直设置的条带状柔性的牵引带连接，牵引带通过纵横布置的连接绳连接多个搅动体，形成搅动体阵列。本发明在河床容易淤积泥沙的表面设置搅动体阵列，不使用任何人为的动力，利用自然流动水流促使搅动体阵列搅动水流，使河床淤积的那是在搅动水流的作用下泛起，被水流冲走。搅动体利用了最基本的流体力学原理，促使平稳流动的水流产生紊流，清除泥沙。由于不使用任何人为的动力，可以节省大量能源。同时由于搅动体可以使用十分便宜的材料，搅动阵列制造也十分简单，整个装置成本极低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动河道淤积泥沙再分布的装置和方法，是一种水工装置和方法，是一种利用自然力对河道底部所淤积的泥沙进行干预，如对指定河段水面线以下淤积泥沙的冲刷、防止指定河段泥沙淤积、加速水工建筑物内部指定位置泥沙冲瘀速度等，使泥沙顺水流流走的装置和方法。

背景技术

随着人类活动的强度和范围不断增加，需要对河道地形进行主动干预。一方面，河道中淤积泥沙的问题由来已久。在自然状态下，河流中的泥沙淤积过多后就会使河流改道，干扰了人类的正常生活。为此人类自古以来就一直想方设法清除河道中淤积的泥沙，防止河流改道。传统清除河道泥沙的方法是在河流枯水季节开挖河道清除淤泥，使河道顺畅。随着社会的进步，人类已经能够使用大型机械设备开挖河道清除淤泥，但是这种方法要花费大量的人力物力。另一方面，由于河道内水利工程建设及周边地区发展，需要对河道指定位置进行干预，防止河道泥沙淤积的发生。为此，是否可以找到一种不使用人类的力量，而是借助自然的力量，促使河势向有利于人们生产生活的方向发展，这需要一种全新的思维方式和装置。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种驱动河道淤积泥沙再分布的装置和方法。所述的方法是将所述的装置放在需要排除淤积泥沙的河床上，或指定的河道位置。随着水流的自然流动使所述装置在水中摆动，增加河床底部水流的扰动，促使淤积泥沙再次起动并防止淤积发生，从而改变指定位置河流的冲淤特性，并以此清除河道上淤积的泥沙。

本发明的目的是这样实现的：一种驱动河道淤积泥沙再分布的方法，所述的方法包括如下步骤：

确定防止淤积或需要清除淤积的河道部位；

在所选定的部位设置搅动体阵列；

所述的搅动体阵列在自然水流的作用下形成摆动；

所述的搅动体阵列的摆动直接搅动泥沙或在淤积面附近水流中产生持续紊流；

所述的搅动紊流将河床面的泥沙搅动起来；

被搅动体阵列搅动起来的泥沙随自然水流流走。

 一种实现上述方法的驱动河道淤积泥沙再分布的装置，所述的装置包括：在水流上游设置的锚固点，所述的锚固点通过锚固绳与水流方向垂直设置的条带状柔性的牵引带连接，所述的牵引带通过纵横布置的连接绳连接多个搅动体，形成搅动体阵列。

本发明产生的有益效果是：本发明在河床容易淤积泥沙的表面设置搅动体阵列，不使用任何人为的动力，利用自然流动水流促使搅动体阵列搅动水流，使河床淤积的泥沙在搅动水流的作用下泛起，被水流冲走。搅动体利用了最基本的流体力学原理，促使平稳流动的水流产生紊流，清除泥沙。由于不使用任何人为的动力，可以节省大量能源。同时由于搅动体可以使用十分便宜的材料，搅动阵列制造也十分简单，整个装置成本极低。由此，本发明的效益明显：即利用我国多泥沙河流丰枯季节变化明显、丰水期水流挟沙能力强的特点，使用最简单的装置改变水流动能转化方式，增大指定位置水流扰动，从而实现在不使用任何人为动力而借助自然力的情况下，解决了河道淤积泥沙这个用传统方法费时、费力还难于解决的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例四所述装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例五所述条带状搅动体阵列的结构示意图；

图3是本发明的实施例六所述短条状搅动块示意图；

图4是本发明的实施例八所述的菱形片搅动体弯曲的示意图，是图1中A-A的剖视图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种驱动河道淤积泥沙再分布的方法，所述的方法包括如下步骤：

确定防止淤积或需要清除淤积的河道部位。首先寻找河道内汛期水位线以下容易淤积泥沙的位置，以确定需要清除河道泥沙的部位。河道中的泥沙通常淤积在水流由激流变为缓流的位置，并在一定程度上受到地球自转所产生的哥氏加速度影响，对河岸的一边冲刷，同时在另一边淤积泥沙。淤积泥沙的一边河道水流平稳，水中的泥沙容易沉淀，所以泥沙容易淤积。本实施例的主要思路是：通过铺设利用自然水流产生搅动的装置，增大河流指定位置的紊动、形成紊流，利用紊流将河床底部淤积泥沙搅动泛起，随流动的水流自然冲走。因此，要先选择水面线以下，具有固定水流流向的淤积泥沙河床。

在所选定的部位设置搅动体阵列。在所选定的河床部位的河床面上设置搅动体阵列。所述的搅动体阵列是由各种条状、块状或片状的搅动体用柔性的绳索连接在一起形成的。搅动体可以有各种形式，如前所述，可以使条带状、片状、条块状等等。搅动体阵列可以由单一形状搅动体构成，也可以使多种形状的搅动体组合形成，以满足各种河道条件下的水流情况。

所述的搅动体阵列在自然水流的作用下形成摆动。搅动体阵列的摆动在各种条件下不尽相同，而且摆动的方式随搅动体的形状，连接方式等因素不同而不同。比如，搅动体是沿水流方向并排布置的多条长条带状搅动体，在水流的作用下，长条带会以波浪的形式波动。由于各个长条带的波动频率、波长不同，所以整个搅动体阵列会产生复杂的波动。如果搅动体阵列是由带有扭面的短条状搅动体组成，在水流的作用下，搅动体还会产生水水流的扭动，如果将带有正反扭面的短条状交错安装，整个搅动阵列除产生波浪形的搅动外，还可以产生各种复杂的扭动，使产生的紊流更加复杂，更好的起到搅动的作用。

所述的搅动体阵列的摆动直接搅动泥沙或在淤积面附近水流中产生持续紊流。由于搅动体的摆动直接搅动泥沙，或者其所产生的复杂变动，使河床附近水流中会持续产生明显的紊流层，从而使淤积泥沙迅速启动。

所述的搅动紊流将河床面的泥沙搅动起来。河床泥沙在紊流的作用下，持续不断的扩散到水流中。

被搅动体阵列搅动起来的泥沙随自然水流流走。扩散到水流中的泥沙最终由自然流动的水流所冲走。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于搅动体阵列的摆动的细化。本实施例所述的搅动体阵列的摆动是沿水流方向条状波动和与水流方向垂直波动的综合波动。

本实施例所述的搅动阵列所产生的摆动是一种波动，这种波动主要是沿水流方向的纵向波动，同时伴随横向波动，纵横两个方向的波动组合在一起形成复杂的波动。这种波动主要产生沿水流方向的上下搅动，使水流中产生带有涡旋的紊流，涡旋使河床表面的泥沙泛起，并被水流冲走。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于搅动体阵列的摆动细化。本实施例所述搅动体阵列的摆动是沿水流方向轴线的扭动。

搅动体在产生上下波动行的摆动的同时还产生一种自身的扭动，这种扭动可以进一步增加水流的中带有涡旋的紊流的复杂流动，使搅动更加有效。

实施例四：

本实施例是一种实现上述实施例所述方法的驱动河道淤积泥沙再分布的装置，如图1所示。本实施例所述的装置包括：在水流（图1中箭头的方向）上游设置的锚固点1，所述的锚固点通过锚固绳2与水流方向垂直设置的条带状柔性的牵引带3连接，所述的牵引带通过纵横布置的连接绳4连接多个搅动体，形成搅动体阵列5。

本实施例所述的锚固点可以使用钢钎打在河床上或河岸边，或使用水泥墩等重物，也可以利用自然物体，如植物、石块等，凡是能够固定搅动体阵列保持在一个固定的位置上就可以。

锚固点一般设置两个以上，即在沿水流方向上游牵引带的两端设置与锚固点连接的锚固绳的节点。由于牵引带和所拖曳的搅动体阵列带有一定的柔性，在水流的作用下搅动体阵列可以舒展开，并产生有效的搅动作用。在牵引带上一个锚固绳的节点301，可以设置多个向不同方向的锚固绳，使搅动体阵列稳定的保持在河床的表面上，或者说稳定在河道的底部。

所述的牵引带为条带状材料，与水流方向垂直，以便让搅动体阵列展开。为了使搅动体阵列在水流方向上不至于太长，可以在水流方向上横排几条牵引带，几条牵引带之间可以使用与牵引带类似的材料连接起来。如图1所示，图中设置了三条与水流垂直的牵引带，每条牵引带牵引一个搅动体阵列，因此，在图1中有三个搅动体阵列。

牵引带可以使用类似系在腰间的皮带的条带状材料，这里所述类似皮带，主要指的是条带状材料具有类似于皮带那样即具有一定的硬度，也具有一定的柔性的材质特点。

所述的搅动体阵列可以有多种形式，即可以是沿水流方向延伸的条带状的搅动体，即在牵引带上并排设置多条长条带状的搅动体，为了避免条带之间的缠绕，在条带之间横向连接多个柔性的连接绳，用连接绳将各个条带分开。

搅动体还可以是一连串的小片，例如菱形片。将小片用纵横的连接绳连接在一起，使小片可以自由的摆动但有不会缠绕在一起。小片可以适当弯曲，使水流在小片的上下两面产生不同的流速，驱动小片上下运动，产生搅动作用。在一串小片中还可以使用几种不同质量小片，使整串小片在水流的作用下产生不均匀的波动，更好的起到搅动的作用。

搅动体还可以是带有扭面的小条（短条状搅动块）串联起来，同样用纵横的连接绳串联在一起形成阵列。小条在水流的作用下，不但能够产生上下的波动，还可以产生自身的扭动，更进一步加强对水流的搅拌。小条也可以使用不同质量的材料，使整串小条产生不均匀波动。

还可以将上述各种搅动体组合在一起，形成一种综合的搅动体阵列。总之，搅动体阵列中的搅动体可以有许多种形式，以能够产生更多、更复杂的紊流为目的。

实施例五：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体是沿水流方向布置的多条条带状搅动体503，各个条带状搅动体由沿水流方向纵向按一定间隔布置的柔性好于牵引带的横向连接绳相互柔性连接，如图2所示。

本实施例所述的条带状搅动体不能过于柔软，要具有一定的刚性，才能有较好的搅动作用，太过柔软的条带状搅动体，例如布料，则搅动作用不大。条带可以使用塑料带等材料。

连接绳横向连接各个条带状搅动体，按照一定间隔布置，以避免条带的缠绕为目的，既要防止缠绕，还是使条带具有一定的波动自由度。

实施例六：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体是带有扭面的短条状搅动块，如图3所示。所述的搅动体阵列中，短条状搅动块按正反两种扭面交错安装。

所述的搅动快的扭面可以是左旋的和右旋的两种，在成串的排列中可以交错放置左旋和右旋的搅动块，以产生更复杂的紊流。

左、右旋绞动块在搅动体阵列中的交错排列方式可以是前后左右交错排列，也可以是成排的交错排列，或两三排交错的排列方式。

实施例七：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于搅动体的细化。本实施例所述搅动体是菱形片状搅动片，如图1所示。

所述的菱形片可以是接近正方形菱形，但是以对角线与水流方向一致的方式串联在一起，类似于菱形。

实施例八：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于菱形片搅动体的细化，如图4所示。本实施例所述的搅动体是沿水流方向的三分之二处弯曲的菱形片，所述的搅动体阵列中，菱形片弯曲的方向按正反两个面交错安装。

本实施例所述的菱形片的弯曲是为了在水流中产生垂直的力（见图4），推动菱形片在水中的摆动。

实施例九：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于搅动体的细化。本实施例所述的搅动体是质量轻重不同的两种菱形片状搅动片，两种质量不同的搅动片在搅动体阵列中交错排列。

本实施例所述的菱形片搅动体有质量不同的两种，或者更多种。菱形片的质量（或者说重量）不同，在水流的作用下，摆动的大小不同，可以产生更多的紊流。不同质量的菱形片可以按照先后左右的交叉排列，也可以成排的交叉排列，即一排质量较大的菱形片，一排质量较小的菱形片，再一排质量较大的菱形片，再一排质量较小的菱形片等等。

实施例十：

本实施例是实施例九的改进，是实施例九关于菱形片搅动片排列的细化。本实施例所述的两种不同质量的菱形片搅动片按沿水流方向的横排交错排列，如图1所示，图中由黑色填充的菱形片501是质量较大的菱形片，斜线填充的是质量较小的菱形片502，即一排质量较大的菱形片，一排质量较小的菱形片，交替设置，或者两排质量较大的菱形片，两排质量较小的菱形片交替设置等等。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如搅动体的形状、搅动体阵列的连接方式、连接是否为刚性材料还是柔性材料等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。