本發明涉及一種利用波能驅動水體清除淤積泥沙的方法和裝置，是一種水工方法和裝置，是一種利用波能等自然力對水庫等較深流動水體底部所淤積的泥沙進行干預，使泥沙順水流流走的方法和裝置。

背景技術：

水庫中淤積泥沙是自從人類開始建造水庫即開始出現的問題。在河流上修壩建庫后，庫區水位壅高，水面比降減緩，流速減小，水流挾沙能力顯著降低，促使大部分泥沙淤積在庫內。其結果不僅導致水庫有效庫容減小，降低興利效益和防洪能力，甚至將威脅水庫使用壽命及安全運行，同時水庫淤積引起回水末端上延，將擴大淹沒和浸沒面積，并將威脅上游城鎮、工礦及交通安全，回水末端的泥沙淤積還會影響航運，庫區泥沙的大量淤積，可能造成有害物質沉積于庫底，污染水庫和周圍環境，并且將會淤沒魚類的產卵地，影響魚類繁殖。水庫泥沙問題是一個在世界范圍內普遍存在的問題，因此，在這樣的多沙河流上修建水庫，必然會產生泥沙問題。傳統清除水庫泥沙的方法是使用大型機械設備開挖水庫清除淤泥，但是這種方法要花費大量的人力物力。為此，是否可以找到一種不使用人類的力量，而是借助自然的力量，對水庫底部容易淤積泥沙的部位進行干預，清除或防止泥沙的淤積，這需要一種全新的解決方案。

技術實現要素：

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種利用波能驅動水體清除淤積泥沙的方法和裝置。所述的方法利用水面的波動能量攪動庫底的水流，從而改變庫底指定位置的沖淤特性，并以此清除水庫庫區內淤積的泥沙。

本發明的目的是這樣實現的：一種利用波能驅動水體清除淤積泥沙的方法，所述的方法包括如下步驟：

確定防止淤積或需要清除淤積的水庫部位；

在所選定的水庫部位設置在水中的攪動陣列；

所述攪動陣列中設有多個漂浮在水面的浮子，各個所述漂浮在水面的浮子隨水面的波動做與整個攪動陣列相對的運動；

各個所述的浮子帶動各自的驅動缸驅動液體攪動庫底的水流；

被攪動的水流將庫底的泥沙攪動起來；

被攪動陣列攪動起來的泥沙隨自然水流流走。

一種實現上述方法的利用波能驅動水體清除淤積泥沙的裝置，包括：錨固或漂浮在水面的攪動陣列的框架，所述的框架上設有多個攪動單元，所述的攪動單元包括：能夠與框架做相對運動的浮子，所述的浮子通過連桿與固定在框架上的驅動缸中的活塞連接，各個所述驅動缸豎直設置在水體中，所述缸體下端依次連接收縮段、出水管，所述的驅動缸下端設置至少一個下端止回閥。

進一步的，所述的下端止回閥的閥瓣為一側與驅動缸鉸鏈連接的圓弧片，所述的圓弧片的曲率與驅動缸內圓面曲率相等。

進一步的，所述的下端止回閥為兩個。

進一步的，所述的驅動缸頂部設置至少一個上端止回閥，在靠近驅動缸頂端的位置設置第二出水管。

進一步的，所述的上端止回閥的閥瓣為一側與驅動缸鉸鏈連接，另一側為帶有缺口c型原片。

本發明產生的有益效果是：本發明在水庫容易淤積泥沙的位置設置浮動體陣列并使浮動體連接水底的攪動體陣列，不使用任何人為的動力，利用波浪能量，帶動驅動缸壓縮液體，形成射流，利用射流促使水庫底部淤積的泥沙泛起，被水流沖走。由于不使用任何人為的動力，可以節省大量能源。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的實施例二所述裝置的結構平面示意圖；

圖2是本發明的實施例二所述裝置的立面結構圖，是圖1中a-a方向的放大圖；

圖3是本發明的實施例三所述弧形閥瓣示意圖；

圖4是本發明的實施例五所述的帶有上端止回閥的驅動缸示意圖；

圖5是本發明的實施例六所述的上端止回閥形狀示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種利用波能驅動水體清除淤積泥沙的方法。本實施例的基本思路是：利用水面的波浪，帶動浮子上下浮動，產生的動力帶動一個活塞在缸體中運動，利用活塞的運動壓縮液體，驅動液體運動，利用這些驅動的液體攪動沉降的泥沙，使泥沙隨自然水流流走，避免甚至清除淤積。

所述的方法包括如下步驟：

（一）確定防止淤積或需要清除淤積的水庫部位。尋找水庫內具有確定流向的淤積泥沙的位置，以確定需要清除水庫泥沙的部位。水庫中的泥沙通常淤積在水流由激流變為緩流的位置，即由河道進入庫容的位置，那里水流突然變緩，泥沙十分容易沉積。

（二）在所選定的水庫部位設置在水中的攪動陣列。攪動陣列即為由多個攪動體縱橫排列構成的陣列，攪動陣列使用剛性的材料，例如金屬管，或金屬型材將各個攪動體固定連接到一起。攪動陣列可以使用剛性材料完全固定在庫底或岸邊，以避免攪動陣列隨波浪產生任何位移，也可以固定在一個有較大抗風浪能力的浮動體上，只要能夠保證浮子能夠隨風浪與整個攪動陣列發生相對運動即可。

（三）所述攪動陣列中設有多個漂浮在水面的浮子，各個所述漂浮在水面的浮子隨水面的波動做與整個攪動陣列相對的運動。設置浮子的關鍵在于使浮子能夠產生與整個攪動陣列發生相對位移，即在風浪中，攪動陣列可以隨風浪產生一定的位移，或上下浮動或左右搖晃，但由于浮子的質量遠遠小于整個攪動陣列的質量，因此在風浪中，浮子會發生于整個攪動陣列不同步的運動，這種浮子與整個攪動陣列的相對運動就可以產生一定的能量，利用這些能量促使泥沙流動，避免淤積。

（四）各個所述的浮子帶動各自的驅動缸驅動液體攪動庫底的水流。如何利用浮子與整個攪動陣列之間的相對運動所產生的能量產生驅動水流的動力，是本實施例的關鍵。

本實施例采用一種帶有活塞的驅動缸，利用浮子與固定在攪動陣列上的驅動缸相對運動，帶動缸體中的活塞上下，使活塞兩側缸體的兩個腔體不斷變化，產生變化的壓力，將這兩個腔體內的變化的壓力產生驅動液體（水）運動的能量，形成射流。液體射流可以通過管道直接被引導到庫底泥沙容易淤積的位置，攪動或吹起淤積的泥沙，使泥沙被自然水流流走。在一些水流運動較小的庫底，可以使用立管將射流轉換為具有吸附作用的水流，將庫底淤積的泥沙通過吸附作用，抽到流速較大的水層位置，使水流將泥沙帶走。

（五）被攪動的水流將庫底的泥沙攪動起來。如上所述，在水流能量較大的庫底可以采用直接吹動庫底泥沙的攪動方式，將泥沙吹起，由水流帶走，在水深較大，庫底水流流速較小的情況下，可以利用立管產生的吸附作用，將庫底的泥沙抽起到接近水面水流流速較大的位置，使泥沙隨水流走。

（六）被攪動陣列攪動起來的泥沙隨自然水流流走。在水深較淺的地方，水底的水流流速較大，而當水深較深的情況下，水底的水流流速較小，因此，需要將泥沙帶動到接近水面的位置，才能是自然水流將泥沙帶走。

實施例二：

本實施例是一種實現上述方法的利用波能驅動水體清除淤積泥沙的裝置，如圖1、2所示。本實施例包括：錨固或漂浮在水面的攪動陣列的框架1，所述的框架上設有多個攪動單元2，所述的攪動單元包括：能夠與框架做相對運動的浮子201，所述的浮子通過連桿202與固定在框架上的驅動缸203中的活塞204連接，各個所述驅動缸豎直設置在水體中，所述缸體下端依次連接收縮段205、出水管206，所述的驅動缸下端設置至少一個下端止回閥207，如圖2所示。

本實施例所述的攪動陣列可以使用金屬管或金屬型材縱橫連接，在水平面上連接成框架，在縱橫的交點處設置浮子和驅動缸等設施。框架可以通過錨固的方式直接固定在庫底或水庫的岸邊，也可以固定在船只等漂浮在水面上的漂浮物上，其條件是整個攪動陣列的波動，不能與浮子的波動同步。框架錨固在庫底，可以采用長度可調節的繩索，繩索的遠端拉住框架，另一端栓在重物（錨）上，將重物放在庫底，調節繩索的長度，使攪動單元的浮子可以隨波浪上下或左右運動即可，調節繩索的長度主要是為了適應不同的水深。

攪動單元是一個相對獨立的設施，各個單元之間沒直接的關系，各自產生攪動水流或氣流。攪動的原理是：通過浮子隨波浪的運動，帶動驅動缸中的活塞，做上下直線運動，使活塞兩側的空間（腔體）發生變化，產生壓力或吸力，驅動液體（水）產生驅動泥沙的射流。

浮子采用空心結構，并足夠大，以帶動活塞運動。

驅動缸是直線運動缸，活塞在缸體中做上下直線運動。驅動缸安裝在攪動陣列上，整體豎直浸在水中。

驅動缸可以單向使用也可以雙向使用，即：只利用活塞單方向（向下）運動的壓力，也可以利用活塞雙方向（上下）運動的壓力，產生驅動力。如果進利用活塞單方向的壓力，則結構比較簡單，只是在缸體與出水管連接的部位設置下端止回閥，缸體的上端敞開，可以使活塞上側的水流自由流動，而活塞下側的水流則在活塞的壓力下從出水管排出，或者只能從缸體下端的下端止回閥進入缸體，形成單向運動。下端止回閥可以安裝兩個，即在缸體的左右兩側各安裝一個。

當利用缸體上下運動都產生壓力是，則需要在缸體的頂端設置上端止回閥，使缸體的兩個腔體內的液體形成單向運動，并在缸體接近頂端的位置設置第二出水管。

出水管的出水口可以直接設置在庫底，或者與一根立管連接，將產生的射流轉換為吸附流，將庫底的泥沙帶到上層水流較大的層面，讓水流將泥沙帶走。

缸體與出水管的連接處采用斷面逐漸縮小的接口以減小能量損失，見圖2。接口處的水頭損失為：

，

其中：的取值與缸體的截面面積a1、出水管的截面面積a2和收縮段的錐角角度θ有關。

泛動不同種類和不同深度的淤積物所需的射流流速不同，通過連續性方程得：

，可以確定所需缸體和排水管的截面面積。

實施例三：

本實施例是實施例四的改進，是實施例四關于驅動缸的細化。本實施例所述的出水止回閥的閥瓣2071為一端與驅動缸鉸鏈連接的圓弧片，所的圓弧片的曲率與驅動缸內圓面曲率相等，如圖3所示。

止回閥的閥瓣為一個帶有一定弧度的鋼片，見3圖，能夠與缸體的內壁緊密貼合，鋼片的上端通過鉸接固定在缸體的下部。止回閥根據壓強差工作，能靈敏的感知壓強變化并控制鋼片的開啟與閉合。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于下端止回閥的細化。本實施例所述的下端止回閥為兩個。

為提高出水效率，可以安裝兩個下端止回閥。下端止回閥可以安裝在缸體的兩側。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于驅動缸的細化。本實施例所述的驅動缸頂部設置至少一個上端止回閥210，在靠近驅動缸頂端的位置設置第二出水管211，如圖4所示。

本實施例在驅動缸的頂端也設置止回閥，使活塞上升時的壓力，也通過第二出水管作為動力輸出，這樣活塞的往復都有動力輸出。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于上端止回閥的細化。本實施例所述的上端止回閥的閥瓣2101為一側與驅動缸鉸鏈連接，另一側為帶有缺口c型原片，如圖5所示。

上端止回閥的作用是在活塞上升是阻止缸體中的水流回到水體中，而是通過第二出水管作為動力輸出。由于缸體的頂端開發，則可以使用兩個半圓片或帶有缺口的原片作為閥瓣蓋住缸體頂端，閥瓣只能向缸體內開啟，即可以產生止回閥的作用。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案（比如缸體的形狀、缸體的安裝方式、整個攪動陣列的形式等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。