專利名稱：根治黃河水害和沙害的方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于江河水利工程。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明提出之前的幾千年間，中國黃河中、下游地區(qū)發(fā)生過幾百次大洪水，都給中華民族造成了重大的生命和財產(chǎn)損失。歷代統(tǒng)治者及當(dāng)今的治河專家都采用筑堤擋水、企圖把洪水引向渤海，稱之為“堵”；或者采用挖深河道排除河床中阻礙水流的泥沙，以利于洪水流入渤海，稱之為“疏”。
實(shí)際上黃河的流量并不太大，只相當(dāng)于長江支流漢水或嘉陵江的流量，它的水害之所以難治，其根源在于水中所含泥沙太多。據(jù)中國水利部門資料，每年流入中、下游的泥沙總量達(dá)到5×108m3～6×108m3。這些泥沙、如果淤積于黃河中(指河南段)、下(指山東段)游的河床內(nèi)，按現(xiàn)代的挖河技術(shù)和能力是無法“疏”盡的，所以只好加高、加厚兩岸大堤來“堵”，所有這些措施都沒能消除近幾十年來多次出現(xiàn)的潰堤漫灘的災(zāi)害。如果把這些泥沙沖入渤海，顯然只需幾十年、最多一百年將堵塞寬度僅220km的渤?？?，這將形成另一個巨大的災(zāi)難。由此可見，所謂黃河水害實(shí)質(zhì)為沙害。
新中國成立50多年來采用過上游種草、植樹、填溝、斬壑的措施，但因黃土高原嚴(yán)重缺雨，寸草不生而失敗。與此同時還建成了大量梯級水庫攔沙于上游。實(shí)踐證明攔沙措施不但嫁禍于上游而且也解決不了中、下游的災(zāi)害。所以這類攔沙清河的措施并不能保證黃河長治久安。
本方案是完全不同于傳統(tǒng)的堵、疏、攔、清的辦法和措施。它能保證黃河長治久安，變沙害為沙利，變水害為水利，且能確保渤海不被堵死，還將創(chuàng)造出幾百萬畝土壤肥沃、旱澇保收的新耕地。

發(fā)明內(nèi)容
一、基本原理及方案梗概眾所周知流動的水具有動能，能沖動、帶走泥沙；流速越高其動能越大，沖動、帶走的泥沙就越多。當(dāng)水中泥沙從高處下落，其勢能將加速水的流動，加大水沖動、帶動泥沙的能力。
本方案正是針對當(dāng)今黃河中、下游地段的河床及水位遠(yuǎn)高于大堤外平原的這一特點(diǎn)，沿著河道中心埋設(shè)大量管道(以下稱為底管)通到堤外平原，用以放水、泄洪，同時將河道中心的河床泥沙排放到堤外大平原中去。這個平原包括了河南、河北、山東三省及安徽、江蘇兩省的北部，即華北平原。它足夠容納整個黃土高原流來的泥沙和大洪水，也就消除了千年、萬年可能遇到的水沙災(zāi)害。所以本方案是當(dāng)今、甚至是今后可以稱之為能根治黃河水害和沙害的唯一方案。
含泥沙的水流出底管后，再效法都江堰水利工程的方式把它們用渠道分散成細(xì)流引向農(nóng)田，變水害為水利。因為華北平原歷來嚴(yán)重缺水，所以沿河民眾肯定是歡迎的。還由于黃河泥沙特別肥沃，更是兩岸農(nóng)民所歡迎的，因此組織他們開渠引水、引沙以及渠道掏沙是完全可能的。
由于形成的新河道位于現(xiàn)有河道的中央，低而且深，河面不寬，其新河岸與現(xiàn)有大堤間的幾百萬畝原河床，將高于新河水面成為土壤肥沃，無旱澇之憂的良田；成為國家的巨大產(chǎn)糧基地；并可容納幾百萬的移民，將有助于山區(qū)人民脫貧致富。由于新河道的兩岸新增良田及原有大堤就能保證新河岸絕不崩潰。沿河軍民也就不必再年年護(hù)堤，自然也不需年年加高、加厚這兩條大堤了。
對現(xiàn)有兩岸大堤仍要保留，可以大量植樹，把它改造成兩道綠色防風(fēng)林帶。若遇超過底管設(shè)計排洪能力的特大洪水(比如大于千年一遇的洪水)，還可以利用這兩大堤之間的數(shù)百億立方米的原河床作為臨時的滯洪區(qū)。
二、具體內(nèi)容1.圖1是現(xiàn)有河道橫斷面的示意圖。它的特征是河面寬度B(南北大堤距離)極大，可達(dá)幾公里；而河水深度h不大；河面高程1遠(yuǎn)高于南北平原高程2及3。河床絕大部分是由泥沙沉積而成，僅僅某些河段的大堤之下可能有著人工拋填的石塊(拋石區(qū))。
2.圖2是改造后新河道橫斷面的示意圖。它的特征是有從大堤外低處斜向頂推入到河心預(yù)計部位的泄洪排沙鋼管或水泥管，此管可稱為底管。當(dāng)用一直徑不大的旋槳鉆機(jī)自河心向底管末端鉆孔后，水流將借助自身的壓力通過鉆孔，通過底管流到大堤之外的平原中去。在流動過程中將自然地帶出泥沙。其鉆孔四周的泥沙壁也將被沖刷逐漸擴(kuò)大，最后形成一個如圖2所示的漏斗型河斷面。這個斷面可稱為新河道的斷面。
3.圖3是新河道的一小段平面俯視示意圖。在這里只示出了整個中原河段上百千條底管中的三根底管。管徑d及管距I，將根據(jù)具體河段規(guī)劃的排水量和具體的水位差來決定，圖中也示出了由水流自流沖刷形成的新河道的新河岸S1和S2。
4.圖4是新河道沿河道中心線的縱斷面示意圖。由于沿河道水流的沖刷作用，其河道將形成波浪狀如圖所示。隨著沖刷時間的增長，此波浪狀將接近一直線。如因河底泥沙已經(jīng)板結(jié)，可用松土的辦法加快其波峰的削平。
5.底管的施工將用國內(nèi)外早已成熟的地下埋管的頂推技術(shù)。由于黃河河床都是由泥沙沉積而成，只有少量的人工拋石，所以其施工屬于簡單技術(shù)。
6.由于黃河來水量和沿河用水量需按計劃調(diào)度分配，所以在底管出口需裝置控制流量的閥門，這也是常規(guī)技術(shù)。
7.為了充分利用底管排出的比重很大的泥沙水流的能量，在底管出口還應(yīng)裝置長期不磨蝕的杜同水輪發(fā)電機(jī)組，以回收其能量。
8.黃河下游山東境內(nèi)容易出現(xiàn)斷流的河段，因兩岸地面相對較高，將不適于底管排沙水方案。特別因中原一段已將新的河床及其水面降得甚低，水流已無落差(坡度)將水送到下游去。這就需要選擇一個適當(dāng)?shù)暮佣沃粋€低壩，裝置水泵將來流提送到壩后，讓其自流到山東東部。泵站的抽水量不宜超過東部的需水量，也就是說不應(yīng)讓珍貴的黃河水流及其攜帶的肥沃泥沙流入渤海，也即是新黃河將不存在入海口了。黃河泥沙不再流入渤海，將保證渤海入?？诓槐荒嗌扯氯?，使渤海永遠(yuǎn)不變成內(nèi)陸湖泊。
9.黃河由于流域水量不足，上游在汛期應(yīng)該盡可能蓄水供中下游枯水季使用，這早已列入國家規(guī)劃。汛期可能成災(zāi)的水量都應(yīng)通過沿河底管把它用于中原南北廣大地區(qū)人民的生活和生產(chǎn)。如若尚有多余的水量，則讓它流入淮河，流入東海。由于中原是嚴(yán)重缺水地區(qū)，黃河總流量又嚴(yán)重不足，這種多余水量流入淮河的概率實(shí)際上并不存在；即或存在，由于水中泥沙早已沉淀在中原平原，所以不會為害淮河。


本發(fā)明的總體方案如附圖1至圖4所示。
圖1為現(xiàn)今河道橫斷面示意圖。從圖中可以看出河面寬度B南北大堤間距離很大，實(shí)際上可達(dá)幾公里或十多公里，而且河深度甚小只有幾米。
圖2為本方案實(shí)施后的新河道橫斷面示意圖。
圖3為圖2的A向視圖即新河道平面俯視示意圖。
圖4為新河道縱斷面示意圖。
具體實(shí)施例方式
1.本發(fā)明的關(guān)鍵措施是底管，用它來放水、泄洪、排沙；并且利用兩底管進(jìn)水口之間的高差形成河水流速、沖刷河底，自行開挖出低而深的新河道。這些都是人所共知的自然規(guī)律。所以本發(fā)明方案的實(shí)現(xiàn)是肯定的。
2.由于實(shí)現(xiàn)本方案的各項技術(shù)措施如頂推埋設(shè)底管、控制流量的閥門、利用水沙能量的發(fā)電機(jī)組、下游土壩、提水泵等都屬于成熟技術(shù)。所以本發(fā)明的可行性是肯定的。
3.編制本發(fā)明的總體規(guī)模如底管孔徑，底管根數(shù)，底管分布、土壩位置、水泵容量等都需要國家提供防洪標(biāo)準(zhǔn)、多年流量曲線、遠(yuǎn)期預(yù)計流量、沿河用水分配數(shù)據(jù)等。
4.關(guān)于底管過水能力的計算可按照常用的清水管道進(jìn)行。當(dāng)水中含有泥沙時將增大過流能力，是好事不是壞事。因此可以省去了既費(fèi)時，又浪費(fèi)而又不準(zhǔn)確的模擬試驗。
5.具體實(shí)施時只需首先選擇一公里長的河段頂推埋設(shè)三根底管(如直徑2.5m)，進(jìn)行一年的放水試驗，就可得到準(zhǔn)確的過水能力數(shù)據(jù)，就可用以修政總體規(guī)劃中的底管數(shù)或底管口徑。
6.由于底管可以單獨(dú)施工，所以正式開工后可以同時頂推幾十根，上百根底管。因此約10年就可以實(shí)現(xiàn)這一根治黃河沙害、水害的方案。
7.估計實(shí)施本方案所需資金不會超過200億人民幣。對比三峽工程是國家可以承擔(dān)的。
8.由于本方案實(shí)現(xiàn)后根除了幾千年來治不了的水害和沙害，且變水害為水利，變沙害為沙利；還避免了黃河泥沙填堵渤海，所以本方案是一項重大的改善環(huán)境的綠色工程。
9.本方案不但不占用土地，而且創(chuàng)造出面積達(dá)幾百萬畝，土壤肥沃的水旱保收的新耕地；可以容納幾百萬貧苦移民使他們脫貧致富。
10.黃河中、下游兩岸人民得到了用盡上游流來的每一滴水和每一粒肥沃的泥沙，必將大幅度提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生活質(zhì)量。
11.鑒于以上情況，國家也可以號召民營建設(shè)本方案，海內(nèi)外愛國者投資參加，如將建成，管理良好，定能充分發(fā)揮本發(fā)明的效益。
權(quán)利要求
1.第一特征是沿著黃河中、下游大堤外坡腳向河心頂推埋入河床底部的大量的放水、泄洪、排沙底管。
2.第二特征是利用河中泥沙水流自身的能量，自行開挖出位于黃河流道中央的低而深，河面不寬的新河道。
3.第三特征是新河道與兩岸大堤之間將創(chuàng)造出數(shù)百萬畝水旱保收的農(nóng)田。
4.第四特征是每根底管出口都裝有控制排放流量的閥門。
5.第五特征是每根底管出口還裝有水輪發(fā)電機(jī)組，利用流出的含有泥沙的水進(jìn)行發(fā)電。
全文摘要
根治黃河水害沙害的方案屬于江河水利工程領(lǐng)域。它是針對黃河中、下游河床遠(yuǎn)高于兩岸平原容易發(fā)生洪水災(zāi)害而研究的。主要措施是沿大堤外坡腳向河心頂推埋入大量大口徑管道來放水、泄洪，排除河底淤積泥沙到堤外的華北大平原中去。由于華北平原嚴(yán)重缺水，黃河泥沙又十分肥沃，本措施就變水害為水利，變沙害為沙利。由于這些管道的進(jìn)水口都低于現(xiàn)有河底，水流將沖挖帶走兩兩管口之間的淤積泥沙而自行沖出一條低而深、河面不寬的新河道。新河道與現(xiàn)有大堤間將出現(xiàn)數(shù)百萬畝水旱保收的良田，可容納數(shù)以百萬計的移民。這些農(nóng)田和兩岸大堤就保證了新河岸決不崩潰。若遇特大洪水，還可以用這兩大堤之間幾百億立方米的容積來作臨時滯洪之用，以保障沿河人民高枕無憂。
文檔編號E02B1/00GK1900426SQ20051002127
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月18日
發(fā)明者杜同, 趙泰白, 宋殳 申請人:杜同, 趙泰白, 宋殳