CN101688379A - 用于在蓄水体中进行沉积物运输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在尤其水电站的蓄水体中进行沉积物运输的方法，所述沉积物通过由于缺少流动所引起的缺少侵蚀过程的淤积形成。按照发明，沉积物淤积体在水库的沉积区域中被聚集并被运输到水库的排水机构附近的侵蚀区域中，从而沉积物通过出流的水的由流动所引起的侵蚀过程被排送到流动的水体中。

Description

用于在蓄水体中进行沉积物运输的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运输在尤其水电站的蓄水体中的沉积物淤积体的方法，所述沉积物淤积体处于蓄能发电站、抽水蓄能发电站和流水发电站、堤坝设备和闸门的水库和蓄水池或蓄水空间中。

背景技术

除了流动的水外，悬浮物和沉积物基本上是流动水体的组成的重要成分。悬浮物和沉积物实际上存在于所有河流的水中。在没有堤坝阻拦的流动水体中，沉积过程和侵蚀过程大多呈平衡状态。在这种状况下，河床只有微小的改变。然而，如果用拦河坝拦住水体，那么流水横截面和流速在局部改变。因此在水体底部沉积更多的沉积物。这同样适用于水电站的水库，例如抽水蓄能发电站，其中在各个运转过程(泵-/涡轮运转)之间水保持相对的静止。在这些情况下淤积的沉积物与在纯粹的流动水体中不同，不再均匀地侵蚀，而是随着时间流逝在蓄水体底部逐渐累积并因此减小了有效的蓄水量。

例如，水电站的水库可以基于出现的流速以及与之相关的床面剪切力分为两个区域，即在流速较低的区域主要发生沉积过程，且在一个至少局部或有时例如在抽水蓄能发电站的泵运转时流速较高的区域中发生侵蚀过程。  根据本发明，在下文中把该第一区域称为沉积区域，与此相对，在下文中把该第二区域称为侵蚀区域。这两个区域的界限定义为侵蚀边界。

目前应用的用于沉积物运输的方法基本上局限于人工地取出，这样做花费极高成本巨大。在人工地取出沉积物的情况下，被取出的沉积物变为取出者的所有物，取出者必须负担清除这些沉积物的费用。

此外，其它由现有技术已知的用于沉积物运输的方法在DE 10109 039 A1和DE 41 10 781 C2中公开。两种方法都描述了一种用于沉积物运输的方法，其中沉积物淤积体通过水射流借助于环绕的水被卷起至混浊，并通过天然的和/或人工制造的流动运出。当然在水库中这种方法只能使得沉积物在整个蓄水体中均匀地分布，沉积物将会重新沉积下来。

发明内容

本发明的任务在于，对已经已知的用于从蓄水体中运输沉积物淤积体的方法进行如下改进，即尽可能简单且高效地使用该方法。

根据本发明，该任务如此解决，即沉积物淤积体在水下被聚集并通过用于输送的工具运输到相关的蓄水空间的排水机构附近的侵蚀区域中，在那里通过由流动引起的侵蚀过程把沉积物淤积体运出至后续的水体中。有利的是，沉积物淤积体从沉积区域以最短的路径运至排水机构附近。可选地，排水机构也可以称为出水机构。优选机械地或水力地聚集沉积物淤积体，并在蓄水体内部、特别是水库内部通过挖泥机-或冲刷法运输至所述排水机构的附近。其中优选考虑排水机构之前区域内的上水侧的侵蚀区域，也就是说，例如可以设置被运输的沉积物的均匀的分布，这种分布视情况具有规定的截面轮廓。

根据本发明，涉及相关蓄水空间的排水机构的概念“附近”尤其不包括沉积物淤积体直接被带入排水机构，或被聚集的沉积物淤积体直接淤积在排水机构前，也就是说与排水机构没有间隔。因为这样做存在明显的缺陷，即例如，在涡轮机运转用于发电时，直接吸引了大量的沉积物淤积体，这对涡轮机的使用寿命造成了负面影响。此外，被聚集的沉积物淤积体的淤积地点和/或间隔也取决于现有排水机构的直径。对此适用的是，排水机构的直径越小，沉积物淤积体则必须越靠近地在排水机构前得到运输。已证明，即使在考虑到现有排水机构的不同的直径的情况下，在相关蓄水空间的排水机构前最大约1m的地方进行沉积物淤积体的运输也得到了非常好的结果。更优选地是，在相关蓄水空间的排水机构前至少约1.5m、更优选至少约2m、还更优选至少约3m的地方进行沉积物淤积体的运输。在大型蓄水设备中，间隔优选为至少约8m，且优选在约1m到约100m的范围内，更优选在约1m到约50m的范围内。

这些所提到的用于沉积物淤积体的运输的间隔取决于临时的排水状况。除了排水机构或出水机构的直径外，原本的通流和水的性质(尤其是在上游水中已经存在的沉积物浓度)也是确定影响的因素。它们在排水机构或出水机构的闭锁被打开时对上游水中的侵蚀区域产生影响。

所述间隔被确定在相关的排水机构的朝向蓄水空间内部的开口和被运输的沉积物淤积体之间。在本发明中应用的概念“运输”在此就沉积物淤积体而言指的是该沉积物淤积体可以与排水机构间隔并同时仍然在其附近地淤积，当然，它们也可以因为存在的流动立刻通过排水机构流走。

由于淤积的沉积物只是被运输至排水机构的附近，所以通过本发明避免了聚集的沉积物立刻混入通过排水机构流走的水中，并且在蓄水空间内再次得到了之前与自然状况相应的沉积物轮廓。在此，沉积物淤积体从蓄水体的沉积区域中被输送至蓄水体的侵蚀区域中，其中避免了到蓄水体的排水机构中或直接到其跟前的、可能会导致排水机构被阻塞的输送。

优选地，相关的蓄水空间的至少一个排水机构具有用于发电的装置，特别是涡轮机。原则上，根据本发明可以设计让水库仅具有一个排水机构，然而也可以设计为具有两个、三个、四个或其它多个排水机构。

此外，基本上对于本发明的构思而言，被运输至排水机构附近、与之间隔地从沉积区域中聚集的沉积物淤积体在侵蚀区域中通过侵蚀过程也就是说通过水被带走。由此大大接近了天然的、未被筑坝拦截的水体系统。

该方法以有利的方式这样实施，即在排水机构上出现规定的沉积物浓度。在实践中，每升水沉积物为10mg到100g，优选每升水沉积物为10mg到10g被证明是有利的。令人惊奇的是，流出的水中的这种混浊对在排水机构中可能设置的涡轮机来说是可适应的。根据本发明，纯粹作为预防可以设计，借助于较不混浊的水冲刷涡轮机的密封件以预防可能的涡轮机的损坏。根据水体的水文地形或流动几何形状，沉积物浓度的值也可以明显大于每升水100g沉积物。

特别符合目的的是，沉积物淤积体通过挖泥机-或冲刷法被聚集以及视情况通过抽吸泵输送。在此，符合目的的是，在沉积物淤积体被聚集之前它们通过旋转犁被打散。

吸扬式挖泥机被证明适于用于聚集沉积物。在此，被聚集的沉积物的量可以通过吸扬式挖泥机的功率和/或吸扬式挖泥机的运转持续时间特别简单地被调节。

水库的沉积区域中的沉积物淤积体的聚集可以自动进行。在使用可以设计为挖泥船且可以在绳索上导引的吸扬式挖泥机时，有利的是，通过与岸连接的控制绳索连续且自动地改变吸扬式挖泥机的位置。如果沉积物淤积体总是根据同样的模型被聚集，那么可能在蓄水体底部导致形成沟渠。通过模型的规律或不规律的改变可靠地避免了这种现象的发生，其中沉积物淤积体依照模型聚集。

根据沉积区域中沉积物淤积体的数量可以间歇地或连续地使用该方法，当然优选的是，连续地使用该方法。根据本发明，“连续”理解为在蓄水体的多个工作周期期间持续地实施该方法，所述工作周期包括蓄水体的注满和排空。与此相反，根据本发明，“间歇”理解为定期地只在蓄水体的特定的工作周期例如水库的排空期间实施该方法。此外，可以在水库的整个使用期中没有明显的中断地使用该方法，或仅在时间上有限制地使用该方法，例如在进行整修以恢复原始的蓄水体积期间使用该方法。

附图说明

借助于附图中示出的实施例，进一步对本发明的其它优点和细节进行说明。

附图示出了：

图1是水库示意图，其中水库被划分成不同的侵蚀区域；

图2是一种能够自动聚集水下沉积物淤积体的方案的示意图；

图3是一种能够将水下沉积物淤积体运输至排水机构附近的方案的示意图。

具体实施方式

首先要说明的是，本发明不局限于附图中所示的特征的组合。确切地说，分别在说明书中、包括附图说明中公开的特征可以与附图中给出的特征结合起来。此外要指出的是，在权利要求中包括的附图标记绝不应该限制本发明的保护范围，而仅仅是对附图中示出的实施例的指示。

图1是抽水蓄能水电站的水库8的示意性图示。抽水蓄能水电站用于存蓄制造出来但目前不需要的能量。为此，水由抽水蓄能水电站6从流动的水体7中抽到水库8中，这被称为泵运转。如果需要被存蓄的能量，那么水由抽水蓄能水电站6的水库8中再次排出到流动的水体7中，其中同时涡轮机被驱动产生能量。这个过程称为涡轮机运转。在这两个运转状态即泵运转和涡轮机运转期间，水库8中的水处于运动中。而在两个运转状态之间的停顿期，水保持相对静止。在泵运转期间，沉积物和悬浮物随着水也被抽吸到水库8中，它们由于水库8中的流动条件可能会沉积在水体底部。根据流动条件，水库8被分为两个区域。一个是沉积区域1，其中淤积越来越多的沉积物，而另一个是侵蚀区域2，其位于排水机构4附近，在该区域中沉积物淤积体12在排水过程中被侵蚀并被运出。这两个区域之间的界限定义为侵蚀边界3。为了阻止沉积区域1中的沉积物淤积体12不断增加，根据本发明，沉积物淤积体12被运输至侵蚀区域2，从那里沉积物淤积体12通过后续的侵蚀过程而被运出。沉积物淤积体12通过吸扬式挖泥机5聚集起来并通过运输管道9运输至排水机构4附近，该运输管道9的末端与排水机构4有间隔。该整套方法也可以自动进行，其中吸扬式挖泥机5例如由导向绳索10控制。根据本发明的方法的优点在于，在不从水体中取出沉积物淤积体12的情况下把它从沉积区域1中运出去。

图2示例性地概括示出了水体底部11的沉积物淤积体12的借助于吸扬式挖泥机装置的运输，该吸扬式挖泥机装置由泵单元15、冲刷头13和运输管道14、9组成。为了将水体底部11的沉积物淤积体12打散，使用了冲刷头13，其中符合目的的是，冲刷头13包括用于将沉积物淤积体12打散的旋转犁。被打散的沉积物借助于泵单元15通过聚集管道14被聚集起来。泵单元15同时负责沉积物通过运输管道9到侵蚀区域2的运输。因此根据本发明的方法可以自动地执行，在该实施例中，该吸扬式挖泥机装置的泵单元15安装到一个浮船16上。该浮船16通过导向绳索10在水库8的整个沉积区域1上被导向，由此该吸扬式挖泥机装置可以在整个沉积区域1上自动运输沉积物淤积体12。如果沉积物淤积体12总是按照一个特定的模型被聚集，会导致在水体底部形成沟渠。通过模型的规律的改变来阻止这一点。

图3示出了具有蓄水设备20和布置在该蓄水设备20中的排水机构4的水库8的侵蚀区域2，其中被运输的沉积物淤积体18在通过水面上的浮子17保持的运输管道9的范围内与排水机构4间隔地布置。沉积物淤积体18在侵蚀过程中在箭头19的方向上经过排水机构4被带走。例如，在蓄水体底部11上的沉积物淤积体18的运输距离排水机构4的开口21约10m。可以增加运输管道的末端的重量。

附图标记

1   沉积区域

2   侵蚀区域

3   侵蚀边界

4   排水机构

5   吸扬式挖泥机

6   抽水蓄能水电站

7   流动的水体

8   蓄水-或蓄能空间

9   运输管道

10  控制绳索

11  水体底部

12  沉积物淤积体

13  冲刷头

14  聚集管道

15  泵单元

16  浮船

17  浮子

18  被运输的沉积物淤积体

19  箭头

20  蓄水设备

21  排水机构4的开口

Claims (13)

1.一种用于在尤其水电站的蓄水体中进行沉积物运输的方法，所述沉积物通过由于缺少流动所引起的缺少侵蚀过程的淤积形成，其特征在于，沉积物淤积体(12)在水库(8)的沉积区域(1)中被聚集并被运输到所述水库(8)的排水机构(4)附近的侵蚀区域(2)中，从而所述沉积物通过出流的水的由流动所引起的侵蚀过程被排送到流动的水体中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)通过挖泥机-或冲刷法被聚集并且在水体内部被运输到所述排水机构(4)的附近。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如下地选择有待运输的沉积物量，即，在所述排水机构(4)的区域中沉积物浓度设定在每升水10mg沉积物和每升水100g沉积物之间，优选在每升水10mg沉积物和每升水10g沉积物之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)在所述水库(8)的所述沉积区域(1)中根据确定的模型被聚集。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模型定期地改变。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)的聚集和运输自动进行。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)的聚集和运输间歇地进行。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)的聚集和运输连续地进行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述水库(8)的整个使用期内应用所述沉积物运输。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物运输在时间上仅限于在所述水库(8)的整修时应用。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)通过吸扬式挖泥机(5)聚集。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，被运输的沉积物量通过所述吸扬式挖泥机(5)的功率和/或运转持续时间调节。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积物淤积体(12)在聚集之前利用旋转犁打散。

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