CN105735211A - 有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，它包括发电厂房、消能泄水建筑物和尾水通道，所述发电厂房和尾水通道设置于所述消能泄水建筑物的两侧。本发明不会影响到工程的泄流流量、泄洪方式的可靠性及大坝的安全性，可适用于各种类型、各种规模的水利水电工程，通过使气体过饱和度情况良好的发电尾水从两边以一定角度横向汇入泄洪水流，能充分与坝身泄流水体及泄洪洞泄流水体良好混合、与下游水流平顺衔接，从而降低气体饱和度。

Description

有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构。

背景技术

国内外大坝泄洪工程经验表明，大坝泄洪时由于水流跌落到坝下的过程中伴随着剧烈的水气交换，不可避免的出现大坝水体中的溶解气体含量显著增加而产生总溶解气体过饱和现象，致使鱼类患气泡病甚至死亡，从而对鱼类等水生生物造成危害。因此，减弱大坝泄洪工程产生的气体过饱和现象对保护下游水生生物、减少工程对生态环境的影响有着重要的实际应用价值和现实意义。

研究表明，泄洪消能方式、泄流流量以及泄洪建筑物的布置是影响气体过饱和现象的重要因素。在相同泄洪流量下，泄洪洞泄洪产生的气体过饱和水平高于其它泄洪建筑物。经过水轮机的发电尾水的气体过饱和浓度不会发生明显的变化，发电尾水与坝前水体的气体饱和度差异不大，因此发电尾水的掺混作用可以降低坝下水体的气体饱和度。但目前尚未有人将发电尾水的掺混考虑在内，从而提出良好有效的能减弱气体过饱和现象的工程布置形式。

专利号201210390606.1的专利提出了一种改善气体过饱和的生态友好型二道坝，发明包括坝体，坝体的下游面为溢流面；坝项设置闸门控制溢流面上出流流量；坝体的跌坎采用连续式，同时过坝水流与下游水流平顺衔接；坝体内部设置引水道，将水垫塘内的水体通过坝体引入下游。该发明在保留现有建筑物基本功能的情况下，改变二道坝结构，同时限制二道坝坝高及水垫塘的水深，使水体饱和度在通过低水头水轮机时降低，减小下游河道水体的过饱和度。但由于该发明二道坝坝高有限、溢流面上出流最大水深不能超过5m、水垫塘深度有限，较适合中小型水利水电工程。对于具有高水头、大泄量、单宽流量大等特点的多数大型水电站并不适用。然而从工程布置形式上考虑，降低坝下水体的气体饱和度的方法可广泛运用于多种规模、多种类型的水电站，此方法将有着重要的实际运用价值。

现有水电站在考虑减小泄洪水体气体过饱和度方面，较多的从改善泄洪消能方式、泄流流量以及泄洪建筑物的布置等几大因素着手。例如采用底流消能的泄洪方式、增加机组水流流量、降低泄洪流量、设计上减少泄洪洞的布置、运行上降低泄洪洞的使用频率，以上方式均能有效的减缓泄洪引起的水体气体过饱和现象。但通常因为某些大型水电站的地形地势、大流量等相关因素，难以运用以上措施改善水体的气体过饱和度。

现有的以及在设计、建设中的水电站的工程布置在泄流水体的气体过饱和方面大多存在以下若干问题：

1、大坝在总体布置上，未考虑泄洪对气体过饱和的影响，将泄洪洞出口布置在尾水出口的下游，使得尾水水体无法与泄洪洞泄流的水体得到充分掺混，大量水体中的过饱和气体含量始终过高；

2、发电厂房单一设置、发电机组集中设置在河道一边，发电尾水仅从大坝的一侧流出，发电尾水水体不能良好被利用与泄洪水体掺混；

3、由于尾水洞或者尾水渠的布置角度的不利等原因，发电尾水与泄洪水体在坝下不能得到良好混合，使存在过饱和气体现象的大量水体未能得到改善直接泄至下游。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，用于解决水体气体过饱和的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，它包括发电厂房、消能泄水建筑物和尾水通道，所述发电厂房和尾水通道设置于所述消能泄水建筑物的两侧。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，一个尾水通道包括尾水洞和位于所述尾水洞下方的尾水渠。

根据本发明的另一个实施方案，所述尾水渠与坝下主河道在汇入口形成的角度在30°至90°之间。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，在设置有泄洪洞的情况下，所述泄洪洞的出口位于所述尾水通道的上游。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明从工程的整体布置出发，将尾水洞及其他尾水通道的工程布置考虑在内，利用发电尾水不会明显改变水体的气体饱和度的特性优化工程布置方案，使之与泄洪水体充分掺混，从而降低坝下泄流水体的气体过饱和度；本发明不会影响到工程的泄流流量、泄洪方式的可靠性及大坝的安全性，可适用于各种类型、各种规模的水利水电工程，通过使气体过饱和度情况良好的发电尾水从两边以一定角度横向汇入泄洪水流，能充分与坝身泄流水体及泄洪洞泄流水体良好混合、与下游水流平顺衔接，从而降低了水体气体的过饱和度。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的水利水电工程布置结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－发电厂房，2－消能泄水建筑物，3－尾水通道，4－尾水洞。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，其包括将消能泄水建筑物2安排在中间，左右两岸分别设置发电厂房1，尾水洞4或者其他尾水通道3分置在坝体两边；有泄洪洞的工程将泄洪洞分布在左右两岸，且泄洪洞出口布置在尾水出口上游，使经过泄洪洞排泄的水体能与发电尾水发生良好掺混。

发电尾水汇入泄洪水流时，利用尾水洞4或者尾水渠6的布置角度使之与坝下主河道6以及泄洪水流方向存在合适夹角使发电尾水流出时有合适的横向流速从而能与泄洪水体充分掺混。尾水洞4与坝下主河道6在汇入口形成的角度、尾水渠的外侧边与坝下主河道6在汇入口形成的角度在30°至90°之间。

本发明从水电站的总工程布置角度出发，对各相关建筑物的设计影响较小，且不会影响泄流量的大小及大坝的安全可靠性，有极高的实际运用价值。坝体泄洪孔两边设置发电厂房1、发电机组，经流发电机组的发电尾水从坝体两边出流；同时尾水与河道的汇入口设置在泄洪洞的孔口上游，使通过泄洪洞的泄洪水体与坝身泄洪水体均能与发电尾水充分掺混；且发电尾水在汇入泄洪水流时与主河道以及泄洪水流方向存在合适的夹角，使排放出的发电尾水存在横向流速从而两边的发电尾水与河道中的泄洪水体能良好接触、掺混。通过以上工程布置方式，充分的运用气体饱和情况较好的发电尾水，使之与泄洪水体良好掺混降低坝下水体的气体饱和度。

根据本发明提出的汇入角度边界条件的设置，经过模拟计算若干工况发现，尾水汇入角度对泄洪生成的过饱和气体掺混稀释作用显著，使得在近坝区的过饱和气体分布呈现明显不同。具体工况计算结果如下：

考虑到尾水与泄洪水流以不同角度交汇将对掺混效果以及对混合段长度和宽度产生影响，则拟定了右岸尾水以90°、60°和0°与泄洪水流交汇，如表1所示：

表1泄洪水流的不同汇入角度

	工况一	工况二	工况三
				右岸发电尾水通道汇入角度	60°	90°	0°
左岸导墙角度	30°	30°	30°

在电站尾水出水角度为60°时(工况一)，在两侧尾水的掺混下，于坝下5.3km横断面气体饱和度接近均匀，断面气体饱和度为118％。气体饱和度低于120％的断面距离坝下约1.8km。

在保持左侧导墙角度，改变右岸发电尾水入水角为与泄洪水流垂直条件下(工况二)，于坝下6.0km横断面气体饱和度接近均匀，横断面气体饱和度为118％。横断面气体饱和度低于120％的断面距离坝下约1.2km。

在保持左侧导墙角度，改变右岸发电尾水入水角为与泄洪水流平行条件下(工况三)，于坝下4.6km横断面气体饱和度接近均匀，横断面气体饱和度为118％。横断面气体饱和度低于120％的断面距离坝下约2.3km。

计算报告对单侧发电尾水不同汇入角度的三种工况(0°、60°、90°)进行了模拟分析。分析对比发现，汇入角度对泄洪生成的过饱和气体掺混稀释作用显著。角度越大，气体饱和度低于120％的断面距离坝下越近；但增加至90°时由于发电尾水的顶托作用使得分布带偏左侧，达到混合均匀的河道长度反而略长于60°角，故建议汇入角度为60°。受工程实施条件的影响，建议发电尾水的汇入角度介于30°至90°之间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (4)

1.一种有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，其特征在于它包括发电厂房(1)、消能泄水建筑物(2)和尾水通道(3)，所述发电厂房(1)和尾水通道(3)设置于所述消能泄水建筑物(2)的两侧。

2.根据权利要求1所述的有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，其特征在于一个尾水通道(3)包括尾水洞(4)和位于所述尾水洞(4)下方的尾水渠(5)。

3.根据权利要求1所述的有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，其特征在于所述尾水渠(5)与坝下主河道(6)在汇入口形成的角度在30°至90°之间。

4.根据权利要求1所述的有利于降低水体气体过饱和的水利水电工程布置结构，其特征在于在设置有泄洪洞的情况下，所述泄洪洞的出口位于所述尾水通道(3)的上游。