CN109989382B - 一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法 - Google Patents

一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多沙河流大中型水库汛期调度方法，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00。本发明的多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法，通过在水库中修建“汛期蓄水排沙分离系统”，将单一库区分隔成蓄水区、排沙区和调节区，三者通过橡胶坝组群连通。蓄水区长期存蓄清水，排沙区降水冲刷时可保证蓄水区仍储有一定量的备用水资源；利用调节区，可以方便、灵活地将调用蓄水区或排沙区的清水进行发电，防止排沙区含粗沙水流对电站的损害。本发明的调度方法，解决了大中型水库蓄水兴利与泄洪排沙二者之间的矛盾，且不影响水库汛期整体防洪运用。

Description

一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法
技术领域
本发明涉及一种多沙河流大中型水库汛期调度方法，特别涉及一种用于解决汛期降水排沙导致后汛期蓄水不足问题的水库调度方法，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00。
背景技术
我国大中型水库数目多，分布范围广，在发电、灌溉、供水和防洪等方面发挥着巨大的作用。然而随着时间的推移，很多多沙河流大中型水库由于严重泥沙淤积导致兴利库容减小，蓄水兴利能力减弱，造成雨洪资源无法有效利用。若采用机械清淤技术手段将已经淤积在库内的泥沙全部排出，不但费用高，而且历时长。目前，大中型水库主要通过汛期低水位运行或空库迎汛的方式利用汛期洪水排沙减淤。汛期降低水位运行，虽然有利于水库排沙，但是却影响了库区后汛期蓄水，进而影响水库功能的发挥，从而诱发了大中型水库泄洪排沙与库区蓄水二者之间的矛盾。同时，由于靠近电站进水口处往往淤积大量粗颗粒泥沙，发电引水时，这部分淤积泥沙进入水电站，对水轮机磨蚀严重。目前，多沙河流大中型水库还没有通过在坝前库区内修建蓄水区长期存蓄清水，调节区调节电站引水，同时排沙区降水排沙修复库容的先例。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足，提供了一种实施方便、成本较低、安全性高的汛期蓄水排沙分离调度方法，可有效减少库区泥沙淤积的同时，显著增加多沙河流大中型水库的有效库容，提高水库后汛期蓄水，有助于水库功能的发挥。本发明的技术解决方案是：
一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法，包括：设置蓄水排沙分离系统，所述蓄水排沙分离系统包括大坝和位于水库库区内的挡水坝，所述大坝上设有电站进水口和泄洪排沙建筑物；所述大坝与所述挡水坝将水库库区分隔成三部分：由所述大坝与所述挡水坝围成的不包含所述电站进水口和泄洪排沙建筑物在内的封闭式库区为蓄水区；由所述大坝与所述挡水坝围成的包含所述电站进水口在内的封闭式库区为调节区；其余水库库区为排沙区，所述大坝的泄洪排沙建筑物位于所述排沙区内。
在所述调节区周围的三条挡水坝上各设有一道橡胶坝，分别为橡胶坝A、橡胶坝B和橡胶坝C；在所述蓄水区与所述排沙区之间的挡水坝上设有三道橡胶坝，分别为橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F。
当所述蓄水区水位较低，需要蓄水时，将所述橡胶坝A的坝袋充气或充水，使其高度升高至正常蓄水位，然后，将所述橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F坝袋排气或排水，使其坝顶高度降至低于上游来水水位，上游来水进入所述蓄水区；当所述蓄水区的水位升高至正常蓄水位时，将所述橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F的坝袋高度升高至正常蓄水位。
汛前降水时，使所述橡胶坝A、橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F的坝袋高度位于正常蓄水位，将所述橡胶坝B和橡胶坝C的坝袋排气或排水，使所述调节区与所述排沙区连通，使排沙区内的上层清水进入调节区，并通过电站进水口排出，在降水的同时发电。
汛期泄洪拉沙时，所述橡胶坝A、橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F的坝袋高度位于正常蓄水位，以保证所述蓄水区存蓄的清水位于正常蓄水位。将所述橡胶坝B和橡胶坝C的坝袋高度充气或充水，使其高度升高，将所述调节区与所述排沙区隔绝；打开所述泄洪排沙建筑物闸门，通过所述泄洪排沙建筑物进行泄洪排沙，减少所述排沙区的泥沙淤积，使淤损库容得到恢复。
当上游预报发生大洪水时，将所述橡胶坝A、橡胶坝B、橡胶坝C、橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F的坝袋全部排气或排水，使其高度降低至最低高程，打开所述泄洪排沙建筑物闸门，所述蓄水区、所述调节区和所述排沙区连通，一起参与防洪调度。
本发明的多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离系统，具有以下几项发明点：
(1)“汛期蓄水排沙分离系统”的修建使传统单一库区被分隔成蓄水区、排沙区和调节区，三者通过橡胶坝组群进行连通；蓄水区长期存蓄清水，排沙区降水冲刷时可保证蓄水区仍储有一定量的备用水资源，即减少了单一库区整体水位降低造成大量水资源的浪费，又对降水后上游来水减少提供了备用水源。调节区可以方便、灵活地将调用蓄水区或排沙区的清水进行发电，一劳永逸地防止排沙区含粗沙水流对电站的损害。“汛期蓄水排沙分离系统”系统解决了大中型水库蓄水兴利与泄洪排沙二者之间的矛盾，且不影响水库汛期整体防洪运用。
(2)汛期泄洪时，开启泄洪排沙建筑物闸门，排沙区洪水拉沙，泥沙淤积体通过泄洪排沙建筑物排出库区，排沙区有效库容逐年增加；蓄水区由于主要存蓄清水，泥沙淤积较少，可通过人工清淤方法排出；“汛期蓄水排沙分离系统”修造方便，经济实用，解决了多沙河流大中型水库整体清淤费用高、历时长的难题。
(3)汛期过后，传统单一库区整体水位较低，将影响发电、灌溉等功能的充分发挥；修建“汛期蓄水排沙分离系统”后，通过调整调节区的橡胶坝高度，电站可从蓄水区直接引用存蓄的清水发电，并向下游供水灌溉，同时防止粗沙过机。通过调节区的巧妙设计，在排沙区水位高、含沙量低、水体满足过机要求时，电站优先从排沙区引水发电。
(4)在坝前库区设计“汛期蓄水排沙分离系统”，显著降低了工程施工对地形条件的依赖性，施工更加安全便捷，同时减少坝前泥沙淤积对电站引水、城市供水的影响；采用橡胶坝组群连通蓄水区、排沙区和调节区，经济实用，操控效率高。
本发明的技术方案在保证有效恢复淤损水库库容的同时，防止粗沙过机，维护电站机组安全性能，显著提高了库区水资源的利用率，且原理简单、操作方便、安全可靠、经济实用，对多沙河流大中型水库蓄水减淤具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明采用的“汛期蓄水排沙分离系统”平面布置图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图1的C-C剖视图(橡胶坝坝袋充气或充水状态)；
图5是图1的C-C剖视图(橡胶坝坝袋排气或排水状态)；
图6是本发明采用的橡胶坝在充气或充水状态下的纵断面图；
图7是本发明采用的橡胶坝在排气或排水状态下的纵断面图。
其中，1为大坝，2为电站进水口，3为泄洪排沙建筑物，4为泄洪排沙建筑物闸门，5为挡水坝，6为混凝土连接桩，7为橡胶坝坝袋，8为混凝土连接柱，9为锚固装置，10为蓄水区，11为橡胶坝A，12为橡胶坝B，13为橡胶坝C，14为橡胶坝D，15为橡胶坝E，16为橡胶坝F，17为排沙区，18为调节区。
具体实施方式
以下结合附图详述本发明。
一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离方法，首先，设置汛期蓄水排沙分离系统，所述汛期蓄水排沙分离系统包括大坝1和位于水库库区内的挡水坝5，所述大坝1上设有电站进水口2和泄洪排沙建筑物3，在所述泄洪排沙建筑物3上设有泄洪排沙建筑物闸门4。所述大坝1与所述挡水坝5将水库库区分隔成三部分：由所述大坝1与所述挡水坝5围成的不包含所述电站进水口2和泄洪排沙建筑物3在内的封闭式库区为蓄水区10；由所述大坝1与所述挡水坝5围成的包含所述电站进水口2在内的封闭式库区为调节区18；其余水库库区为排沙区17，所述大坝1的泄洪排沙建筑物3位于所述排沙区17内。
所述挡水坝5的坝顶高程与所述大坝1的正常蓄水位相同，不同布置方向的所述挡水坝5在拐角连接处修建混凝土连接柱8。所述挡水坝5上设有多处橡胶坝，所述橡胶坝的橡胶坝坝袋7通过锚固装置9锚固安装在所述挡水坝5顶部，所述橡胶坝坝袋7之间以及与相邻所述挡水坝5之间设置混凝土连接桩6，以达到稳固所述橡胶坝坝袋7的作用。在所述挡水坝5设置橡胶坝坝袋7的地方，挡水坝5的坝顶高程低于挡水坝5其他部位的高程，使所述橡胶坝坝袋7充气或充水后的顶部高程与所述大坝1的正常蓄水位相同。所述混凝土连接桩6、所述橡胶坝坝袋7安装高程、所述混凝土连接柱8以及所述蓄水区10的位置及规模，根据所述大坝1的特征水位、上游水沙条件及库区地质条件等情况，本领域专业技术人员根据实际需求和设计规范可以计算得到，属于现有技术，本发明不再赘述。
本实施方式中，在所述调节区18周围的三条挡水坝5上各设有一道橡胶坝，分别为橡胶坝A 11、橡胶坝B 12和橡胶坝C 13；在所述蓄水区10与所述排沙区17之间的挡水坝5上设有三道橡胶坝，分别为橡胶坝D 14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16。所述电站进水口2通过所述调节区18可选择从所述蓄水区10或所述排沙区17引水发电。将所述橡胶坝A 11的坝袋充气或充水，使其高度升高，所述蓄水区10与所述调节区18隔绝；此时，将所述橡胶坝B 12和所述橡胶坝C 13的坝袋排气或排水，使其高度降低，所述电站进水口2可直接从所述排沙区17引水发电。
将所述橡胶坝A 11的坝袋排气或排水，使其高度降低，将所述橡胶坝B 12和所述橡胶坝C 13的坝袋充气或充水，使其高度升高，所述蓄水区10与所述调节区18连通，所述电站进水口2可直接从所述蓄水区10引水发电。所述橡胶坝A 11、橡胶坝B 12和橡胶坝C 13的位置与长度可根据所述电站进水口2的位置和所述蓄水区10的规模等确定，此处不再赘述。所述大坝1的泄洪排沙建筑物3不包含在所述蓄水区10和所述调节区18内，全部位于所述排沙区17内。
本发明的橡胶坝A、橡胶坝B、橡胶坝C、橡胶坝D、橡胶坝E和橡胶坝F都是同一类型的橡胶坝，其中的编号A～F仅仅表示其位置的不同。
橡胶坝的设置数量和规格大小，并不限于本发明具体实施方式中所列的情形，由本领域技术人员可以根据实际来水量、蓄水量等具体调节要求，利用现有技术确定。
本发明的多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离方法的具体运行方式为：当所述蓄水区10水位较低，需要蓄水时，将所述橡胶坝A 11的坝袋充气或充水，使其高度升高至正常蓄水位，然后，将所述橡胶坝D 14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16坝袋排气或排水，使其坝顶高度降至低于上游来水量水位，所述橡胶坝D 14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16的坝袋高度以上的上游来水进入所述蓄水区10，根据泥沙沿水深分布规律可知，进入所述蓄水区10的来水为含沙率较低的清水。当所述蓄水区10的水位逐渐升高至正常蓄水位时，将所述橡胶坝D14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16的坝袋高度也随之逐渐升高至正常蓄水位，以保证在上游来水减少时，所述蓄水区10存蓄的清水水位依然保持在正常蓄水位。
汛前降水时，所述蓄水区10中所述橡胶坝A 11、橡胶坝D 14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16的坝袋高度位于正常蓄水位，以保证所述蓄水区10存蓄的清水位于正常蓄水位。将所述橡胶坝B 12和橡胶坝C 13的坝袋排气或排水，使其高度降低，所述调节区18与所述排沙区17连通，使排沙区17内的上层清水进入调节区18，并通过电站进水口2排出，在降水的同时发电。
汛期泄洪拉沙时，所述蓄水区10中所述橡胶坝A 11、橡胶坝D 14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16的坝袋高度位于正常蓄水位，以保证所述蓄水区10存蓄的清水位于正常蓄水位。此时，由于所述排沙区17多为浑水，为防止大量泥沙过机，因此将所述橡胶坝B 12和橡胶坝C 13的坝袋高度充气或充水，使其高度升高至最高高程，所述调节区18与所述排沙区17隔绝，所述电站引水口2不再从所述排沙区17引水。打开所述泄洪排沙建筑物闸门4，通过所述泄洪排沙建筑物3进行泄水排沙，以减少所述排沙区17的泥沙淤积，淤损库容得到恢复。
当上游预报发生大洪水时，将所述橡胶坝A 11、橡胶坝B 12、橡胶坝C 13、橡胶坝D14、橡胶坝E 15和橡胶坝F 16的坝袋全部排气或排水，使其高度降低至最低高程，打开所述泄洪排沙建筑物闸门4，所述蓄水区10、所述调节区18和所述排沙区17一起参与防洪调度。
当水库承担发电、下游灌溉等用水任务时，若所述排沙区17的水位高程和泥沙含量均满足过机要求，将所述调节区18与所述蓄水区10隔绝，将所述调节区18与所述排沙区17连通，所述电站进水口2从所述排沙区17引水；若所述排沙区17的水位高程低，或泥沙含量不满足过机要求，则将所述橡胶坝B 12和橡胶坝C 13的坝袋充气或充水，使其高度升高至最高高程，使所述调节区18与所述排沙区17隔绝；对所述橡胶坝A 11的坝袋进行排气或排水，使其高度降低至根据用水任务计算而得的水位，使所述调节区18与所述蓄水区10连通。所述蓄水区10中蓄存的清水通过所述橡胶坝A 11进入所述电站进水口2，完成发电或/和调水任务。
本发明在保证减少库区泥沙淤积的情况下，通过建立“汛期蓄水排沙分离系统”解决了多沙河流大中型水库库区蓄水兴利与泄洪排沙之间的矛盾，以及库区整体清淤费用高、历时长的难题。在恢复淤损库容的同时，防止粗沙过机，显著提高了库区水资源的利用率，且原理简单、操作方便、安全可靠、经济实用，对多沙河流大中型水库蓄水减淤具有较高的实用价值。

Claims (1)

1.一种多沙河流大中型水库汛期蓄水排沙分离调度方法，其特征在于，包括：设置蓄水排沙分离系统，所述蓄水排沙分离系统包括大坝(1)和位于水库库区内的挡水坝(5)，所述大坝(1)上设有电站进水口(2)和泄洪排沙建筑物(3)；所述大坝(1)与所述挡水坝(5)将水库库区分隔成三部分：由所述大坝(1)与所述挡水坝(5)围成的不包含所述电站进水口(2)和泄洪排沙建筑物(3)在内的封闭式库区为蓄水区(10)；由所述大坝(1)与所述挡水坝(5)围成的包含所述电站进水口(2)在内的封闭式库区为调节区(18)；其余水库库区为排沙区(17)，所述大坝(1)的泄洪排沙建筑物(3)位于所述排沙区(17)内；
在所述调节区(18)周围的三条挡水坝(5)上各设有一道橡胶坝，分别为橡胶坝A(11)、橡胶坝B(12)和橡胶坝C(13)；在所述蓄水区(10)与所述排沙区(17)之间的挡水坝(5)上设有三道橡胶坝，分别为橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)；
当所述蓄水区(10)水位较低，需要蓄水时，将所述橡胶坝A(11)的坝袋充气或充水，使其高度升高至正常蓄水位，然后，将所述橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)坝袋排气或排水，使其坝顶高度降至低于上游来水水位，上游来水进入所述蓄水区(10)；当所述蓄水区(10)的水位升高至正常蓄水位时，将所述橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)的坝袋高度升高至正常蓄水位；
汛前降水时，使所述橡胶坝A(11)、橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)的坝袋高度位于正常蓄水位，将所述橡胶坝B(12)和橡胶坝C(13)的坝袋排气或排水，使所述调节区(18)与所述排沙区(17)连通，使排沙区(17)内的上层清水进入调节区(18)，并通过电站进水口(2)排出，在降水的同时发电；
汛期泄洪拉沙时，所述橡胶坝A(11)、橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)的坝袋高度位于正常蓄水位，以保证所述蓄水区(10)存蓄的清水位于正常蓄水位；将所述橡胶坝B(12)和橡胶坝C(13)的坝袋高度充气或充水，使其高度升高，将所述调节区(18)与所述排沙区(17)隔绝；打开所述泄洪排沙建筑物闸门(4)，通过所述泄洪排沙建筑物(3)进行泄洪排沙，减少所述排沙区(17)的泥沙淤积，使淤损库容得到恢复；
当上游预报发生大洪水时，将所述橡胶坝A(11)、橡胶坝B(12)、橡胶坝C(13)、橡胶坝D(14)、橡胶坝E(15)和橡胶坝F(16)的坝袋全部排气或排水，使其高度降低至最低高程，打开所述泄洪排沙建筑物闸门(4)，所述蓄水区(10)、所述调节区(18)和所述排沙区(17)连通，一起参与防洪调度。
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