CN112195869B - 一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地理环境治理岩土工程领域，具体公开了一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝及其应用。本发明通过在拦砂坝上游添加分流塔装置，装置内涡轮机滤水网和泥石流格栅能过滤分离水石，并且能利用其分离出的水进行蓄水，并利用高低势差使得该拦砂坝具有发电功能。本发明的山洪泥石流拦砂坝不仅降低了山洪泥石流的灾害，还利用拦砂坝天然高差优势，进行发电供电，使得该拦砂坝具有一定的经济用途。

Description

一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝及其应用

技术领域

本发明涉及地理环境治理岩土工程领域，具体涉及一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝及其应用。

背景技术

山洪、泥石流为一种破坏力极强自然灾害，在我国山区极为常见，给国家西部的基础设施的开发与建设带来极大阻力。拦砂坝作为一类典型的泥石流防护工程结构，具有降低沟底侵蚀、截流、水石分离和降低流体动能等多种作用，因此得到了广泛的使用。

专利CN102182163B公开了一种组装式泥石流拦砂坝及其施工方法。所述拦砂坝包括若干预制好的钢筋混凝土长方箱体纵横相连构成坝体主体，长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；坝体主体设于坝体基础之上，拦砂坝坝肩基础和坝体内侧边坡为浆砌石或混凝土填充，坝顶为浆砌石或混凝土封闭顶面。该发明充分利用长方箱体的快速组装特点，可将长方箱体在远离拦砂坝的场地预先制备，与拦砂坝坝体基础的施工同时进行，既能缩短施工周期，又能减小对拦砂坝现场周边环境的影响；利用长方箱体可直接装填沟内现存土体，从而解决施工材料大量运输的问题；与传统拦砂坝相比，可节省工程投资20-50％，节省施工期20-80％，但是其未能较好的分离泥石流中的水石，并且无其它经济用途。

对于很多季节性频发山洪泥石流的沟谷，由于流域面积较大，地下水资源丰富，存在常年性流水。考虑到山区多偏僻，经济发展落后，而山地水流本身具有丰富的能量，如能将山洪泥石流频发沟谷地区的流水重力势能为人所用，供地区经济建设和发展，在减灾的同时合理利用自然资源。

因此，亟需一种能治理山洪泥石流并且能分离其水石的拦砂坝，借用拦砂坝天然高差优势，转化自然势能，给当地发展贡献电力能源进行发电供电。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝及其应用，在治理山洪泥石流的同时能借用拦砂坝天然高差优势，将自然势能转化为电能。

本发明目的之一在于提供一种拦砂坝，其具体技术方案如下：

一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝，包括分流塔、坝肩、坝身和护底，所述坝肩位于坝身两侧，所述分流塔位于所述坝身墙体的上游，所述护底位于所述山洪泥石流拦砂坝底部，所述分流塔塔身设有涡轮机滤水网和泥石流格栅，所述坝身设有泥石流泄流口和涡轮泄流口，所述分流塔内设有发电机。

进一步的，所述坝肩直接与沟谷两侧基岩连接。

进一步的，所述分流塔还包括涡轮轴、涡轮、涡轮机进水通道和泥石流泄流通道，所述涡轮轴连接所述发电机和涡轮。

进一步的，所述涡轮机滤水网位于所述涡轮机进水通道上端，所述涡轮泄流口位于所述涡轮机进水通道下端，所述泥石流泄流通道与所述泥石流泄流口连接。

进一步的，所述泥石流泄流通道将所述泥石流格栅和所述泥石流泄流口连通，所述泥石流泄流通道位于所述泥石流格栅下方。

进一步的，所述涡轮机进水通道呈喇叭形。

进一步的，所述分流塔和所述坝身可拆卸组装。

进一步的，所述坝身顶部设有溢流槽。

本发明目的之二在于提供一种利用上述方案中的拦砂坝发电的方法，具体技术方案如下：

利用上述方案一所述的山洪泥石流拦砂坝发电的方法，具体步骤包括：

(1)选取具有高低势差且易发生泥石流灾害的沟谷；

(2)在步骤(1)所述沟谷中间安装所述山洪泥石流拦砂坝；

(3)储电装置收集所述山洪泥石流拦砂坝中分流塔中发电机发动的电能。

进一步的，所述山洪泥石流拦砂坝可设置2个以上所述分流塔。

进一步的，步骤(2)中所述山洪泥石流拦砂坝坝身与所述分流塔采用模块化预制件组装。

当泥石流直接从上游流动冲击分流塔，其涡轮机滤水网和泥石流格栅发挥作用，分离泥石流中的水石，并通过分流塔将泥石流的动能转化为电能。

本发明的有益之处在于：实现基础拦砂坝功能的同时能对泥石流进行细致分离过滤，并利用拦砂坝天然高差优势进行发电供电；坝身溢流槽防止因泥石流因流量过大对坝肩造成损毁；坝身与分流塔采用模块化预制件进行组装，可拆卸化的设计方便后续维护更换。

附图说明

图1为本发明的兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝的正面立体示意图。

图2为本发明的兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝的分流塔和坝身的截面图。

图3为本发明的兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝的背面立体示意图。

图中，1—分流塔,2—坝肩，3—坝身，11—涡轮机滤水网，12—泥石流格栅，13—发电机，14—涡轮机进水通道，15—泥石流泄流通道，16—涡轮，17—涡轮轴，31—泥石流泄流口，32—涡轮泄流口，33—溢流槽。

具体实施方式

下面通过实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的结构思路、使用范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝

一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝，如图1所示，主要分为三大组成部分，首先分流塔1功能实现的关键部分。坝肩2，坝肩2主要是用来固定坝身3，并且直接与山区沟谷两侧基岩连接，提供稳固的反力；然后坝身3起到拦截水石作用；而位于底部与地基直接接触为护底4，主要是防护拦砂坝底部的基础岩土体，防止流水或泥石流对地基造成侵蚀，坝身3、坝肩2与护底4一般均采用钢筋混凝土结构。为了加快现场施工，坝身3与分流塔1一般采用模块化预制件进行现场组装。其中坝身结构和形态设计最为关键。

分流塔1具有在空间上分流，物质上分离水石，拦挡山洪泥石流，分流塔位于坝身3墙体的上游，先于坝身3挡墙部分接触流水或泥石流，圆柱外形分流塔1将流水和泥石流分为两侧流，以及发电作用。

分流塔1内部有两个主要流通的通道，如图2所示，一个是供发电所用的涡轮机进水和排泄通道，流体的流动空间顺序为：涡轮机滤水网11(滤除粗颗粒)→涡轮机进水通道14→涡轮16→涡轮泄流口32，流体构成以水为主，可以带有少量的细颗粒固体。另一个是山洪、泥石流排泄通道，流体的流动空间顺序为：泥石流格栅12(分离水石)→泥石流泄流通道15→泥石流泄流口31，其中涡轮机进水通道14设计为上大下小的喇叭形，可增大通过水轮机的流量，减小流动过程中的阻力。泥石流格栅12主要起到拦挡大颗粒石块，实现水石分离作用，因此泥石流排泄通道允许小于设计粒径的土石通过。分流塔1的尺寸与数量根据具体需求设计，可以并排安装多个分流塔，并且每个分流塔中的泥石流格栅12与泥石流泄流口31可以设置多个。

分流塔1中涡轮机滤水网11位于上部，为了蓄水达到较高的势能。而下部的泥石流格栅12在大多数时间内处于关闭状态，便于蓄水提高水位。

坝身3顶部中间位置留有溢流槽33，溢流槽33低于分流塔1顶部。当山洪或泥石流流量过大时，保证从坝身中间溢流通过，防止对坝肩2两侧土石造成损毁，并防止对分流塔1顶部发电机13造成破坏。坝身3挡墙后部为泥石流泄流口31和涡轮泄流口32，如图3所示，泥石流泄流口31存在多个，加大对灾害的排洪效果。涡轮泄流口32位于下部，为了提高流体落差，获取更多的能量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种兼具发电功能的山洪泥石流拦砂坝，包括分流塔（1）、坝肩（2）、坝身（3）和护底（4），其特征在于，所述坝肩（2）位于坝身（3）两侧，所述分流塔（1）位于所述坝身（3）墙体的上游，所述护底（4）位于所述山洪泥石流拦砂坝底部，所述分流塔（1）塔身设有涡轮机滤水网（11）和泥石流格栅（12），所述坝身（3）设有泥石流泄流口（31）和涡轮泄流口（32），所述分流塔（1）内设有发电机（13）；所述分流塔（1）还包括涡轮机进水通道（14）、泥石流泄流通道（15）、涡轮（16）和涡轮轴（17），所述涡轮轴（17）连接所述发电机（13）和涡轮（16），所述涡轮机滤水网（11）位于所述涡轮机进水通道（14）上端，所述涡轮泄流口（32）位于所述涡轮机进水通道（14）下端，所述泥石流泄流通道（15）与所述泥石流泄流口（31）连接；所述分流塔（1）为圆柱形；

所述涡轮机进水通道（14）呈喇叭形。

2.根据权利要求1所述的山洪泥石流拦砂坝，其特征在于，所述坝肩（2）直接与沟谷两侧基岩连接。

3.根据权利要求1所述的山洪泥石流拦砂坝，其特征在于，所述分流塔（1）和所述坝身（3）可拆卸组装。

4.根据权利要求1所述的山洪泥石流拦砂坝，其特征在于，所述坝身（3）顶部设有溢流槽（33）。

5.利用权利要求1-4任一所述的山洪泥石流拦砂坝发电的方法，其特征在于，所述方法包括：

选取具有高低势差且易发生泥石流灾害的沟谷；

在步骤（1）所述沟谷中间安装所述山洪泥石流拦砂坝；

储电装置收集所述山洪泥石流拦砂坝中分流塔中发电机发动的电能。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述山洪泥石流拦砂坝设置2个以上所述分流塔。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述山洪泥石流拦砂坝坝身与所述分流塔采用模块化预制件组装。

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