CN114134865B - 一种取水分流用排水洞结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取水分流用排水洞结构，包括取水槽、壅水堰、拦水坎、排水洞主洞和与排水洞主洞相连通的取水岔洞；取水槽上游端部封闭，沿着排水洞主洞边墙设置，且由排水洞主洞延深至取水岔洞；壅水堰沿着排水洞主洞洞宽方向设置，且处于取水槽上游端部与取水岔洞进口之间；拦水坎设置在取水岔洞入口底部上。由于取水分流用排水洞结构中设置了壅水堰、拦水坎和取水槽，使得取水岔洞内水质优良且充足、水流位能大，将取水岔洞与生产生活区取水设施相连，降低了生产生活区取水成本和周期以及后期运维费用，可大大简化净水工艺，方便管理；取水岔洞可提高排水洞主洞的泄流能力、规避了大流量从排水洞主洞单一通道排导后冲刷边坡的风险。

Description

一种取水分流用排水洞结构

技术领域

本发明涉及一种取水分流用排水洞结构，属于工程技术领域，主要适用于高原地区水电水利工程大型冲沟沟水治理及生产生活取水用水。

背景技术

在青藏高原水电水利工程建设中，枢纽工程布置于高山峡谷地区，可供利用的平缓坡地、台地少，工程生产、生活区设置分散，江边发育的大型冲沟常被利用为弃渣场所、施工场地等。这种大型冲沟源头高、汇水面积大、水质优良、沟水治理标准高，通常采用在沟道上游布设挡水坝、排水洞的沟水治理方式，挡水坝下游沟道用于填筑工程开挖弃渣和施工场地。排水洞出口一般设置在临江岸坡上，远远高于江面，出口水流流量大、流速高，对边坡岩体条件要求高。而工程分散的用水往往从江河中通过工程措施抽取、增压、净化后提升至高处的生产、生活区域，不经济且不便于管理。针对大型冲沟沟水治理的特点以及工程生产、生活用水的需要，需设计一种既可取水、又可分流的排水洞结构。

中国发明专利授权公告号CN105369784B公开了一种沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法，特别是一种应用于高山峡谷地区支流沟谷沟水处理领域的沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法。提供了一种可靠性高，方便对设施进行检修的沟水处理排水洞结构。包括主排水洞、分流洞和旋流竖井消能结构，还包括高出水口和低出水口，还提供了一种可靠性高，可以长时间运行，方便检修的沟水处理排水方法，包括以下几个步骤：a、判断排水期情况；b、若排水期处于汛期则旋流竖井消能结构从低出水口排出，若排水期处于枯水期则分流洞高出水口排出。所设置的分流洞出水口满足枯期的沟水引排，避免了旋流竖井消能结构长时间作为唯一的排水通道，减小了工程风险。但是，该分流洞仅用于分流不能实现取水功能。

发明内容

本发明旨在提供一种取水分流用排水洞结构，该排水洞结构既可以将水电水利工程建设中的沟水治理工程与生产生活取水工程相结合，又可以增加冲沟排水洞的安全性和过流能力。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种取水分流用排水洞结构，包括排水洞主洞和与排水洞主洞相连通的取水岔洞，其结构特点是：还包括取水槽、壅水堰和拦水坎；所述取水槽上游端部封闭，设置在所述排水洞主洞底部上，沿着所述排水洞主洞边墙设置，且由所述排水洞主洞内延深至所述取水岔洞内；所述壅水堰设置在所述排水洞主洞底部上，沿着所述排水洞主洞洞宽方向设置，且处于所述取水槽上游端部与所述取水岔洞进口之间；所述拦水坎设置在所述取水岔洞入口底部上；所述壅水堰高度为h_e，所述取水槽高度为h_g，所述拦水坎高度为h_f，所述取水岔洞入口处底部与所述取水岔洞入口处排水洞主洞底部高差为h_d，所述取水岔洞入口处排水洞主洞内设计水深为h_c，需满足，h_e＞h_g＞h_d+h_f，h_d+h_f＜h_c，h_d＞0。

在沟道上游或山体内布设排水洞主洞，将水流引入到排水洞主洞内。当排水洞主洞进口处水流流量较小时，水流在壅水堰前壅高后进入取水槽内，水流通过取水槽流至取水岔洞内，取水岔洞内的水流引入后可自流到低处的生产生活区。而当排水洞主洞进口处水流流量较大时，水流还可翻过拦水坎进入取水岔洞内，利用取水岔洞的分流提高排水主洞的泄流能力、规避了大流量从单一通道排导后冲刷边坡的风险。排水洞主洞内的水源大部分为冰雪融水、降雨或山体地下水，由于水源位置高、人迹罕至，几乎无污染，所以水质优良且充足。同时，由于取水岔洞内的水可以全程自流至生产生活区，不需要采取多级供水泵站分级加压的取水方式，减少了取水设备设施安装、管道敷设等，降低了运维频次，提高了供水的保证率。

所述取水岔洞入口处底部高度高于所述取水岔洞入口处排水主洞底部高度，即h_d＞0，可确保水流主要通过排水洞主洞下泄，强化取水岔洞的取水功能，而非排水功能。壅水堰的设置确保了排水洞主洞内水流流量较小时，水位壅高后，依然有水流进入取水槽，提高了取水的保证率和可靠性。壅水堰高度h_e设计是取水分流用排水洞结构设计关键点之一，需满足h_e＞h_g。当壅水堰高度过高，则通过取水槽进入取水岔洞的水流过多，排水洞主洞分流相应减少，弱化了排水洞主洞的排水功能，也增大了取水岔洞的分流风险；壅水堰高度过低，则在水流较小时，无水或仅有少量水进入取水槽，取水效果不佳。拦水坎高度h_f设计是取水分流用排水洞结构设计另一个关键点，需满足h_g＞h_d+h_f以及h_d+h_f＜h_c。高度合适的拦水坎，在进入取水岔洞水流过多时，水流可以翻过拦水坎重新回到排水洞主洞；在进入取水岔洞水流较少时，拦水坎阻止水流从取水岔洞返回到排水主洞，有效保证取水稳定性；同时在遇到洪水洪峰状况时，水流可以翻过拦水坎从取水岔洞分流。所述取水岔洞入口处排水主洞内设计水深h_c是当排水洞主洞内水流量为洪水洪峰流量时取水岔洞入口处排水洞主洞内水深。根据所述取水岔洞入口处排水洞主洞内设计水深h_c可确定所述拦水坎高度h_f和所述取水岔洞入口处底部与所述取水岔洞入口处排水洞主洞底部高差h_d，然后可确定取水槽高度h_g，最后确定壅水堰高度h_e。

具体的，所述排水洞主洞内水流按照无压流缓坡隧洞自由出流设计，所述h_c可依据均匀流公式

以及宽顶堰自由出流公式

联合求解得出，其中水流量Q为洪水洪峰状态下的水流流量。当所述排水洞主洞内水流为无压流缓坡隧洞自由出流时，所述取水岔洞入口处排水洞主洞内设计水深h_c在数值上等于排水洞主洞进洞口断面水深h_c＇。依据水文资料查得的多年一遇的洪水洪峰流量状态下的水流流量Q，采用《水力计算手册》((第二版)(中国水利水电出版社)第321页—322页)中均匀流公式：

以及宽顶堰自由出流公式：

联合求解，运用试算法可计算出排水洞主洞进洞口断面水深h_c＇。

优选的，所述排水洞主洞内的取水槽顶部设有格栅，所述格栅设置在所述取水槽入口处。格栅可以对进入到取水槽内的水进行初步过滤，同时也可以防止排水洞主洞内水中大颗粒杂质进入到取水槽中堵塞取水槽。

具体的，所述格栅的设置长度大于或等于所述取水槽入口端部与所述壅水堰之间沿长度方向的距离。

具体的，所述排水洞主洞内的取水槽顶部还设有盖板，所述盖板紧邻所述格栅设置，所述格栅和盖板的设置长度大于或等于所述取水槽端部与所述壅水堰之间沿长度方向的距离。

优选的，所述取水岔洞的出口处设有蓄水池，所述蓄水池的设置高度低于所述取水岔洞出口处底部高度。取水岔洞内的水自流到蓄水池中，可以将水源进行存储以及初步沉淀，便于后续引入到生活生产区的取水设施内。

具体的，所述蓄水池上设有取水管和排淤管，所述取水管的设置高度高于排淤管的设置高度，所述排淤管上设有阀门。取水管可作为从蓄水池引水至外部的通道，排淤管可将蓄水池内的淤泥排出，便于定期对蓄水池进行清理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于取水分流用排水洞结构中设置了壅水堰、拦水坎和取水槽，使得取水岔洞内水质优良且充足、水流位能大，将取水岔洞与生产生活区取水设施相连，降低了生产生活区取水成本和周期以及后期运维费用，可大大简化净水工艺，方便管理。

2、取水岔洞可提高排水洞主洞的泄流能力、规避了大流量从排水洞主洞单一通道排导后冲刷边坡的风险。

附图说明

图1是本发明的一种取水分流用排水洞结构的整体平面图；

图2是图1中排水洞主洞和取水岔洞的局部放大图；

图3是图1中排水洞主洞纵坡面图；

图4是图1中取水岔洞纵坡面图。

在图中，1-排水洞主洞；2-取水岔洞；3-取水槽；4-壅水堰；5-拦水坎；6-蓄水池；7-取水管；8-排淤管；9-格栅；10-盖板。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种取水分流用排水洞结构，如图1所示，排水洞主洞1是一条长度2160m的隧洞，底板纵坡0.48％，采用钢筋混凝土衬砌。取水岔洞2是一条从排水洞主洞1接驳、长度170m的隧洞，底板纵坡2.6％，采用钢筋混凝土衬砌。所述排水洞主洞1底板上设有取水槽3和壅水堰4，所述取水岔洞2的入口处设有拦水坎5。所述取水岔洞2的末端与蓄水池6相连，蓄水池6尾部设置一根取水管7、一根排淤管8。

所述排水洞主洞1内水流按照无压流缓坡隧洞自由出流设计，依据均匀流公式

以及宽顶堰自由出流公式

联合求解，运用试算法，可得出部分水流流量下所述取水岔洞2入口处排水洞主洞1内设计水深h_c，具体如下表所示：

序号	h<sub>c</sub>(m)	Q(m<sup>3</sup>/s)
			1	0.532	7.09
2	1.058	20.05
			3	1.616	36.83
4	2.209	56.70
			5	2.840	79.24
6	3.169	91.41

经过对水文资料分析，以上游来流量为2年一遇洪水洪峰流量约20m³/s为限，查上表可得，所述取水岔洞2入口处排水洞主洞1内设计水深h_c为1.058m。取所述取水岔洞2入口处底部与所述取水岔洞2入口处排水洞主洞1底部高差h_d为0.6m，所述拦水坎5高度为0.2m，所述取水槽3高度为0.9m，所述壅水堰4高度为1m。

如图2所示，所述取水槽3上游端部封闭，设置在所述排水主洞1底板上，沿着所述排水洞主洞1边墙设置，且由所述排水洞主洞1内延深至所述取水岔洞2内。所述取水槽3是长55m、宽0.6m、端头及两侧边墙厚度0.1m的槽渠，由钢筋混凝土砌筑而成。在所述排水洞主洞1内，所述取水槽3的高度为0.9m；在所述取水岔洞2内，所述取水槽3的高度为0.3m。所述取水槽3顶部前10m长度范围内覆盖格栅9，中部25m长度范围内顶部覆盖盖板10，尾部20m长度范围内顶部无盖板。所述格栅9是1m×0.7m×0.025m(长×宽×高)不锈钢盖板，不锈钢栅条宽度10mm、间距15mm，采用螺栓把10片进水格栅固定在所述取水槽3顶部。所述盖板10是砼盖板，为1m×0.7m×0.05m(长×宽×高)素混凝土板。所述壅水堰4是设置在所述排水洞主洞1底板上的混凝土低堰，设置在所述取水槽3上游端部与所述取水岔洞2进口之间。所述壅水堰4的堰高1m，堰顶宽度0.2m，堰顶长度4.2m，上、下游坡比1:5。所述拦水坎5是布置在取水岔洞2底板上入口处的混凝土坎，沿所述取水岔洞2宽度方向设置。如图4所示，所述拦水坎5的纵向剖面为梯形断面，坎高0.2m，坎顶宽0.1m。所述拦水坎5在所述排水洞主洞1侧为直立坡，在所述取水岔洞2侧的坡比1:0.5。

如图3所示，所述取水岔洞2的净断面为3m×3m(宽×高)城门洞型隧洞，顶拱为圆弧、中心角120°、半径1.732m。所述取水岔洞2入口底板高度与所述取水岔洞2入口处排水洞主洞1底板高度高差h_d为0.6m，所述取水槽3高度h_g为0.9m，所述壅水堰4高度h_e为1.0m，所述拦水坎5高度h_f为0.2m。如图4所示，所述排水洞主洞1是净断面为5m×6m(宽×高)城门洞型隧洞，顶拱为圆弧、中心角120°、半径2.887m。所述蓄水池6是布置在所述取水岔洞2末端的50m×3m×3m(长×宽×高)的水池。所述取水管7是内径450mm、壁厚6mm端部为L型的钢管，引水自流至生产生活区水厂，取水管7安装高程高于蓄水池6底板0.8m。所述排淤管8是内径400mm、壁厚6mm的钢管，装有1个蝶阀，安装高程与蓄水池6底板平齐。

本实施例的具体实施方式如下：(1)排水洞主洞1进口水流量较小时，水流在壅水堰4前壅高后翻过壅水堰4流向排水洞主洞1出口，在出口边坡上分散、消能后流入江中；壅水堰4前壅高水流通过进水格栅9进入取水槽3，流至取水岔洞2。取水岔洞2内的水流被拦水坎5拦挡，流向蓄水池6，再通过取水管7自流至低处的生产生活区水厂。(2)排水洞主洞1进口水流量较大时，水流在壅水堰4前壅高后翻过壅水堰4，部分水流流向排水洞主洞1出口、在排水洞主洞1出口边坡上分散和消能后流入江中；部分水流翻过拦水坎5流至取水岔洞2内；壅水堰4前壅高水流通过进水格栅9进入取水槽3，流至取水岔洞2。取水岔洞2内的水流流向蓄水池6，再通过取水管7自流至低处的生产生活区水厂；蓄水池6漫溢，在边坡上分散和消能后流入江中。(3)从取水岔洞2出口的检修道路，定期对蓄水排砂池6进行淤积检查，打开排淤管8蝶阀排淤。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种取水分流用排水洞结构，包括排水洞主洞(1)和与排水洞主洞(1)相连通的取水岔洞(2)，其特征在于：还包括取水槽(3)、壅水堰(4)和拦水坎(5)；

所述取水槽(3)上游端部封闭，设置在所述排水洞主洞(1)底部上，沿着所述排水洞主洞(1)边墙设置，且由所述排水洞主洞(1)内延深至所述取水岔洞(2)内；

所述壅水堰(4)设置在所述排水洞主洞(1)底部上，沿着所述排水洞主洞(1)洞宽方向设置，且处于所述取水槽(3)上游端部与所述取水岔洞(2)进口之间；

所述拦水坎(5)设置在所述取水岔洞(2)入口底部上；

所述壅水堰(4)高度为h_e,所述取水槽(3)高度为h_g,所述拦水坎(5)高度为h_f,所述取水岔洞(2)入口处底部与所述取水岔洞(2)入口处排水洞主洞(1)底部高差为h_d,所述取水岔洞(2)入口处排水洞主洞(1)内设计水深为h_c,

需满足，h_e＞h_g＞h_d+h_f，h_d+h_f＜h_c,h_d＞0。

2.根据权利要求1所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述排水洞主洞(1)内水流按照无压流缓坡隧洞自由出流设计，所述h_c可依据均匀流公式

以及宽顶堰自由出流公式

联合求解得出，其中水流量Q为洪水洪峰状态下的水流流量。

3.根据权利要求1所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述排水洞主洞(1)内的取水槽(3)顶部设有格栅(9)，所述格栅(9)设置在所述取水槽(3)入口处。

4.根据权利要求3所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述格栅(9)的设置长度大于或等于所述取水槽(3)入口端部与所述壅水堰(4)之间沿长度方向的距离。

5.根据权利要求3所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述排水洞主洞(1)内的取水槽(3)顶部还设有盖板(10)，所述盖板(10)紧邻所述格栅(9)设置，所述格栅(9)和盖板(10)的设置长度大于或等于所述取水槽(3)端部与所述壅水堰(4)之间沿长度方向的距离。

6.根据权利要求1～5任一项所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述取水岔洞(2)的出口处设有蓄水池(6)，所述蓄水池(6)的设置高度低于所述取水岔洞(2)出口处底部高度。

7.根据权利要求6所述的取水分流用排水洞结构，其特征在于：所述蓄水池(6)上设有取水管(7)和排淤管(8)，所述取水管(7)的设置高度高于排淤管(8)的设置高度，所述排淤管(8)上设有阀门。

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