CN115613529A - 一种高水头生态流量泄水洞的布置结构 - Google Patents

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李宗樾
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Abstract

本发明公开了一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，包括有发电分层取水进水口，发电分层取水进水口的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞连接至生态流量闸阀控制室，生态流量闸阀控制室的出水流入消力池，消力池的出水口经第二次消能结构与低高程导流洞堵头段之后的隧洞连通。本发明在发电分层取水进水口后的侧边墩上预留开孔，再通过有压隧洞接至生态流量闸阀控制室，闸阀控制室出来的水流经过消力池进行第一次消能，消力池中的水流可分别采用竖井旋流消能工、或斜井台阶消能工、亦或竖井和水平消力墩消能工联合的三种实施方案之一进行第二次消能，水流降落至低高程导流洞堵头段之后的隧洞内，再排向下游河道，满足下游生态流量泄放要求。

Description

一种高水头生态流量泄水洞的布置结构
技术领域
本发明涉及一种高水头生态流量泄水洞的布置结构, 属于水电水利工程技术领域。
背景技术
在水电水利工程建设中，水库是不可缺少的拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物，尤其在高坝大库工程中，水库中水体在铅直方向会存在温度和密度梯度，不同深度水体，其水质的水温、溶解氧、浮游生物、浑浊度、二氧化碳等是不同的，从不同深度取水，对生态、农业、水产养殖、人类生活及下游环境带来的影响不同。国家相关法律法规对生态环境保护高度关切，为了保护下游生态环境，或者维持下游生物生存生态平衡，要求在任何时段均要求满足下游生态流量泄放要求。
目前，水电站运行期正常情况下，生态流量泄放采用机组发电方式保证下泄流量，但是考虑到在运行过程中存在发生各种事故的可能性，比如电网发生故障，电量不能向外输送，或者机组全部发生事故，不能正常运行时，机组将全面停机，生态流量不能通过机组下放，此时可根据水库在不同运行水位情况下，采用溢洪道、泄洪洞、放空洞等永久泄水建筑物闸门局开方式进行泄放生态流量，虽然此时能满足生态流量的水量要求，但是不能满足生态用水中分层取水水质的质量要求，同时闸门较长时间的局开也存在安全隐患，尤其针对高坝大库，生态取水面临水头高、生态流量大、水位变幅大等特点，这类问题比较突出，虽然有些工程通过设置单独的生态管道，但是其对活塞阀门和出口泄洪消能防冲要求较高。所以，如何实现随时保质保量地下泄生态流量是解决生态用水安全问题的重点关注对象之一，现有技术还存在不足，有待于进一步完善。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高水头生态流量泄水洞的布置结构。该结构利用已有的发电分层取水进水口和低高程导流洞，通过合理的线路布置设计和消能措施，以解决传统技术不能实现在任何时段均能保质保量满足下游生态流量的泄放要求，同时具备适应高坝大库工程中面临的下泄生态用水水头高、生态流量大、水位变幅大等特点。
本发明的技术方案：一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，包括有发电分层取水进水口，发电分层取水进水口的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞连接至生态流量闸阀控制室，生态流量闸阀控制室的出水流入消力池，消力池的出水口经第二次消能结构与低高程导流洞堵头段之后的隧洞连通。
前述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构中，所述第二次消能结构为竖井旋流消能工。
前述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构中，所述第二次消能结构为斜井台阶消能工。
前述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构中，所述第二次消能结构为竖井和水平消力墩消能工联合结构，消力池的出水口经竖井与低高程导流洞堵头段之后的隧洞连通，低高程导流洞堵头段之后的隧洞中间隔设置有水平消力墩消能工。
前述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构中，所述第二次消能结构与低高程导流洞堵头段之间的隧洞中设置有封堵混凝土。
前述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构中，所述消力池顶端经通气洞与外部环境导通。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明在发电分层取水进水口后的侧边墩上预留开孔，再通过有压隧洞接至生态流量闸阀控制室，闸阀控制室出来的水流经过消力池进行第一次消能，闸阀控制室顶部设置通气洞至发电分层取水进水口顶部平台以满足消力池顶部的补排气功能，防止气爆现象对结构产生破坏，消力池中的水流可分别采用竖井旋流消能工、或斜井台阶消能工、亦或竖井和水平消力墩消能工联合的三种实施方案之一进行第二次消能，水流降落至低高程导流洞堵头段之后的隧洞内，再排向下游河道，满足下游生态流量泄放要求。发电分层取水进水口可根据上游不同水位及生态用水水质的要求控制取水区域，闸阀控制室可根据上游不同水位调节闸阀开度控制生态流量的水量大小。
综合而言，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）该技术方案为一套独立运行的水工建筑物，不受电网和机组故障影响，能保证随时下泄生态流量。
（2）水库在不同运行水位情况下，从发电分层取水进水口取水，确保了生态流量下泄的水质要求。
（3）可通过结构布置设计，调整闸阀控制室中阀体的选型、数量和开度，适应不同时间段和不同水位情况下下泄生态流量的水量要求。
（4）针对高坝大库工程，通过第一次闸阀和消力池消能，再通过第二次采用竖井旋流消能工、或斜井台阶消能工、亦或竖井和水平消力墩消能工联合的三种实施方案之一进行消能，有效地降低了工程安全风险。
（5）该技术方案将生态流量泄水洞与已有的发电分层取水进水口和低高程导流洞充分地永临结合使用，通过合理的线路布置设计，既节省了工程投资，又保证了技术方案的安全可靠性和技术先进性。
附图说明
图1是本发明实施方案的平面布置示意图；
图2是本发明实施方案一纵剖面布置示意图；
图3是本发明实施方案二纵剖面布置示意图；
图4是本发明实施方案三纵剖面布置示意图。
附图标记：1-发电分层取水进水口、2-有压隧洞、3-生态流量闸阀控制室、4-消力池、5-通气洞、6-竖井旋流消能工、7-低高程导流洞堵头段、8-封堵混凝土、9-斜井台阶消能工、10-竖井、11-水平消力墩消能工。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例1：一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，如图1和2所示，包括有发电分层取水进水口1，发电分层取水进水口1的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞2连接至生态流量闸阀控制室3，生态流量闸阀控制室3的出水流入消力池4，消力池4的出水口经竖井旋流消能工6与低高程导流洞堵头段7之后的隧洞连通。
本发明的实施例2：一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，如图1和3所示，包括有发电分层取水进水口1，发电分层取水进水口1的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞2连接至生态流量闸阀控制室3，生态流量闸阀控制室3的出水流入消力池4，消力池4的出水口经斜井台阶消能工9与低高程导流洞堵头段7之后的隧洞连通。
本发明的实施例3：一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，如图1和4所示，包括有发电分层取水进水口1，发电分层取水进水口1的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞2连接至生态流量闸阀控制室3，生态流量闸阀控制室3的出水流入消力池4，消力池4的出水口经第二次消能结构与低高程导流洞堵头段7之后的隧洞连通。第二次消能结构为竖井10和水平消力墩消能工11联合结构，消力池4的出水口经竖井10与低高程导流洞堵头段7之后的隧洞连通，低高程导流洞堵头段7之后的隧洞中间隔设置有水平消力墩消能工11。
实施例1、2和3的结构中，在低高程导流洞堵头段7后和竖井旋流消能工6、或斜井台阶消能工9、亦或竖井10之间增加封堵混凝土8。消力池4顶端经通气洞5与外部环境导通，以满足消力池4顶部的补排气功能，防止气爆现象对结构产生破坏。
工作原理：
本发明结构使用过程中，水流经发电分层取水进水口1的侧边墩上的预留开孔流入至有压隧洞2中，再通过有压隧洞2流入至生态流量闸阀控制室3，通过生态流量闸阀控制室3控制流量大小，闸阀控制室3出来的水流经过消力池4进行第一次消能，生态流量闸阀控制室3顶部设置通气洞5至发电分层取水进水口1顶部平台以满足消力池4顶部的补排气功能，防止气爆现象对结构产生破坏，消力池4中的水流可分别采用竖井旋流消能工6、或斜井台阶消能工9、亦或竖井10和水平消力墩消能工11联合的三种实施方案之一进行第二次消能，水流降落至低高程导流洞堵头段7之后的隧洞内，再排向下游河道。发电分层取水进水口1可根据上游不同水位及生态用水水质的要求控制取水区域，闸阀控制室3可根据上游不同水位调节闸阀开度控制生态流量的水量大小。为满足水力学条件，在低高程导流洞堵头段7后和竖井旋流消能工6、或斜井台阶消能工9、亦或竖井10之间增加封堵混凝土8。

Claims (6)

1.一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：包括有发电分层取水进水口（1），发电分层取水进水口（1）的侧边墩上预留开孔，该预留开孔通过有压隧洞（2）连接至生态流量闸阀控制室（3），生态流量闸阀控制室（3）的出水流入消力池（4），消力池（4）的出水口经第二次消能结构与低高程导流洞堵头段（7）之后的隧洞连通。
2.根据权利要求1所述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：所述第二次消能结构为竖井旋流消能工（6）。
3.根据权利要求1所述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：所述第二次消能结构为斜井台阶消能工（9）。
4.根据权利要求1所述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：所述第二次消能结构为竖井（10）和水平消力墩消能工（11）联合结构，消力池（4）的出水口经竖井（10）与低高程导流洞堵头段（7）之后的隧洞连通，低高程导流洞堵头段（7）之后的隧洞中间隔设置有水平消力墩消能工（11）。
5.根据权利要求1所述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：所述第二次消能结构与低高程导流洞堵头段（7）之间的隧洞中设置有封堵混凝土（8）。
6.根据权利要求1所述的一种高水头生态流量泄水洞的布置结构，其特征在于：所述消力池（4）顶端经通气洞（5）与外部环境导通。
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