CN115652872A - 一种多功能溢流坝及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水坝技术领域，具体涉及一种多功能溢流坝及其运行方法，通过对坝内鱼道、坝面旋转钢板装置、坝顶钢闸门装置进行相应的调整，实现在不同的水位、降雨量情况下溢流坝运行的最佳状态，旋转钢板装置能够根据不同实际需求，调整钢板的角度和位置，分布式生态友好型发电装置与传统的固定式发电装置相比更加灵活，可以通过不同的水位条件，改变发电装置的位置进行最大程度的发电。并能够根据行洪要求，通过伸缩装置，将发电装置缩回坝内，提高坝面的平整度，防止出现汽蚀对装置造成损坏，本发明的坝内鱼道不仅仅不受水位的限制实现过鱼功能，还能在枯水期为下游提供必需的生态需水量。

Description

一种多功能溢流坝及其运行方法

技术领域

本发明涉及水坝技术领域，尤其涉及一种多功能溢流坝。

背景技术

随着人类兴建水库大坝来改变水位状况，以达到符合人类活动的目的。同时这也阻断了河流的自然水道，造成了巨大的水位差，让洄游鱼无法穿过大坝，回到上游进行产卵，这严重影响了鱼类的繁殖，对整个生态环境也是不利的。现有技术对于鱼道的修建主要是在河道的一侧，这导致了占用河道，同时对于能发电的大坝限制了水位高度，影响了发电的功能，造成了能量的浪费。或者部分鱼道是在坝面上修建的，这也导致了水流的流速不能控制，能够进行洄游的鱼类少，同时占用溢流坝坝面，阻碍了坝面的消能和行洪功能。

溢流坝的下游单宽消能功率能达到几万或者几十万千瓦，所以溢流坝的消能设施要做好，同时能充分利用好溢流坝的水位差进行发电。现有溢流坝面上的发电装置一般为固定式的发电装置，只能在固定流量范围内进行发电，不能根据不同时期的水位进行发电以及发电装置可以进行上下调节。同时现有溢流坝面的消能装置一般也是固定式的，不能根据不同的实际需要进行灵活的调整以及有其他的功能。

综上，要设计出一种既能进行发电、消能、行洪和生态放水，还不影响过鱼，适合大部分洄游鱼类的多功能溢流坝结构形式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多功能溢流坝及其运行方法，以解决现有溢流坝不能实现发电、消能、行洪和生态放水且不影响过鱼的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种多功能溢流坝，包括溢流坝面、坝内鱼道、坝面旋转钢板装置、分布式生态友好型发电装置和控制系统；

所述坝面旋转钢板装置设置为多个，均位于所述溢流坝面上，并依次以一定间隔直线排列成装置组，装置组在溢流坝面上沿水平方向设置有若干组，所述坝面旋转钢板装置包括钢板，所述钢板的末端设置有使所述钢板能够旋转的滚轮，沿钢板的旋转轨迹设置有供滚轮移动的沟槽；

所述分布式生态友好型发电装置设置为多台，各所述分布式生态友好型发电装置分别安装在各所述沟槽处，所述分布式生态友好型发电装置连接有用于带动其伸出溢流坝面外和缩回溢流坝面内的伸缩装置；

所述控制系统用于在需要溢流坝执行不同的功能时，控制各所述钢板的旋转角度和分布式生态友好型发电装置的伸缩状态。

优选地，控制系统用于在判断水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且预测未来入库流量小于防洪限制水位设定值时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置伸出溢流坝面进行发电；

在判断水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且未来设定时间入库流量超过防洪限制水位设定值时，或水库水位≥水库防洪高水位时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置缩回溢流坝面内，并调节各钢板的角度，使其符合θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面从下往上数第i排坝面旋转钢板装置中钢板与水平方向的夹角；n为溢流坝面上坝面旋转钢板装置的水平排数。

优选地，钢板的高度为1m，长度为10m，初始状态与水平角度呈8°，各坝面旋转钢板装置的钢板以每块间隔1m的方式直线排列，所述钢板连接有液压伸缩装置，所述沟槽的深度为0.3m，使钢板旋转到水平时，钢板能够在所述液压伸缩装置的带动下缩回到沟槽内。

优选地，液压伸缩装置包括油泵、输送管道、缸筒、一级伸缩管、二级伸缩管和三级伸缩管，将钢板推出时，所述油泵将机油经过增压后，再通过输送管道压送到缸筒中，改变缸筒中的压强，使其推动一级伸缩管、二级伸缩管和三级伸缩管向上延伸，将钢板推到坝面；

将钢板收回沟槽时，所述油泵关闭，缸筒没有持续压力作用，三级伸缩管、二级伸缩管和一级伸缩管陆续收回，收缩钢板。

优选地，分布式生态友好型发电装置包括波浪状叶片、滚轴、第一集电箱和第二集电箱，进行坝面发电时，钢板将水流进行汇集，集中冲刷在沟槽上方的波浪状叶片，使其绕着滚轴开始旋转进行发电，并将电储存在滚轴两侧的第一集电器和第二集电器中。

优选地，分布式生态友好型发电装置下方设置有丝杠机构，所述丝杠机构连接有驱动装置，所述控制系统用于根据溢流坝运行时需要发电装置的高度，通过驱动装置提供动力带动丝杠机构，升降发电装置。

优选地，溢流坝还包括坝内鱼道，所述坝内鱼道的坡度为8～10°，坝内鱼道结构形式为S型，并沿着坡度向上延伸，所述坝内鱼道S型的转弯处的转弯半径为5R，R为坝内鱼道进出水口处的半径，坝内鱼道进水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处，出水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处；

所述坝内鱼道进出水口处均设置有快门机械结构式阀门，能够通过从中间向四周打开的阀门来控制鱼道内流速，坝内鱼道的每一个转弯处和进出口处均设置有诱鱼灯。

优选地，每一段鱼道处交错设置有“凹”形结构的阻流装置，阻流装置的长度为

宽度为50cm，高度与鱼道内径高度相同，“凹”形向内凹进去部分的宽度为20cm，距离阻流装置两侧的距离为10cm；

阻流装置的设置数量为

其中n为阻流装置的数量，ξ为局部水头损失系数，ζ_阻流装置为阻流装置的局部水头损失系数，λ为沿程水头损失系数，p₁和p₂分别是上下游压强，h_j是局部水头损失，h_f是沿程水头损失，l是鱼道的长度，d是鱼道直径，z₁z₂分别是上下游断面水位，α是动能修正系数，v₁v₂分别是上下游断面流速，ρ是鱼道水流的密度，g是重力加速度，v_适宜为最适合鱼类洄游的流速，v_最大为鱼类洄游所能承受的最大流速，△z为鱼道高程差。

优选地，溢流坝还包括设置在坝顶的钢闸门装置，所述钢闸门装置包括启闭机桥和平面钢闸门，所述启闭机桥上设置有启闭机，用于升降所述平面钢闸门；

所述溢流坝末端还设置有20°的鼻坎。

本说明书还提供一种如上述任意一项所述的多功能溢流坝的运行方法，包括：

对于生态放水运行状态：

当在非汛期，水库死水位≤水库水位≤水闸闸底高程时，坝顶的平面钢闸门装置、溢流坝面上的钢板和分布式生态友好型发电装置均处于初始状态；

控制鱼道进出水口阀门开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯的亮度，吸引鱼进行洄游，使得在水位比较低的时候还可以进行过鱼；

对于坝面发电运行状态：

当水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且在非汛期时，或者在汛期，但是根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量小于防洪限制水位设定值时，此时溢流坝进行坝面发电；

通过驱动装置提供动力将分布式生态友好型发电装置升到溢流坝面上合适的发电高度，使发电装置上的波浪状叶片在水流的作用下绕着滚轴旋转进行发电，此时钢板为初始导墙结构形式，用于收缩汇集水流，集中水流冲刷分布式生态友好型发电装置，并将电储存在第一集电箱和第二集电箱中；

钢闸门装置通过启闭机控制平面钢闸门的开度，改变下泄流量，升到使闸门下泄流量在发电流量范围内的位置；

控制坝内鱼道进出水口的阀门开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯的亮度；

对于预泄洪水运行状态：

当在汛期，水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位时，而且根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量超过防洪限制水位设定值时，此时溢流坝需要预泄洪水；

通过驱动装置提供动力，使分布式生态友好型发电装置缩回溢流坝内；

调整滚轮位置，使钢板角度符合θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面从下往上数第i排坝面旋转钢板装置中钢板与水平方向的夹角；n为溢流坝面上坝面旋转钢板装置的水平排数；

将坝内鱼道进出水口的阀门关闭；

打开钢闸门装置，通过启闭机将平面钢闸门升到闸门最高处；

当水库水位≤水库闸底高程时，若还需继续预泄洪水，则打开坝内鱼道进出水口阀门；

将坝顶的平面钢闸门装置、溢流坝面上的钢板和分布式生态友好型发电装置均置于初始状态；

对于行洪运行状态：

当在汛期，且水库水位≥水库防洪高水位时，通过驱动装置将分布式生态友好型发电装置收回坝内；

调整滚轮位置，使钢板角度符合θ₁＝0°,

将坝内鱼道进出水口阀门关闭；

打开钢闸门装置，用启闭机将平面钢闸门升到闸门最高处。

本发明的有益效果：与传统溢流坝相比，更适用于多种运行工况，通过对坝内鱼道、坝面旋转钢板装置、分布式生态友好型发电装置、坝顶钢闸门装置就进行相应的调整，实现在不同的水位、降雨量情况下溢流坝运行的最佳状态，旋转钢板装置能够根据不同实际需求，调整钢板的角度和位置。在坝面发电时，充当导墙的作用进行导流；在预泄洪水和行洪时，能够根据规律调整钢板角度，更好的进行水流的消能，改善水流的流态，减少对于下游的冲刷，分布式生态友好型发电装置与传统的固定式发电装置相比更加灵活，可以通过不同的水位条件，改变发电装置的位置进行最大程度的发电。并能够根据行洪要求，通过伸缩装置，将发电装置缩回坝内，提高坝面的平整度，防止出现汽蚀对装置造成损坏，本发明的坝内鱼道不仅仅不受水位的限制实现过鱼功能，还能在枯水期为下游提供必需的生态需水量，本发明适用于大多数地区的溢流坝，实用性强。且大多数装置都是定制的，直接进行现场安装，施工工期时间短，节约人工成本，本发明将溢流坝的水能充分利用，产生的电能能够供给溢流坝本身的用电装置，还能产生多余电能，供给到周围环境的装置，符合环保理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明在溢流坝上运行状态1的布置图；

图2本发明在溢流坝上运行状态2的布置图；

图3本发明在溢流坝上运行状态3迅速泄洪时的布置图；

图4本发明在溢流坝上运行状态3水库水位降低到小于等于水库闸底高程时的布置图；

图5本发明在溢流坝上运行状态4的布置图；

图6本发明运行方法的流程图；

图7本发明鱼道的布置图；

图8本发明鱼道的俯视图；

图9本发明鱼道阻流装置示意图；

图10本发明阀门半开时示意图；

图11本发明阀门全开时示意图；

图12本发明阀门关闭时示意图；

图13本发明分布式生态友好型发电装置的丝杆结构示意图；

图14本发明分布式生态友好型发电装置结构示意图；

图15本发明钢板装置的液压伸缩杆工作时示意图；

图16本发明钢板装置的液压伸缩杆伸缩时示意图；

图17本发明钢板装置的滑动装置的示意图。

图中标记为：

1、坝内鱼道；1-1、进水口阀门；1-1-1、导杆；1-1-2、定子组件；1-1-3、叶片组件；1-1-4、转子组件；1-1-5、轨道；1-2、出水口阀门；1-3、流速感应器；1-4、诱鱼灯；1-5、进水口拦鱼网；1-6、出水口拦鱼网；1-7、水草；1-8、阻流装置；1-9、鹅卵石；2、坝面旋转钢板装置；2-1、钢板；2-2、旋转轴；2-3、滚轮；2-4、滑轨；2-5、沟槽；2-6、油泵；2-7、一级伸缩管；2-8、二级伸缩管；2-9、三级伸缩管；2-10、输送管道；2-11、缸筒；3、分布式生态友好型发电装置；3-1、波浪状叶片；3-2、滚轴；3-3-1、第一集电箱；3-3-2、第二集电箱；3-4、驱动装置；3-5、螺纹；3-6、螺母；3-7、丝杠；4、溢流坝面；5、非溢流坝面；6、钢闸门装置；6-1、启闭机桥；6-2、启闭机；6-3、平面钢闸门；7、鼻坎。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书实施例提供一种多功能溢流坝，包括溢流坝面4、坝内鱼道1、坝面旋转钢板装置2和分布式生态友好型发电装置3和控制系统，其中坝面旋转钢板2-1设置为多个，均位于溢流坝面4上，并依次以一定间隔直线排列成装置组，装置组在溢流坝面4上沿水平方向设置有若干组，坝面旋转钢板装置2包括钢板2-1，钢板2-1的末端设置有使钢板2-1能够旋转的滚轮2-3，沿钢板2-1的旋转轨迹设置有供滚轮2-3移动的沟槽2-5；

分布式生态友好型发电装置3设置为多台，各分布式生态友好型发电装置3分别安装在各沟槽2-5处，分布式生态友好型发电装置3连接有用于带动其伸出溢流坝面4外和缩回溢流坝面4内的伸缩装置；

控制系统用于在需要溢流坝执行不同的功能时，控制各钢板2-1的旋转角度和分布式生态友好型发电装置3的伸缩状态。

本说明书实施例提供的多功能溢流坝，与传统溢流坝相比，更适用于多种运行工况，通过对坝内鱼道1、坝面旋转钢板装置2、分布式生态友好型发电装置、坝顶钢闸门装置6就进行相应的调整，实现在不同的水位、降雨量情况下溢流坝运行的最佳状态，旋转钢板装置能够根据不同实际需求，调整钢板2-1的角度和位置。在坝面发电时，充当导墙的作用进行导流；在预泄洪水和行洪时，能够根据规律调整钢板2-1角度，更好的进行水流的消能，改善水流的流态，减少对于下游的冲刷，且分布式生态友好型发电装置与传统的固定式发电装置相比更加灵活，可以通过不同的水位条件，改变发电装置的位置进行最大程度的发电。并能够根据行洪要求，通过伸缩装置，将发电装置缩回坝内，提高坝面的平整度，防止出现汽蚀对装置造成损坏，本发明的坝内鱼道1不仅仅不受水位的限制实现过鱼功能，还能在枯水期为下游提供必需的生态需水量，本发明适用于大多数地区的溢流坝，实用性强。且大多数装置都是定制的，直接进行现场安装，施工工期时间短，节约人工成本，本发明将溢流坝的水能充分利用，产生的电能能够供给溢流坝本身的用电装置，还能产生多余电能，供给到周围环境的装置，符合环保理念。

作为一种实施方式，控制系统用于在判断闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且预测未来入库流量小于防洪限制水位设定值时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置3伸出溢流坝面4进行发电；

在判断水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且未来设定时间入库流量超过防洪限制水位设定值时，或水库水位≥水库防洪高水位时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置3缩回溢流坝面4内，并调节各钢板2-1的角度，如使滚轮2-3沿着滑轨2-4移动，使其符合

θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面4从下往上数第i排坝面旋转钢板装置2中钢板2-1与水平方向的夹角；n为溢流坝面4上坝面旋转钢板装置2的水平排数，能够更好地进行水流的消能，改善水流的流态，减少对于下游的冲刷。

作为一种实施方式，钢板2-1的高度为1m，长度为10m，初始状态与水平角度呈8°，各坝面旋转钢板装置2的钢板2-1以每块间隔1m的方式直线排列，钢板2-1连接有液压伸缩装置，沟槽2-5的深度为0.3m，使钢板2-1旋转到水平时，钢板2-1能够在液压伸缩装置的带动下缩回到沟槽2-5内，便于溢流坝进行行洪。

作为一种实施方式，液压伸缩装置包括油泵2-6、输送管道2-10、缸筒2-11、一级伸缩管2-7、二级伸缩管2-8和三级伸缩管2-9，将钢板2-1推出时，油泵2-6将机油经过增压后，再通过输送管道2-10压送到缸筒2-11中，改变缸筒2-11中的压强，使其推动一级伸缩管2-7、二级伸缩管2-8和三级伸缩管2-9向上延伸，将钢板2-1推到坝面；

将钢板2-1收回沟槽2-5时，油泵2-6关闭，缸筒2-11没有持续压力作用，三级伸缩管2-9、二级伸缩管2-8和一级伸缩管2-7陆续收回，以此达到收缩钢板2-1的目的。

作为一种实施方式，分布式生态友好型发电装置3包括波浪状叶片3-1、滚轴3-2、第一集电箱3-3-1和第二集电箱3-3-2，进行坝面发电时，钢板2-1将水流进行汇集，集中冲刷在沟槽2-5上方的波浪状叶片3-1，使其绕着滚轴3-2开始旋转进行发电，并将电储存在滚轴3-2两侧的第一集电器和第二集电器中，由于本发明发电装置的波浪状叶片3-1与其他发电装置的螺旋桨或旋转叶片不同，本装置可以有效避免鱼类卷入叶片中受到伤害，而且分布式生态友好型发电装置即使在低流速状态下也能不间断的发电，具体结构见图14。分布式生态友好型发电装置具体设置在坝面沟槽2-5内，通过驱动装置3-4提供动力，使螺母3-6沿着在丝杆上面的螺纹3-5移动来控制发电装置的升降，可以根据不同实际情况调整发电装置在溢流坝面4上的高度。

作为一种实施方式，分布式生态友好型发电装置3下方设置有丝杠3-7机构，丝杠3-7机构连接有驱动装置3-4，控制系统用于根据溢流坝运行时需要发电装置的高度，通过驱动装置3-4提供动力带动丝杠3-7机构，升降发电装置。让发电装置上的波浪状叶片3-1在水流的作用下绕着滚轴3-2开始旋转进行发电，此时钢板2-1为初始导墙结构形式，用来收缩汇集水流，集中水流冲刷分布式生态友好型发电装置。

作为一种实施方式，溢流坝还包括坝内鱼道1，坝内鱼道1的坡度为8～10°，坝内鱼道1结构形式为S型，并沿着坡度向上延伸，坝内鱼道1S型的转弯处的转弯半径为5R，符合近自然型弯道的设计要求，R为坝内鱼道1进出水口处的半径，坝内鱼道1进水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处，出水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处；

坝内鱼道1进出水口处均设置有快门机械结构式阀门，包括进水口阀门1-1和出水口阀门1-2，能够通过从中间向四周打开的阀门来控制鱼道内流速，结构设计形式都为快门机械结构，坝内鱼道1的每一个转弯处和进出口处均设置有诱鱼灯1-4，用来诱导鱼类沿着管道向上溯游，并能根据溯游鱼类的习性控制灯的亮度，进一步可通过流速感应器1-3实时监控水流流速，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内。

进一步的，阀门的主要组成部分为定子组件1-1-2，转子组件1-1-4和叶片组件1-1-3。定子组件1-1-2主要是进行阀门结构的安装与固定，使得转子组件1-1-4能够相对于定子组件1-1-2移动。转子组件1-1-4则是带动导杆1-1-1沿着轨道1-1-5移动，以此来驱动叶片组件1-1-3来控制阀门的开合。

根据鱼道的不同需求，可在鱼道进出水口处安装进水口拦鱼网1-5和出水口拦鱼网1-6。

作为一种实施方式，每一段鱼道处交错设置有“凹”形结构的阻流装置1-8，阻流装置1-8的长度为

宽度为50cm，高度与鱼道内径高度相同，“凹”形向内凹进去部分的宽度为20cm，距离阻流装置1-8两侧的距离为10cm，进一步的，还可以在“凹”形缺口处，装上泥土，并种植水草1-7。阻流装置1-8的作用是改善鱼道中的水流流态，增加鱼道的水头损失，从而进一步减小鱼道的流速，使其能够控制在鱼类洄游的最佳流速范围内。同时在鱼类洄游没有体力时，阻流装置1-8还能充当临时的休息室，水草1-7当能量补充，鱼道的内壁上为了增加糙率，可铺设鹅卵石1-9。

现假设一个溢流坝前死水位高程为H1，坝后最低水位高程为H2，则鱼道1的进水口处高程为H1’，出水口处高程为H2’。洄游鱼类大部分为中小型鱼类，进水口处的最适合鱼类洄游的流速为v_适宜，鱼类洄游所能承受的最大流速为v_最大，若假设鱼道的进出水口流速都是相等的。

鱼道高程差为△z＝H₁'-H₂'。

以鱼道出水口的中心为基准面，取鱼道1的进出水口处，列能量方程

由上述公式可知，阻流装置1-8的个数，要根据溢流坝的实际上下游死水位高程差进行设置，若是溢流坝的上下游死水位高程相差很大，则根据公式可知，△z很大，则

的值也要非常的大，从而阻流装置1-8的个数也要增多，同时为了增加糙率，也要多铺设鹅卵石1-9。

其中n为阻流装置1-8的数量，ξ为局部水头损失系数，ζ_阻流装置为阻流装置1-8的局部水头损失系数，λ为沿程水头损失系数，p₁和p₂分别是上下游压强，h_j是局部水头损失，h_f是沿程水头损失，l是鱼道的长度，d是鱼道直径，z₁，z₂分别是上下游断面水位，α是动能修正系数，v₁和v₂分别是上下游断面流速，ρ是鱼道水流的密度，g是重力加速度，v_适宜为最适合鱼类洄游的流速，v_最大为鱼类洄游所能承受的最大流速，△z为鱼道高程差。

作为一种实施方式，溢流坝还包括设置在坝顶的钢闸门装置6，钢闸门装置6包括启闭机桥6-1和平面钢闸门6-3，启闭机桥6-1上设置有启闭机6-2，用于升降平面钢闸门6-3，通过控制平面钢闸门6-3的开度，进而改变下泄流量，进行泄洪或升到当闸门下泄流量在发电流量范围内的位置。

溢流坝末端还设置有20°的鼻坎，这个角度的鼻坎可以有效避免鱼冲到天空中造成很大的损害。

本说明书实施例还提供一种上述多功能溢流坝的运行方法，包括以下步骤：

运行状态1：对于生态放水运行状态：

当在非汛期，水库死水位≤水库水位≤水闸闸底高程时，坝顶的钢闸门装置6、溢流坝面4上的钢板2-1和分布式生态友好型发电装置均处于初始状态；

控制鱼道进出水口阀门1-2开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯1-4的亮度，吸引鱼进行洄游，使得在水位比较低的时候还可以进行过鱼，解决了在溢流坝面4上的鱼道不能在水位较低时过鱼的问题。同时还能在枯水期为下游提供必需的生态需水量。

运行状态2：对于坝面发电运行状态：

当水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且在非汛期时，或者在汛期，但是根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量小于防洪限制水位设定值时，此时溢流坝进行坝面发电；

通过驱动装置3-4提供动力将分布式生态友好型发电装置3升到溢流坝面4上合适的发电高度，使发电装置上的波浪状叶片3-1在水流的作用下绕着滚轴3-2旋转进行发电，此时钢板2-1为初始导墙结构形式，用于收缩汇集水流，集中水流冲刷分布式生态友好型发电装置3，并将电储存在第一集电箱3-3-1和第二集电箱3-3-2中；

钢闸门装置6通过启闭机6-2控制平面钢闸门6-3的开度，改变下泄流量，升到使闸门下泄流量在发电流量范围内的位置；

控制坝内鱼道1进出水口的阀门开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯1-4的亮度，吸引鱼进行洄游。

运行状态3：对于预泄洪水运行状态：

当在汛期，水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位时，而且根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量超过防洪限制水位设定值时，此时溢流坝需要预泄洪水；

通过驱动装置3-4提供动力，使分布式生态友好型发电装置3缩回溢流坝内；

调整滚轮2-3位置，使钢板2-1角度符合θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面4从下往上数第i排坝面旋转钢板装置2中钢板2-1与水平方向的夹角；n为溢流坝面4上坝面旋转钢板装置2的水平排数；

将坝内鱼道1进出水口的阀门关闭；

打开钢闸门装置6，通过启闭机6-2将平面钢闸门6-3升到闸门最高处；

当水库水位≤水库闸底高程时，若还需继续预泄洪水，则打开坝内鱼道1进出水口阀门1-2；

将坝顶的钢闸门装置6、溢流坝面4上的钢板2-1和分布式生态友好型发电装置3均置于初始状态。

运行状态4：对于行洪运行状态：

当在汛期，且水库水位≥水库防洪高水位时，通过驱动装置3-4将分布式生态友好型发电装置3收回坝内；

调整滚轮2-3位置，使钢板2-1角度符合

θ₁＝0°,

将坝内鱼道1进出水口阀门1-2关闭；

打开钢闸门装置6，用启闭机6-2将平面钢闸门6-3升到闸门最高处，迅速进行泄洪。

本发明的运行过程见图6，本发明通过水库水雨情数据监测系统实时收集当前水库水位、降雨量、水库库容信息，判别是否在汛期期间，并实时将水库的信息发送到专家系统。当在汛期，水库水位≥水库防洪高水位时，溢流坝的功能为行洪状态，专家系统则发布运行状态4的命令，执行相应的装置变化；当在非汛期，水库死水位≤水库水位≤水闸闸底高程时，溢流坝的功能为生态放水状态，专家系统则发布运行状态1的命令，执行相应的装置变化；当水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且在非汛期时，或者在汛期，但是根据雨情数据监测系统的预测，将来的降雨量和入库流量较少时，溢流坝的功能为发电状态，专家系统则发布运行状态2的命令，执行相应的装置变化；水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且在汛期，而且根据雨情数据监测系统的预测，将来的降雨量和入库流量很大时，溢流坝的功能为预泄洪水状态，专家系统则发布运行状态3的命令，执行相应的装置变化。若各个运行装置运行正常，则可进行实时信息更新，从而及时调整运行状态；若有一部分运行装置运行出现问题，装置则停止运行，并发送故障短信到员工手机，进行后续的维修。

本发明能够根据水库不同水位、水量和降雨量情况调整坝内鱼道1进出水口处阀门的开合程度、坝面旋转钢板装置2的角度、分布式生态友好型发电装置的位置、坝顶钢闸门装置6的启闭情况，实现生态放水、坝面发电、预泄洪水、行洪四种溢流坝运行状态，溢流坝可以实现过鱼、发电、行洪、消能的功能。本发明将鱼道置于溢流坝内部，有效利用溢流坝的空间，使过鱼功能与其他功能分隔。且发电情况下收集到的电能，除了可以用于鱼道阀门的启闭、坝顶闸门启闭以及整个坝的控制装置等用电装置外，还可以有多余的电能用在周围地方的用电装置中，这样可以充分利用水能，节约其他能源消耗。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (10)

1.一种多功能溢流坝，其特征在于，包括溢流坝面、坝内鱼道、坝面旋转钢板装置、分布式生态友好型发电装置和控制系统；

所述坝面旋转钢板装置设置为多个，均位于所述溢流坝面上，并依次以一定间隔直线排列成装置组，装置组在溢流坝面上沿水平方向设置有若干组，所述坝面旋转钢板装置包括钢板，所述钢板的末端设置有使所述钢板能够旋转的滚轮，沿钢板的旋转轨迹设置有供滚轮移动的沟槽；

所述分布式生态友好型发电装置设置为多台，各所述分布式生态友好型发电装置分别安装在各所述沟槽处，所述分布式生态友好型发电装置连接有用于带动其伸出溢流坝面外和缩回溢流坝面内的伸缩装置；

所述控制系统用于在需要溢流坝执行不同的功能时，控制各所述钢板的旋转角度和分布式生态友好型发电装置的伸缩状态。

2.根据权利要求1所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述控制系统用于在判断水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且预测未来入库流量小于防洪限制水位设定值时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置伸出溢流坝面进行发电；

在判断水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且未来设定时间入库流量超过防洪限制水位设定值时，或水库水位≥水库防洪高水位时，通过伸缩装置将分布式生态友好型发电装置缩回溢流坝面内，并调节各钢板的角度，使其符合θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面从下往上数第i排坝面旋转钢板装置中钢板与水平方向的夹角；n为溢流坝面上坝面旋转钢板装置的水平排数。

3.根据权利要求1所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述钢板的高度为1m，长度为10m，初始状态与水平角度呈8°，各坝面旋转钢板装置的钢板以每块间隔1m的方式直线排列，所述钢板连接有液压伸缩装置，所述沟槽的深度为0.3m，使钢板旋转到水平时，钢板能够在所述液压伸缩装置的带动下缩回到沟槽内。

4.根据权利要求3所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述液压伸缩装置包括油泵、输送管道、缸筒、一级伸缩管、二级伸缩管和三级伸缩管，将钢板推出时，所述油泵将机油经过增压后，再通过输送管道压送到缸筒中，改变缸筒中的压强，使其推动一级伸缩管、二级伸缩管和三级伸缩管向上延伸，将钢板推到坝面；

将钢板收回沟槽时，所述油泵关闭，缸筒没有持续压力作用，三级伸缩管、二级伸缩管和一级伸缩管陆续收回，收缩钢板。

5.根据权利要求1所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述分布式生态友好型发电装置包括波浪状叶片、滚轴、第一集电箱和第二集电箱，进行坝面发电时，钢板将水流进行汇集，集中冲刷在沟槽上方的波浪状叶片，使其绕着滚轴开始旋转进行发电，并将电储存在滚轴两侧的第一集电器和第二集电器中。

6.根据权利要求5所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述分布式生态友好型发电装置下方设置有丝杠机构，所述丝杠机构连接有驱动装置，所述控制系统用于根据溢流坝运行时需要发电装置的高度，通过驱动装置提供动力带动丝杠机构，升降发电装置。

7.根据权利要求1所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述溢流坝还包括坝内鱼道，所述坝内鱼道的坡度为8～10°，坝内鱼道结构形式为S型，并沿着坡度向上延伸，所述坝内鱼道S型的转弯处的转弯半径为5R，R为坝内鱼道进出水口处的半径，坝内鱼道进水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处，出水口处高程为溢流坝的平均低水位以下0.2m处；

所述坝内鱼道进出水口处均设置有快门机械结构式阀门，能够通过从中间向四周打开的阀门来控制鱼道内流速，坝内鱼道的每一个转弯处和进出口处均设置有诱鱼灯。

8.根据权利要求7所述的多功能溢流坝，其特征在于，每一段鱼道处交错设置有“凹”形结构的阻流装置，阻流装置的长度为

宽度为50cm，高度与鱼道内径高度相同，“凹”形向内凹进去部分的宽度为20cm，距离阻流装置两侧的距离为10cm；

阻流装置的设置数量为

其中n为阻流装置的数量，ξ为局部水头损失系数，ζ_阻流装置为阻流装置的局部水头损失系数，λ为沿程水头损失系数，p₁和p₂分别是上下游压强，h_j是局部水头损失，h_f是沿程水头损失，l是鱼道的长度，d是鱼道直径，z₁z₂分别是上下游断面水位，α是动能修正系数，v₁v₂分别是上下游断面流速，ρ是鱼道水流的密度，g是重力加速度，v_适宜为最适合鱼类洄游的流速，v_最大为鱼类洄游所能承受的最大流速，△z为鱼道高程差。

9.根据权利要求1所述的多功能溢流坝，其特征在于，所述溢流坝还包括设置在坝顶的钢闸门装置，所述钢闸门装置包括启闭机桥和平面钢闸门，所述启闭机桥上设置有启闭机，用于升降所述平面钢闸门；

所述溢流坝末端还设置有20°的鼻坎。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的多功能溢流坝的运行方法，包括：

对于生态放水运行状态：

当在非汛期，水库死水位≤水库水位≤水闸闸底高程时，坝顶的平面钢闸门装置、溢流坝面上的钢板和分布式生态友好型发电装置均处于初始状态；

控制鱼道进出水口阀门开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯的亮度，吸引鱼进行洄游，使得在水位比较低的时候还可以进行过鱼；

对于坝面发电运行状态：

当水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位，且在非汛期时，或者在汛期，但是根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量小于防洪限制水位设定值时，此时溢流坝进行坝面发电；

通过驱动装置提供动力将分布式生态友好型发电装置升到溢流坝面上合适的发电高度，使发电装置上的波浪状叶片在水流的作用下绕着滚轴旋转进行发电，此时钢板为初始导墙结构形式，用于收缩汇集水流，集中水流冲刷分布式生态友好型发电装置，并将电储存在第一集电箱和第二集电箱中；

钢闸门装置通过启闭机控制平面钢闸门的开度，改变下泄流量，升到使闸门下泄流量在发电流量范围内的位置；

控制坝内鱼道进出水口的阀门开度，将进水口处的流速控制在不低于0.2m/s，且不高于主要过鱼对象的极限流速的范围内，同时根据当地鱼类洄游的习性，控制鱼道内的诱鱼灯的亮度；

对于预泄洪水运行状态：

当在汛期，水库闸底高程≤水库水位≤水库防洪高水位时，而且根据雨情数据监测系统的预测，将来的入库流量超过防洪限制水位设定值时，此时溢流坝需要预泄洪水；

通过驱动装置提供动力，使分布式生态友好型发电装置缩回溢流坝内；

调整滚轮位置，使钢板角度符合θ₁＝0°,

其中θ_i是溢流坝面从下往上数第i排坝面旋转钢板装置中钢板与水平方向的夹角；n为溢流坝面上坝面旋转钢板装置的水平排数；

将坝内鱼道进出水口的阀门关闭；

打开钢闸门装置，通过启闭机将平面钢闸门升到闸门最高处；

当水库水位≤水库闸底高程时，若还需继续预泄洪水，则打开坝内鱼道进出水口阀门；

将坝顶的平面钢闸门装置、溢流坝面上的钢板和分布式生态友好型发电装置均置于初始状态；

对于行洪运行状态：

当在汛期，且水库水位≥水库防洪高水位时，通过驱动装置将分布式生态友好型发电装置收回坝内；

调整滚轮位置，使钢板角度符合θ₁＝0°,

将坝内鱼道进出水口阀门关闭；

打开钢闸门装置，用启闭机将平面钢闸门升到闸门最高处。

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