CN116145627B - 一种长距离调水工程高落差双通道消能系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程技术领域，公开了一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，设置于发电站与发电站上游引水构筑物之间，包括构筑于发电站与引水构筑物之间的压力蓄水池，压力蓄水池具有池体；在所述压力蓄水池与发电站之间还构筑有发电水流通道和消能水流通道，其中，发电水流通道的两端分别与压力蓄水池的池体和发电站相连，消能水流通道的两端分别与压力蓄水池的池体和发电站的尾水池相连，且在消能水流通道内设有水流消能结构。本发明的压力蓄水池、发电水流通道和发电站可构成发电部分，可实现在长距离调水工程高落差情况下的发电，实现对水能的有效利用。

Description

一种长距离调水工程高落差双通道消能系统

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种长距离调水工程高落差双通道消能系统。

背景技术

在完善国家骨干供水基础设施网络建设中，长距离调水工程是国家水网建设中的重要实施对象。长距离调水因线路长、跨度大、地形起伏大等，导致工程上下游水位落差巨大，尤其常见于西南山区长距离调水工程建设中。

巨大的水位落差一方面需要较为高效的消能设施以实现水头消杀，一方面高水头所产生的巨大资源价值需得到充分高效的利用。传统单一的消能工程设计，可以保障高水头能量消杀，实现工程调水任务，但难以实现水资源的有效利用；传统单一的水电站工程，可充分利用水头资源进行发电生产，但电站的运行检修等会干扰工程调水职能。如何在保障长距离调水工程持续稳定运行的条件下，实现水资源的高效利用的难题亟需解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，以在调水工程中既能够通过发电站对水能资源进行利用，也能够在发电站不运行或者维修等情况下维持调水并消能。

水电站不运行时也能够实现调水工程进行和水头消杀。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，设置于发电站与发电站上游引水构筑物之间，包括构筑于发电站与引水构筑物之间的压力蓄水池，压力蓄水池具有池体；

在所述压力蓄水池与发电站之间还构筑有发电水流通道和消能水流通道，其中，发电水流通道的两端分别与压力蓄水池的池体和发电站相连，消能水流通道的两端分别与压力蓄水池的池体和发电站的尾水池相连，且在消能水流通道内设有水流消能结构；

在发电站运行时，压力蓄水池的池体与发电水流通道、发电站连通；在发电站不运行时，压力蓄水池的池体不与发电水流通道、发电站连通，池体与消能水流通道和发电站的尾水池连通。

在可能的实现方式中，所述水流消能结构包括底流消能结构、旋流消能结构和跌坎消能结构中的一种或多种，并沿消能水流通道的延伸方向设置有一级或多级水流消能结构。

在可能的实现方式中，所述池体通过闸室与所述发电水流通道连接。

在可能的实现方式中，所述池体具有相连通的溢流排水结构，溢流排水结构具有基础的溢流高度，以在池体内水位高于该溢流高度时，池内水体通过溢流排水结构流通于消能水流通道和发电站的尾水池。

在可能的实现方式中，所述溢流排水结构包括构筑于所述池体一侧的侧槽，侧槽与池体之间构筑有侧堰，侧堰具有所述溢流高度，且侧堰的顶部高于侧槽底部。

在可能的实现方式中，所述长距离调水工程高落差双通道消能系统具有浅埋型系统结构和深埋型系统结构两种；

在浅埋型系统结构中，所述池体为明渠式结构，所述发电水流通道为埋于地下的管道式结构，所述侧槽和所述消能水流通道均为明渠式结构；

在深埋型系统结构中，所述池体为隧洞式结构，所述发电水流通道为埋于地下的管道式结构，所述侧槽为隧道式结构，所述消能水流通道为设于地下的多段式消能通道结构。

在可能的实现方式中，所述多段式消能通道结构包括沿上游至下游的方向依次设置的折流消能段、竖井消能段和多级消能段；

所述多级消能段沿水流方向依次设置多级水流消能结构。

在可能的实现方式中，在深埋型系统结构中，隧洞式结构的池体的上部一侧沿水流方向开设有溢流口，并通过溢流口与该侧的隧洞式结构的所述侧槽连通，所述侧堰靠近侧槽的一侧设有弧形导流面。

在可能的实现方式中，所述池体与侧槽由钢筋混凝土一体浇筑而成。

在可能的实现方式中，所述尾水池连接有下游引水构筑物。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、压力蓄水池、发电水流通道和发电站可构成发电部分，可实现在长距离调水工程高落差情况下的发电，实现对水能的有效利用。

2、压力蓄水池的侧槽、消能水流通道、尾水池构成的消能排水部分，可实现在发电站需要检修或运行出现故障以及其他情况时，可关闭发电部分的闸室，并通过压力蓄水池在水位上升后水流通过侧槽进入消能水流通道中进行水头消能，然后再排入尾水池中，并引入下游建筑，以此能够不影响调水工程的稳定、持续运行。

3、侧槽通过侧堰，在发电系统运行时，可发挥挡水的功能，保证压力蓄水池内运行水深，在发电系统停运时，可发挥溢流过水的功能，以将池内水接入侧槽连通消能水流通道。

4、可根据实际地形的条件，可将压力蓄水池和侧槽设置为明渠式结构或隧洞式结构，提供了多种选择，更为方便、实用。

5、通过在消能水流通道中设置底流消能结构、旋流消能结构和跌坎消能结构，通过多级的消能结构可对水头进行有效消能，并针对高落差的地形结构通过设置竖井进行消能，消能效果更好。

附图说明

图1为本申请实施例的布置平面图；

图2为图1的上游起始位置的局部放大示意图；

图3为本申请实施例的明渠式结构的压力蓄水池与侧槽的横剖面示意图；

图4为本申请实施例的隧洞式结构的压力蓄水池与侧槽的横剖面示意图；

图5为图1的下游末尾位置的局部放大示意图；

图6为本申请实施例在浅埋条件下的系统消能部分的纵剖示意图；

图7为本申请实施例在浅埋条件下的系统发电部分的纵剖示意图；

图8为申请实施例在深埋条件下的系统消能部分的纵剖示意图；

图9为申请实施例在深埋条件下的系统发电部分的纵剖示意图；

图10为本申请实施例的运行流程图。

图中：1-压力蓄水池；11-池体；12-侧槽；13-弧形导流面；14-侧堰；2-上游引水构筑物；3-闸室；4-发电水流通道；5-消能水流通道；51-折流消能段；52-竖井消能段；53-多级消能段；6-发电站；7-尾水池；8-下游引水构筑物。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

请参照图1-10所示，本申请的实施例提供了一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，设置于发电站6与发电站6上游引水构筑物2之间，包括构筑于发电站6与引水构筑物之间的压力蓄水池1，压力蓄水池1具有池体11。

压力蓄水池1用于两个通道的水流分配和蓄水，来自上游引水构筑物2的水流则进入压力蓄水池1中。压力蓄水池1主要包括池体11，通过池体11实现蓄水。

在本申请的实施例中，在所述压力蓄水池1与发电站6之间还构筑有发电水流通道4和消能水流通道5，其中，发电水流通道4的两端分别与压力蓄水池1的池体11和发电站6相连，消能水流通道5的两端分别与压力蓄水池1的池体11和发电站6的尾水池7相连，且在消能水流通道5内设有水流消能结构。

在发电站6运行时，压力蓄水池1的池体11与发电水流通道4、发电站6连通；在发电站6不运行时，压力蓄水池1的池体11不与发电水流通道4、发电站6连通，池体11与消能水流通道5和发电站6的尾水池7连通。

这样一来，发电水流通道4和消能水流通通道以并联的连接方式连接在压力蓄力池和发电站6之间，并形成两个独立的排水通道，这样在其中的发电水流通道4开启时，可使得压力蓄水池1与发电站6连通，在高落差水位的条件下，进入发电站6带动机组发电后，水流经尾水通道进入尾水池7，流入下游引水建筑，实现在不影响调水时对水能的充分利用；而在发电站6电站需要检修或运行有故障时，使发电水流通道4关闭且消能水流通道5开启，压力蓄水池1中的水流便可向下游经消能水流通道5内的一级或多级消能设施完成水头消杀后，进入尾水池7，并继续引入下游建筑。

在一些实施方式中，所述水流消能结构包括底流消能结构、旋流消能结构和跌坎消能结构中的一种或多种，并沿消能水流通道5的延伸方向设置有一级或多级水流消能结构。

水流消能结构的设置可根据具体的地形情况，可以设置一级，也可以设置多级，这样便可通过水流消能结构实现有效的消能。底流消能结构、旋流消能结构和跌坎消能结构已属于现有的消能结构且不属于本申请的改进点，在此不再作赘述。

为了更好的控制池体11与发电水流通道4的连通，所述池体11通过闸室3与所述发电水流通道4连接。

由于需要进行发电，在压力蓄水池1中需要保持可供发电站6发电的稳定的水量，因而本申请通过设置溢流排水结构，可使得发电站6始终具有稳定的发电水量。

在关于溢流排水结构的一种优选实施结构中，所述池体11具有相连通的溢流排水结构，溢流排水结构具有基础的溢流高度，以在池体11内水位高于该溢流高度时，池内水体通过溢流排水结构流通于消能水流通道5和发电站6的尾水池7。

溢流排水结构可容纳溢流出的一定水量，并可便于在池体11内水位高于该溢流高度时，池内水体通过溢流排水结构流通于消能水流通道5和发电站6的尾水池7。当然的，溢流排水结构具有的基础的溢流高度与可供发电站6运行的基础水位相适配。

进一步的，所述溢流排水结构包括构筑于所述池体11一侧的侧槽12，侧槽12与池体11之间构筑有侧堰14，侧堰14具有所述溢流高度，且侧堰14的顶部高于侧槽12底部。这样一来，侧槽12可容纳溢流的水流，在发电系统运行时，侧堰14可发挥挡水的功能，保证压力蓄水池1内运行水深，在发电系统停运时，可发挥溢流过水的功能，以将池内水接入侧槽12连通消能水流通道5。

在本申请的一些实施场景中，可根据地形条件设置不同类型的长距离调水工程高落差双通道消能系统，如对于地形起伏不大，相对平坦地段，可选择明渠式结构进行布置；而对于地形起伏较大，或受其他条件限制不能布置明渠式结构时，可采用隧洞式结构。

具体的，本申请实施例的长距离调水工程高落差双通道消能系统具有浅埋型系统结构和深埋型系统结构两种。

在浅埋型系统结构中，所述池体11为明渠式结构，所述发电水流通道4为埋于地下的管道式结构，所述侧槽12和所述消能水流通道5均为明渠式结构。在消能排水部分，采用明渠式结构的侧槽12、一级或多级跌坎、底流等联合消能措施，实现有限空间内的高效水头消杀后，通过出水渠道与下游尾水池7连通；在发电排水部分，采用明渠式结构的压力蓄水池1、浅埋有压管道、地面式厂房及尾水池7。

在深埋型系统结构中，所述池体11为隧洞式结构，所述发电水流通道4为埋于地下的管道式结构，所述侧槽12为隧道式结构，所述消能水流通道5为设于地下的多段式消能通道结构。在消能排水部分，采用隧洞式结构的侧槽12、一级或多级旋流消能措施，实现有限空间内的高效水头消杀后，通过底部引水通道与尾水池7连通；在发电排水部分，采用隧洞式结构的压力蓄水池1、压力钢管、地下式厂房及地下式尾水池7。

更进一步的，为了在起伏较大的地形条件下更好的实现消能，所述多段式消能通道结构包括沿上游至下游的方向依次设置的折流消能段51、竖井消能段52和多级消能段53；所述多级消能段53沿水流方向依次设置多级水流消能结构。需要说明的是，折流消能段51、竖井消能段52和多级消能段53这样的消能结构仅为一种可实施的消能结构，不仅限于此，还可以是采用其他的多段式消能结构，可根据实际情况选择配置和组合。

在具体的实施过程中，在深埋型系统结构中，隧洞式结构的池体11的上部一侧沿水流方向开设有溢流口，并通过溢流口与该侧的隧洞式结构的所述侧槽12连通，所述侧堰14靠近侧槽12的一侧设有弧形导流面13。这样一来，隧洞式结构的压力蓄水池1可通过溢流口与隧洞式结构的侧槽12连通，结构设置更为合理，并且弧形导流面13可降低对侧槽12的冲击力。

具体的，所述池体11与侧槽12由钢筋混凝土一体浇筑而成。

具体的，所述尾水池7连接有下游引水构筑物8。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (9)

1.一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，设置于发电站（6）与发电站（6）的上游引水构筑物（2）之间，其特征在于：包括构筑于发电站（6）与引水构筑物之间的压力蓄水池（1），压力蓄水池（1）具有池体（11）；

在所述压力蓄水池（1）与发电站（6）之间还构筑有发电水流通道（4）和消能水流通道（5），其中，发电水流通道（4）的两端分别与压力蓄水池（1）的池体（11）和发电站（6）相连，消能水流通道（5）的两端分别与压力蓄水池（1）的池体（11）和发电站（6）的尾水池（7）相连，且在消能水流通道（5）内设有水流消能结构；

在发电站（6）运行时，压力蓄水池（1）的池体（11）与发电水流通道（4）、发电站（6）连通；在发电站（6）不运行时，压力蓄水池（1）的池体（11）不与发电水流通道（4）、发电站（6）连通，池体（11）与消能水流通道（5）和发电站（6）的尾水池（7）连通；

所述池体（11）具有相连通的溢流排水结构，溢流排水结构具有基础的溢流高度，以在池体（11）内水位高于该溢流高度时，池内水体通过溢流排水结构流通于消能水流通道（5）和发电站（6）的尾水池（7）。

2.根据权利要求1所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述水流消能结构包括底流消能结构、旋流消能结构和跌坎消能结构中的一种或多种，并沿消能水流通道（5）的延伸方向设置有一级或多级水流消能结构。

3.根据权利要求1所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述池体（11）通过闸室（3）与所述发电水流通道（4）连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述溢流排水结构包括构筑于所述池体（11）一侧的侧槽（12），侧槽（12）与池体（11）之间构筑有侧堰（14），侧堰（14）具有所述溢流高度，且侧堰（14）的顶部高于侧槽（12）底部。

5.根据权利要求4所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述长距离调水工程高落差双通道消能系统具有浅埋型系统结构和深埋型系统结构两种；

在浅埋型系统结构中，所述池体（11）为明渠式结构，所述发电水流通道（4）为埋于地下的管道式结构，所述侧槽（12）和所述消能水流通道（5）均为明渠式结构；

在深埋型系统结构中，所述池体（11）为隧洞式结构，所述发电水流通道（4）为埋于地下的管道式结构，所述侧槽（12）为隧道式结构，所述消能水流通道（5）为设于地下的多段式消能通道结构。

6.根据权利要求5所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述多段式消能通道结构包括沿上游至下游的方向依次设置的折流消能段（51）、竖井消能段（52）和多级消能段（53）；

所述多级消能段（53）沿水流方向依次设置多级水流消能结构。

7.根据权利要求5所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：在深埋型系统结构中，隧洞式结构的池体（11）的上部一侧沿水流方向开设有溢流口，并通过溢流口与该侧的隧洞式结构的所述侧槽（12）连通，所述侧堰（14）靠近侧槽（12）的一侧设有弧形导流面（13）。

8.根据权利要求7所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述池体（11）与侧槽（12）由钢筋混凝土一体浇筑而成。

9.根据权利要求7所述的一种长距离调水工程高落差双通道消能系统，其特征在于：所述尾水池（7）连接有下游引水构筑物（8）。

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