CN214573795U - 用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种取水防沙复合结构，尤其是公开了一种用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，属于水利水电工程建物设计建造技术领域。提供一种具有且能够长期保持一定调节库容，同时满足取水防沙要求的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构。所述的取水防沙复合结构包括水量调节库、防沙系统和取水系统，所述的防沙系统布置在水量调节库的上游侧，所述的取水系布置在水量调节库的下游侧；夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统初步过滤，位于水量调节库内的过滤水体通过所述的取水系统输出至发电站。

Description

用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构

技术领域

本实用新型涉及一种取水防沙复合结构，尤其是涉及一种用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。

背景技术

1.名词解释

1)调节库容是指为水力发电提供调节径流的水库容积，通常是指正常蓄水位与最低运行水位之间的水库容积。

2)径流式水电站通常是指不具备调节库容，不能进行径流调节的水电站。径流式水电站只能在水电站装机容量的范围内，按照河道天然来水流量和时段，发出相应的水电站出力，不能适应电力系统负荷变化的要求，也不能存续多余的径流，电能品质较差。

3)径流调峰式水电站是指在径流式水电站的基础上，通过增加挡水坝的高度以获得调节库容，从而具备调节库容的水电站。

关于径流式水电站和径流调峰式水电站的区别，举一个例子：1)径流式水电站不具备调节库容，每天河道来多少水就发多少电，来流量小于引用流量时，什么时候来水就什么时候发电，其提供电力的时段不一定就是电网负荷需求的时段，因为其电能品质较差；2)径流调峰式水电站通过增加坝高获得了调节库容，因为可以把一天内河道的来流都存在水库里，在一天中电网最需要的时段，如发展中国家下班～晚上休息这段用电高峰时段集中发电，因而电能品质较好。

2.常规布置方案

山区泥沙问题突出的径流式水电站首部枢纽常规布置方案的结构特征为：1)首部枢纽由溢流坝、冲沙闸、取水口、地下沉沙池、排沙通道、引水隧洞等组成；2)溢流坝堰顶高程与水电站最低运行水位基本相同，即水库不具备调节库容。该结构的优点为：1)溢流坝坝高和取水口高度均较低，首部枢纽挡、泄水建筑物工程量较小；2)仅需按径流方式运行，运行较为简单。该结构的主要问题：1)不具备调节性能，电能品质较差；2)溢流坝高度较低，取水口只能在高程方向距河床较低的位置取水，汛期的引用流量中泥沙含量较高时，需要专门设置沉沙池的建筑物才能满足取水防沙要求，首部枢纽的取水防沙建筑物工程量较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具有且能够长期保持一定调节库容，同时满足取水防沙要求的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，所述的取水防沙复合结构包括水量调节库、防沙系统和取水系统，所述的防沙系统布置在水量调节库的上游侧，所述的取水系布置在水量调节库的下游侧；夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统初步过滤，位于水量调节库内的过滤水体通过所述的取水系统输出至发电站。

进一步的是，所述的防沙系统包括拦沙溢流机构和一次沉沙冲排机构，顶部高程不低于水量调节库最高水位的拦沙溢流机构布置在水量调节库的上游侧，一次沉沙冲排机构布置在拦沙溢流机构上游侧的河道侧岸上，与所述拦沙溢流机构相邻布置的一次沉沙冲排机构的冲排线与河道流向呈向下游倾斜的布置。

上述方案的优选方式是，所述的拦沙溢流机构为布置在上游河道中的拦沙溢坝，所述冲排线与河道流向的夹角在30～45°之间。

进一步的是，所述的一次沉沙冲排机构包括上游取水口、上游冲沙闸室组件和排沙隧洞，所述的上游冲沙闸室组件布置在排沙隧洞的入口端，所述的上游冲沙闸室组件通过所述的上游取水口与上游侧的河道连通，所述排沙隧洞的出口端与取水系统下游侧的河道连通。

上述方案的优选方式是，所述的取水系统包括下游溢流坝、二次沉沙冲排机构和取水机构，顶部高程不低于水量调节库最高水位的下游溢流坝布置在水量调节库的下游侧，位于水量调节库内的水流中的夹沙通过所述的二次沉沙冲排机构排至下游溢流坝的下游侧河道中，取水机构与二次沉沙冲排机构相邻的布置在下游溢流坝上游侧的河道侧岸上。

进一步的是，所述的二次沉沙冲排机构包括一至两套下游冲沙闸室组件，各套所述的下游冲沙闸室组件与取水机构的水流入口相邻的布置在所述的下游溢流坝上。

上述方案的优选方式是，所述的取水机构包括取水闸室组件、下游取水口和引水输送组件，所述的取水闸室组件布置在下游取水口的入口端，所述的引水输送组件与下游取水口的出口端连通，取水机构的水流入口位于取水闸室组件的水体流入端。

进一步的是，所述的引水输送组件至少包括一条引水隧洞，所述的取水闸室组件至少包括两套取水口闸门，各套所述的取水口闸门并排的布置在下游取水口的入口端。

上述方案的优选方式是，下游取水口底板的高程高于下游冲沙闸室组件底板的高程，低于下游溢流坝坝顶的高程。

进一步的是，由防沙系统、取水系统与河道两侧岸坡围成的水量调节库的库容量依据水电站所需的调节库容计算确定。

本实用新型的有益效果是：本申请通过设置一套包括水量调节库、防沙系统和取水系统的取水防沙复合结构，并将所述的防沙系统布置在水量调节库的上游侧，将所述的取水系布置在水量调节库的下游侧；然后使夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统初步过滤，并使位于水量调节库内的过滤水体通过所述的取水系统输出至发电站。这样，由于有了水量调节库，从而在水量较大或在不需要电能时，通过水量调节库先将水储存起来，而在需要发电时再通过取水系统输出实现发电，达到长期保持一定调节库容的目的，同时，由于水流输入发电站时，先通过防沙系统进行初步过滤，然后再输入水量调节库中，进而再输入发电站中，从而可以达到满足水电站取水防沙的要求。

附图说明

图1为本实用新型用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构的平面布置图。

图中标记为：水量调节库1、防沙系统2、取水系统3、拦沙溢流机构4、一次沉沙冲排机构5、冲排线6、上游取水口7、上游冲沙闸室组件8、排沙隧洞9、下游溢流坝10、二次沉沙冲排机构11、取水机构12、取水闸室组件13、下游取水口14、引水输送组件15、取水口闸门16。

具体实施方式

如图1所示是本实用新型提供的一种具有且能够长期保持一定调节库容，同时满足取水防沙要求的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构。所述的取水防沙复合结构包括水量调节库1、防沙系统2和取水系统3，所述的防沙系统2布置在水量调节库1的上游侧，所述的取水系3布置在水量调节库1的下游侧；夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统2初步过滤，位于水量调节库1内的过滤水体通过所述的取水系统3输出至发电站。本申请通过设置一套包括水量调节库、防沙系统和取水系统的取水防沙复合结构，并将所述的防沙系统布置在水量调节库的上游侧，将所述的取水系布置在水量调节库的下游侧；然后使夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统初步过滤，并使位于水量调节库内的过滤水体通过所述的取水系统输出至发电站。这样，由于有了水量调节库，从而在水量较大或在不需要电能时，通过水量调节库先将水储存起来，而在需要发电时再通过取水系统输出实现发电，达到长期保持一定调节库容的目的，同时，由于水流输入发电站时，先通过防沙系统进行初步过滤，然后再输入水量调节库中，进而再输入发电站中，从而可以达到满足水电站取水防沙的要求。

上述实施方式中，为了最大限度的简化本申请所述的各组成部分的结构，方便建造，以及后序使用过程中的维修、维护，本申请将所述的防沙系统2包括拦沙溢流机构4和一次沉沙冲排机构5，顶部高程不低于水量调节库1最高水位的拦沙溢流机构4布置在水量调节库1的上游侧，一次沉沙冲排机构5布置在拦沙溢流机构4上游侧的河道侧岸上，与所述拦沙溢流机构4相邻布置的一次沉沙冲排机构5的冲排线6与河道流向呈向下游倾斜的布置。此时，本申请将所述的拦沙溢流机构4设置为布置在上游河道中的拦沙溢坝，所述冲排线6与河道流向的夹角在30～45°之间。将所述的一次沉沙冲排机构5设置为包括上游取水口7、上游冲沙闸室组件8和排沙隧洞9的结构，所述的上游冲沙闸室组件8布置在排沙隧洞9的入口端，所述的上游冲沙闸室组件8通过所述的上游取水口7与上游侧的河道连通，所述排沙隧洞9的出口端与取水系统下游侧的河道连通。相应的，所述的取水系统3包括下游溢流坝10、二次沉沙冲排机构11和取水机构12，顶部高程不低于水量调节库1最高水位的下游溢流坝10布置在水量调节库1的下游侧，位于水量调节库1内的水流中的夹沙通过所述的二次沉沙冲排机构11排至下游溢流坝10的下游侧河道中，取水机构12与二次沉沙冲排机构11相邻的布置在下游溢流坝10上游侧的河道侧岸上。同样的，所述的二次沉沙冲排机构包括一至两套下游冲沙闸室组件，各套所述的下游冲沙闸室组件与取水机构的水流入口相邻的布置在所述的下游溢流坝上。所述的取水机构12包括取水闸室组件13、下游取水口14和引水输送组件15，所述的取水闸室组件15布置在下游取水口14的入口端，所述的引水输送组件15与下游取水口14的出口端连通，取水机构12的水流入口位于取水闸室组件13的水体流入端。所述的引水输送组件15至少包括一条引水隧洞，所述的取水闸室组件13至少包括两套取水口闸门16，各套所述的取水口闸门16并排的布置在下游取水口14的入口端。下游取水口底板的高程高于下游冲沙闸室组件底板的高程，低于下游溢流坝坝顶的高程。

同时，本申请由防沙系统2、取水系统3与河道两侧岸坡围成的水量调节库1的库容量依据水电站所需的调节库容计算确定。

具体来说，本申请上述技术方案的主要操作方式和工作原理为：

1、枯期，上游来流泥沙含量较少，关闭上游闸门、冲沙闸闸门，开启下游闸门。上游来流将翻越上游溢流坝，被下游溢流坝雍高后，经下游取水口后，进入引水隧洞至下游发电厂房发电；上游来流中夹杂的少量泥沙将会沉积在上游溢流坝前。

2、汛期：

1)当上游来流量Q1<电站引用流量Q2时，上游来流泥沙含量相对较少，关闭上游闸门、冲沙闸闸门，开启下游闸门。上游来流将翻越上游溢流坝，被下游溢流坝雍高后，经下游取水口进入引水隧洞至下游发电厂房发电；上游来流中夹杂的少量泥沙将会沉积在上游溢流坝坝前。

2)当上游来流量Q1>电站引用流量Q2时，上游来流泥沙含量相对较多，局部或全部开启上游闸门、关闭冲沙闸闸门、开启下游闸门，使得通过冲沙隧洞的下泄的流量＝上游来流量Q1-电站引用流量Q2；翻越上游溢流坝、进入下游取水口的流量为Q2。则上游溢流坝前淤积的泥沙将随冲沙隧洞排往下游，实现了上游溢流坝坝前水库的冲沙和边淤边冲；而翻越上游溢流坝的、泥沙含量相对较少的水流也将经下游取水口进入引水隧洞至下游发电厂房发电。

3)当上游来流量Q1>电站引用流量Q2，当发现上游溢流坝与下游溢流坝之间的淤积的泥沙接近下游取水口底板高程时，局部或全部开启上游闸门、开启冲沙闸闸门、关闭下游闸门，使得一部分水流夹带着上游溢流坝前淤积的泥沙通过冲沙隧洞下泄，另一部分翻越上游溢流坝的、泥沙含量相对较少的水流将夹带着上游溢流坝和下游溢流坝之间淤积的泥沙，通过冲沙闸泄往下游，从而实现了下游溢流坝坝前水库的冲沙。

综上所述，采用本申请提供的取水防沙复合结构还具有以下优点，

1)通过坝高较高的下游溢流坝的雍水作用，在上游溢流坝和下游溢流坝之间获得了一定的调节库容，电站具备了一定的调节能力，电量品质有所提高。

2)由于上游溢流坝的拦截作用，上游来流中夹带的泥沙大部分被拦截在上游溢流坝坝前，并通过冲沙隧洞下泄至下游河道，翻越上游溢流坝的少量泥沙也可以通过冲沙闸下泄至下游河道，电站的调节库容将得到有效保持。

3)下游取水口的底板高程高于冲沙闸底板高程和河床高程，而翻越上游溢流坝来到下游溢流坝前的泥沙多淤积于坝前河床部位，则进入下游取水口的水流多为高于泥沙淤积高程的清水，泥沙含量已相对较少，无需再布置专门的沉沙池以满足电站取水防沙要求，大大节约了首部枢纽取水防沙建筑物工程量。

实施例一

本申请所要解决的技术问题提供一种具有且能够长期保持一定调节库容，同时满足取水防沙要求的取水防沙复合结构。

本申请解决技术问题所采用的技术方案为：

(1)取水防沙复合结构由上游枢纽和下游枢纽组成。其中，上游枢纽包括上游溢流坝、上游取水口、冲沙隧洞组成；下游枢纽由下游溢流坝、冲沙闸、下游取水口和引水隧洞组成。

(2)上游溢流坝坝高较低，主要用于拦截沿河床顺水流运动的泥沙，其坝顶高程高于水电站正常蓄水位。

(3)上游取水口侧向布置于上游溢流坝一侧，与河流流向呈小角度相交，上游取水口设置了上游闸门以控制水流，冲沙隧洞接上游取水口布置，冲沙隧洞出口位于下游溢流坝下游。

(4)下游溢流坝坝高较高，主要用于壅高坝前水位以获得水库调节库容，其坝高依据水电站所需的调节库容确定。

(5)冲沙闸布置于下游溢流坝一侧，主要用于宣泄翻越上游溢流坝、淤积在上游溢流坝和下游溢流坝之间的泥沙；冲沙闸底板高程低于下游取水口底板高程，并与该部位河床高程相近；冲沙闸设置了冲沙闸闸门用以控制水流。

(6)下游取水口紧临冲沙闸，侧向布置于下游溢流坝一侧，设置下游闸门以控制水流，下游取水口底板高程高于冲沙闸底板高程，低于下游溢流坝坝顶高程。

Claims (10)

1.一种用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的取水防沙复合结构包括水量调节库(1)、防沙系统(2)和取水系统(3)，所述的防沙系统(2)布置在水量调节库(1)的上游侧，所述的取水系统(3)布置在水量调节库(1)的下游侧；夹杂在河道水流中的泥沙通过所述的防沙系统(2)初步过滤，位于水量调节库(1)内的过滤水体通过所述的取水系统(3)输出至发电站。

2.根据权利要求1所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的防沙系统(2)包括拦沙溢流机构(4)和一次沉沙冲排机构(5)，顶部高程不低于水量调节库(1)最高水位的拦沙溢流机构(4)布置在水量调节库(1)的上游侧，一次沉沙冲排机构(5)布置在拦沙溢流机构(4)上游侧的河道侧岸上，与所述拦沙溢流机构(4)相邻布置的一次沉沙冲排机构(5)的冲排线(6)与河道流向呈向下游倾斜的布置。

3.根据权利要求2所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的拦沙溢流机构(4)为布置在上游河道中的拦沙溢坝，所述冲排线(6)与河道流向的夹角在30～45°之间。

4.根据权利要求2或3所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的一次沉沙冲排机构(5)包括上游取水口(7)、上游冲沙闸室组件(8)和排沙隧洞(9)，所述的上游冲沙闸室组件(8)布置在排沙隧洞(9)的入口端，所述的上游冲沙闸室组件(8)通过所述的上游取水口(7)与上游侧的河道连通，所述排沙隧洞(9)的出口端与取水系统下游侧的河道连通。

5.根据权利要求4所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的取水系统(3)包括下游溢流坝(10)、二次沉沙冲排机构(11)和取水机构(12)，顶部高程不低于水量调节库(1)最高水位的下游溢流坝(10)布置在水量调节库(1)的下游侧，位于水量调节库(1)内的水流中的夹沙通过所述的二次沉沙冲排机构(11)排至下游溢流坝(10)的下游侧河道中，取水机构(12)与二次沉沙冲排机构(11)相邻的布置在下游溢流坝(10)上游侧的河道侧岸上。

6.根据权利要求5所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的二次沉沙冲排机构包括一至两套下游冲沙闸室组件，各套所述的下游冲沙闸室组件与取水机构的水流入口相邻的布置在所述的下游溢流坝上。

7.根据权利要求6所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的取水机构(12)包括取水闸室组件(13)、下游取水口(14)和引水输送组件(15)，所述的取水闸室组件(13)布置在下游取水口(14)的入口端，所述的引水输送组件(15)与下游取水口(14)的出口端连通，取水机构(12)的水流入口位于取水闸室组件(13)的水体流入端。

8.根据权利要求7所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：所述的引水输送组件(15)至少包括一条引水隧洞，所述的取水闸室组件(13)至少包括两套取水口闸门(16)，各套所述的取水口闸门(16)并排的布置在下游取水口(14)的入口端。

9.根据权利要求8所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：下游取水口底板的高程高于下游冲沙闸室组件底板的高程，低于下游溢流坝坝顶的高程。

10.根据权利要求1所述的用于多泥沙河流发电站的取水防沙复合结构，其特征在于：由防沙系统(2)、取水系统(3)与河道两侧岸坡围成的水量调节库(1)的库容量依据水电站所需的调节库容计算确定。

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