CN112301962B - 一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法。它通过在输水建筑物的出口检修闸处增设门式贯流泵，实现不影响正常供水和过流的条件下，更显著地提升过流能力；过流能力提升方法，包括如下步骤，步骤一：根据输水渠道过流能力提升需求，推导渠段内的水力坡降；步骤二：根据渠段内水力坡降，利用L、i，估算门式贯流泵具备的最小扬程；步骤三：拟定门式贯流泵扬程值，计算不同扬程条件下，输水渠道过流能力，绘制过流能力～扬程曲线对应关系；步骤四：将门式贯流泵安装在检修闸共用门槽中。本发明具有在不影响正常供水的同时，显著提高过流能力的优点。

Description

一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法

技术领域

本发明涉及大型输水工程建设运行领域，更具体地说它是一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法。

背景技术

21世纪以来，我国兴建了多项大型引调水工程，向水资源短缺地区进行城市供水、农业灌溉、生态补水等。随着运行年度的增加，大型引调水工程的渠道过流能力可能达不到设计规模，或难以满足用户日益增长的需水要求，体现在渠道控制在设计或加大水位附近运行时，过流能力远低于原设计水平，或渠道输送设计或加大流量时，渠道实际运行水位超过原设计值，渠道超高不满足安全运行要求。

目前，对大型输水渠道过流能力提升的工程技术主要是渠底清淤或渠道衬砌修复，和原有渠道工程改扩建两大类。渠底清淤或渠道衬砌修复措施，如中国专利CN102852120A，对渠道过流能力提升效果有限，一般仅能恢复原设计水平。渠道工程改扩建措施，如增大输水断面，需要停水检修，对供水保证率高的引调水工程不适用。此外，一些增加渠道水体流速以增加过流能力的装置，如中国专利CN104404921A，因装置布置于渠底而对渠道原水流造成干扰，并且对大型渠道过流能力增加效果有限。

因此，现亟需开发一种提高大型渠道过流能力的方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，通过增设贯流泵，实现调整渠道内水力坡降，在不影响正常运行条件下，大幅提升大型引调水工程的过流能力，约提升工程的过流能力1.5倍。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，其特征在于：通过在输水建筑物的出口检修闸处增设门式贯流泵，实现在不影响正常供水的前提下，显著提升大型引调水工程过流能力；

过流能力提升方法，包括如下步骤，

步骤一：根据输水渠道过流能力提升需求，推导渠段应具备的水力坡降；

步骤二：根据渠段内水力坡降，利用渠段长度L、纵坡i，估算门式贯流泵应具备的最小扬程；

步骤三：拟定多组门式贯流泵扬程值；其中，多组门式贯流泵扬程值中的最小扬程值减小的情形取一组或一组以上、增加的情形取多组，计算不同扬程条件下，输水渠道过流能力，绘制过流能力～扬程曲线对应关系，用于根据过流能力提升需求等条件进行设备选型；

步骤四：步骤三中选用的门式贯流泵应用时，将其安装在检修闸共用门槽中；

当输水渠道已大于设计流量供水时，将门式贯流泵就位在检修门槽中启动工作，通过过流能力～扬程曲线调节过水流量；

当渠道输水流量小于设计流量时，将门式贯流泵提起，仍以现状弧形闸门控制水流。

在上述技术方案中，在步骤一中，渠段内的水力坡降，按公式(1-1)计算，

式(1-1)中，i’为新水力坡降；Q为过流流量，单位m³/s；A为过流面积，单位m²；R为水力半径，单位m；n为糙率。

在上述技术方案中，在步骤二中，门式贯流泵具备的最小扬程，按公式(2-1)、(2-2)、(2-3)估算，

H＝h_L’-h_L (2-1)

h_L’＝L×i’ (2-2)

h_L＝L×i (2-3)

式(2-1)、(2-2)、(2-3)中，h_L、为原水面降；h_L’为新水面降；H为扬程，单位m；L为渠段长度，单位m；i为纵坡。

在上述技术方案中，在步骤三中，当门式贯流泵扬程值中的最小扬程值减小时，取一组或一组以上门式贯流泵扬程值；

当门式贯流泵扬程值中的最小扬程值增加时，取多组门式贯流泵扬程值。

在上述技术方案中，在步骤四中，门式贯流泵通过叶片开度或转速调节流量。

本发明中的大型引调水工程为根据水利工程等级划分标准，大(Ⅰ)型年供水量10亿方以上，大(Ⅱ)型年供水量3-10亿方。

本发明具有如下优点：

(1)采用本发明技术可将输水渠道的过流能力提高到设计流量的1.52～1.87倍：对于长距离引调水工程，渠段平均长度按15km计，平均纵坡按1/25000计，当渠道上游端水位提升0.8m时，渠道水力坡降可增加为原水平k＝2.32倍；当渠道上游端水位提升1.5m时，渠道水力坡降可增加为原水平k＝3.5倍；根据明渠流速与水力坡降关系，渠道水流流速应增加

倍；在现状输水断面条件下，输水渠道的过流能力可增加为原水平1.52～1.87倍；

(2)采用本发明技术，可无须对现有输水建筑物进行大规模改造，不改变现有设施的运行条件下，提高输水渠道的过流能力，规避引调水工程长期在大流量下运行时的安全风险；

(3)本发明在输水渠道现状分段条件基础上，在输水建筑物的出口检修闸处增设门式贯流泵，将下游渠段的上游端水位提升，实现渠段内水力坡降增加，从而过流能力增加；

(4)本发明考虑建筑物耗用水头及水头损失等，采用的式贯流泵提升扬程约为0.8～1.5m，本发明采用的门式贯流泵在大流量(70～550m³/s)、低水头条件下均具有良好适用性；

(5)本发明门式贯流泵与现状检修闸共用门槽，与检修门轮换使用；本发明利用检修闸门的门槽固定在输水建筑物的流道运行，通过叶片开度或转速调节流量；当输水渠道已大于设计流量供水时，将贯流机组就位在检修门槽中启动工作；当渠道输水流量小于设计流量时，可将贯流泵提起，仍以现状弧形闸门控制水流；渠道检修时则放下现状检修闸门；

(6)本发明所有的改造工作可在工厂和地面进行，基本无水下工程，不影响正常供水。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实施例中的过流能力～扬程曲线图。

图1中的连续点为省略号，表示省略的渠道。

图1中的扬程表示门式贯流泵提升原水面线的高度，即新水面线与原水面线的间距。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，通过在输水建筑物的出口检修闸处增设门式贯流泵，实现在不影响正常供水的前提下，大幅地提升大型引调水工程过流能力；

过流能力提升方法，包括如下步骤，

步骤一：根据输水渠道过流能力提升需求，推导渠段应具备的水力坡降；

步骤二：根据渠段内水力坡降，利用渠段长度L、纵坡i，估算门式贯流泵应具备的最小扬程；

步骤三：拟定选取门式贯流泵扬程值；其中，多组门式贯流泵扬程值中的最小扬程值减小的情形取一组或一组以上、增加的情形取多组，计算不同扬程条件下，输水渠道过流能力，绘制过流能力～扬程曲线对应关系，用于根据过流能力提升需求等条件进行设备选型；

步骤四：步骤三中选用的门式贯流泵应用时，将其安装在现状检修闸共用门槽中；将下游渠段的上游端水位提升，实现渠段内水力坡降增加，从而过流能力增加；

当输水渠道以大于设计流量供水时，将门式贯流泵就位在检修门槽中启动工作，通过过流能力～扬程曲线调节过水流量；

当渠道输水流量小于设计流量时，将门式贯流泵提起，仍以现状弧形闸门控制水流；渠道检修时则放下现状检修闸门(如图1所示)。

进一步地，在步骤一中，渠段内的水力坡降，按公式(1-1)计算，

式(1-1)中，i’为新水力坡降，Q为过流流量，单位m³/s；A为过流面积，单位m²；R为水力半径，单位m；n为糙率。

进一步地，在步骤二中，门式贯流泵具备的最小扬程，按公式(2-1)、(2-2)、(2-3)估算，

H＝h_L’-h_L (2-1)

h_L’＝L×i’ (2-2)

h_L＝L×i (2-3)

式(2-1)、(2-2)、(2-3)中，h_L、为原水面降；h_L’为新水面降；H为扬程，单位m；L为渠段长度，单位m；i为纵坡。

进一步地，在步骤四中，检修闸门的门槽固定在输水建筑物的流道运行；门式贯流泵通过叶片开度或转速调节流量。

实施例

现以本发明应用于提升某大型引调水工程过流能力为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于提升其他大型引调水工程过流能力同样具有指导作用。

以国内某大(Ⅰ)型引调水工程为例说明。输水工程设计最大输水流量420m³/s，以明渠输水为主，总干渠线路长约1196km。沿线布置节制闸60座，将总干渠分为60个渠段。工程经过多年运行后，不可避免地存在淤积、壳菜附着等现象，渠道工程还存在衬砌板破损等现象，对输水工程过流能力可能造成一定影响，增大了以设计最大流量输水的安全风险和调度难度。随着该引调水工程受水区社会经济发展，需水量显著增加，需要长期以最大输水流量引水才能满足受水区新增需求。因此需要对该输水工程的过流能力进行提升。

首先对现有技术做法开展尝试。主要包括清淤以恢复原输水断面、衬砌修复、渠道加高、新增或扩大原输水断面。清淤技术和衬砌修复技术只能使输水工程恢复原设计过流能力；渠道加高技术措施没有从本质上降低运行水位，一方面难以满足长时期大流量输水对原工程结构安全的要求，另一方面需要重新研究输水调度方案；新增或扩大原输水断面(含)所需工程投资过大，并且伴随需要停水检修，对现有正常供水造成影响。因此，采用本发明技术对输水工程的过流能力进行提升；

根据输水渠道过流能力提升需求，推导渠段内应具备的水力坡降。具体方法为：

式中，i’为新水力坡降，Q为过流流量，A为过流面积，R为水力半径，n为糙率；

根据渠段内水力坡降，利用渠段长度L、纵坡i，估算门式贯流泵至少应具备扬程。具体方法为原水面降h_L＝L×i，新水面降h_L’＝L×i’，则扬程H＝h_L’-h_L；

拟定6～8组门式贯流泵扬程值，其中相对最小扬程值减小的情形取1～2组，增加的情形取5～6组；计算不同扬程条件下，输水渠道过流能力，绘制过流能力～扬程曲线对应关系；不同渠段有不同过流能力～扬程曲线关系，本实施例中的过流能力～扬程曲线示意图参见附图2；从图2可知：提升后的过流能力越大，所需扬程越大；

步骤四：将门式贯流泵安装在现状检修闸共用门槽中；将下游渠段的上游端水位提升，实现渠段内水力坡降增加，从而过流能力增加；

当输水渠道已大于设计流量供水时，将门式贯流泵就位在检修门槽中启动工作，参考过流能力～扬程曲线，根据所需过流量要求调节设备；

当渠道输水流量小于设计流量时，将门式贯流泵提起，仍以现状弧形闸门控制水流；渠道检修时则放下现状检修闸门。

结论：本实施例能将下游渠段的上游端水位提升，实现渠段内水力坡降增加，从而增加过流能力；本实施例所有的改造工作可在工厂和地面进行，基本无水下工程，不影响正常供水。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (4)

1.一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，其特征在于：通过在输水建筑物的出口检修闸处增设门式贯流泵，实现在不影响正常供水的前提下，大幅地提升大型引调水工程过流能力；

过流能力提升方法，包括如下步骤，

步骤一：根据输水渠道过流能力提升需求，推导渠段应具备的水力坡降；

步骤二：根据渠段内水力坡降，利用渠段长度L、纵坡i，估算门式贯流泵应具备的最小扬程；

在步骤二中，门式贯流泵具备的最小扬程，按公式（2-1）、（2-2）、（2-3）估算，

H= h_L’-h_L（2-1）

h_L’=L×i’（2-2）

h_L=L×i（2-3）

式（2-1）、（2-2）、（2-3）中，h_L、为原水面降；h_L’ 为新水面降；H为扬程，单位m；L为渠段长度，单位m；i为纵坡，i’为新水力坡降；

步骤三：拟定门式贯流泵扬程值，计算不同扬程条件下，输水渠道过流能力，绘制过流能力~扬程曲线对应关系，用于根据过流能力提升需求的条件进行设备选型；

步骤四：步骤三中选用的门式贯流泵应用时，将其安装在检修闸共用门槽中；

当输水渠道已大于设计流量供水时，将门式贯流泵就位在检修门槽中启动工作；

当渠道输水流量小于设计流量时，以现状弧形闸门控制水流。

2.根据权利要求1所述的不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，其特征在于：在步骤一中，渠段应具备的水力坡降，按公式（1-1）计算，

（1-1）

式（1-1）中，i’为新水力坡降；Q为过流流量，单位m³/s；A为过流面积，单位m²；R为水力半径，单位m；n为糙率。

3.根据权利要求2所述的不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，其特征在于其中，在步骤三中，当门式贯流泵扬程值中的最小扬程值减小时，取一组或一组以上门式贯流泵扬程值；

当门式贯流泵扬程值中的最小扬程值增加时，取多组门式贯流泵扬程值。

4.根据权利要求3所述的不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法，其特征在于：在步骤四中，门式贯流泵通过叶片开度或转速调节流量。

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