CN210658249U - 一种用于抽蓄工程的泄洪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于抽蓄工程的泄洪装置，包括设于抽蓄工程下水库外侧的泄洪排沙建筑物以及设于下水库入口处的溢流坝，所述溢流坝包括坝体和两个挡水墙；两个挡水墙分设于坝体长度方向的两端，所述坝体的表面、两个挡水墙的内侧面围成供洪水流入下水库的通道。由此，当遭遇分流标准以下洪水，上游水位低于溢流坝坝顶高程，溢流坝坝址上游洪水从泄洪排沙建筑物排至下游；当遭遇分流标准以上洪水，上游水位高于溢流坝坝顶高程，泄洪排沙建筑物、溢流坝共同承担溢流坝坝址上游洪水，部分尖峰洪水翻过溢流坝进入下水库。从溢流坝上分流的洪水受溢流坝挡水墙限制，从溢流坝坝体上宣泄至下游护坦，再在下游护坦上消能从而进入下游河道。

Description

一种用于抽蓄工程的泄洪装置

技术领域

本实用新型涉及水工建筑物设计制造技术领域，尤其涉及一种用于抽蓄工程的泄洪装置。

背景技术

抽水蓄能电站通常额定水头高，在高泥沙河流上，若过机含沙量不能控制在合理水平（按同类工程经验控制水平约为0.029-0.093kg/m³），在机组制造时，转轮叶片、上冠、下环、导叶等主要过流部件需采用抗磨损能力强的不锈钢材料及特殊的热处理工艺，蜗壳、座环、固定导叶采用优质结构钢，由此势必增加机组制造的成本；在机组运行期，过高的过机含沙量将加剧空蚀和磨损的联合作用，缩短检修周期，增大过流件更换频率、不利于机组安全、稳定运行，虽然可通过错开过机含沙量较高时段的避峰运行方式可实现对机组的保护，但会减少机组的有效运行时间、削弱机组在电网中的调节作用，从电站运行的经济性以及对电网的动态调节效应角度而言都是非常不利的。另外因抽蓄工程水库库容较小，工程运行期淤积影响也较为突出。基于此，机组过机含沙及水库淤积控制常成为制约工程布置及规模的重要因素。

为避免高悬移质洪水入库影响水电站机组长期稳定运行和水库有效库容，国内高泥沙河流上的抽蓄工程多采用专用库的布置格局，如呼和浩特、阜康等抽蓄工程，其泄水建筑物有库尾泄洪排沙建筑物和库内泄洪放空建筑物，库尾泄洪排沙建筑物包括泄洪排沙洞，采用挡水坝拦蓄，通过泄洪排沙洞将挡水坝以上流域各频率洪水全部从水库外侧绕道排向大坝下游，含沙水流不汇入下水库，库尾拦沙坝和水库拦河坝围成一个蓄能电站专用库。

该种布置方式，结合抽蓄工程库坝多处于山间小溪流上，库址以上的集雨面积小，河床纵坡陡，降雨产汇流快，洪水通常具有“峰高量小”、“大水大沙”的特点，一般会存在以下问题：

1）库尾泄洪排沙建筑物规模大

泄洪排沙建筑物承担下水库库尾区域各频率洪水的下泄任务，其洪水设计标准等同于下水库挡水、泄洪建筑物设防标准，洪水标准高；虽单次总洪量有限，但因所在山区河流产汇流快，洪水设计模数大，洪水过程线呈尖瘦型，洪峰流量大。为避免挟沙洪水入库，通常泄洪排沙洞按尖峰流量设计，导致洞身尺寸较大。

2）库内放空建筑物可利用率不高

库内放空建筑物，主要承担下水库专用库的调蓄、放空等任务，放空建筑物若仅按调蓄要求设计，洞身尺寸通常很小，难以满足放空、机械施工和导流等要求，故基于调蓄、放空、机械施工和导流等要求综合考虑设计的放空建筑物，其尺寸较调蓄要求洞径通常略大，经济性不佳，且利用率不高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于抽蓄工程的泄洪装置，特别适用于高泥沙河流上的抽蓄电站工程泄洪分流，在避免日常运行过程中泥沙对机组稳定运行和水库有效库容的不利影响的前提下，大幅减小工程泄洪建筑物规模、加快工程施工进度、节约工程投资。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于抽蓄工程的泄洪装置，包括设于抽蓄工程下水库外侧的泄洪排沙建筑物，还包括设于下水库入口处的溢流坝，所述溢流坝包括坝体和两个挡水墙；两个挡水墙分设于坝体长度方向的两端，所述坝体的表面、两个挡水墙的内侧面围成供洪水流入下水库的通道。

由此，当遭遇分流标准以下洪水，上游水位低于溢流坝坝顶高程，溢流坝以上洪水从泄洪排沙建筑物排至下游；当遭遇分流标准以上洪水，上游水位高于溢流坝坝顶高程，泄洪排沙建筑物、溢流坝共同承担溢流坝坝址以上洪水，部分尖峰洪水翻过溢流坝进入下水库。从溢流坝上分流的洪水受溢流坝挡水墙限制，从溢流坝坝体上宣泄至下游，再在下游护坦上消能从而进入下游河道。

作为上述技术方案的进一步改进：

为实现洪水引流，所述挡水墙包括设于坝体顶部的墩台及设于墩台下端的导墙。

为保护河床免受水流冲刷或其他侵蚀破坏，所述溢流坝还包括连接于坝体下端的护坦。

为防止护坦边坡受冲刷，所述护坦沿坝体长度方向的两端设有护坡。

所述泄洪排沙建筑物为泄洪排沙洞，所述泄洪排沙洞的入口底部高程低于所述坝体的顶部高程。

所述泄洪排沙洞的上游河道底部开设有沉砂池。

可基于本实用新型对抽蓄工程可能面临的洪水继续以下三大核心技术的深入研究：

一是分流设计思路，在维持工程泄洪设计标准的前提下，拟定一个分流标准，在分流标准以下洪水，溢流坝以上洪水从泄洪排沙洞排至下游，在分流标准以上洪水，泄洪排沙洞、溢流坝共同承担拦沙坝坝址以上洪水，部分尖峰洪水翻过溢流坝进入下水库，溢流坝按分流标准设计，泄洪排沙洞按分流情况设计最大洪水分流的流量设计，保证在原泄洪标准下，泄洪排沙洞规模大幅降低，且各工况下仍按明流设计，安全可靠，且充分发挥库内泄洪放空建筑物功能效益。

二是分流结构设计方法，在抽蓄工程库址普遍天然河道狭窄、河床纵坡大，溢流坝及泄洪排沙洞进水口前洪水流态紊乱，采用常规设计理念，确保把握各种工况下流量关系来进行体型设计，针对这种紊流流态，实际操作性不强，而且耗时耗力。在此，摈弃传统繁复的设计方法，通过总结提炼出分流标准时刻溢流坝前水深值、最大洪水分流比两项指标分别进行溢流坝、泄洪排沙洞结构设计，实施操作方便，设计安全保障。

三是最优分流标准确定理念，分流标准的选择，是该布置方案的关键，该种泄洪分流布置随着分流标准的降低，泄洪排沙洞泄洪能力随之降低，分流入库的流量随之增加，进而泄洪排沙洞洞径随之减小，而库内的泄洪措施便随之增大，在满足功能前提下，可做出工程投资与分流标准的曲线，以极值确定最优的分流标准。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型可在避免日常运行过程中泥沙对机组稳定运行和水库有效库容的不利影响的前提下，可大幅减小工程泄洪建筑物规模、加快工程施工进度、节约工程投资。

附图说明

图1为本实用新型实施例的用于抽蓄工程的泄洪装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的用于抽蓄工程的泄洪装置的上游立视图。

图3为本实用新型实施例中的溢流坝的结构示意图。

图例说明：1、坝体；2、挡水墙；21、墩台；22、导墙；3、护坦；4、护坡；5、泄洪排沙洞；51、入口；6、沉砂池。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的用于抽蓄工程的泄洪装置，包括设于抽蓄工程下水库外侧的泄洪排沙洞5，以及设于下水库入口处的溢流坝。泄洪排沙洞5的入口51底部高程低于溢流坝坝顶高程，泄洪排沙洞5上游河道洪水先流向泄洪排沙洞5中。且泄洪排沙洞5的上游河道底部开设有沉砂池6。

如图3所示，溢流坝包括坝体1、两个挡水墙2和护坦3；两个挡水墙2分设于坝体1长度方向的两端，挡水墙2包括设于坝体1顶部的墩台21及设于墩台21下端的导墙22，坝体1的表面、两个挡水墙2的内侧面围成供洪水流入下水库的通道。护坦3连接于坝体1的下端，护坦3沿坝体1长度方向的两端设有护坡4。

本实施例依托河南某抽蓄下水库工程。该抽蓄下水库工程挡水建筑物拦河坝为混凝土面板堆石坝，泄水建筑物包括库尾拦沙坝和泄洪排沙洞、库内放空洞等建筑物。

拦沙坝位于下水库库尾上游约400m处，结合泄洪排沙洞进水口布置，坝型采用混凝土重力坝，最大坝高23.0m，由挡水坝和开敞式溢流堰组成，开敞式溢流堰位于拦沙坝右侧，靠近泄洪排沙洞进水口，溢流堰溢流前缘总宽40m，堰顶高程668.02m，等同于泄洪排沙洞单独泄放50年一遇洪峰流量459m³/s时拦沙坝上游水位。

泄洪排沙洞布置于拦沙坝上游河道右岸山体内，由进水口、隧洞和挑流鼻坎组成，平面上呈直线布置，进水口底板高程656.00m，洞身采用城门洞型隧洞，洞身尺寸沿程为7.00m×12.00m~8.00m，泄洪排沙洞洞身长度1570.00m，出口采用挑流消能。

放空洞布置于下水库左岸山体内，由引水渠、进水口、有压隧洞、闸门井、无压隧洞段、挑流鼻坎组成。主要承担下水库泄洪、预泄和水库放空等任务。

从图1中可看出，在库尾原河道上布置有拦沙坝，在水流流向上布置有泄洪排沙洞，拦沙坝及泄洪排沙洞进水口结合布置，水流可通过泄洪排沙洞和拦沙坝两个通道下泄。

图2为图1拦沙坝及泄洪排沙洞进水口控制端上游立视图，在拦沙坝上游来水较小时，上游水位未超拦沙坝溢流堰堰顶，上游来水仅能从泄洪排沙洞下泄至下游，直接宣泄至下水库大坝下游；随拦沙坝上游水位增大，达到一定程度，上游水位超过拦沙坝堰顶高程，上游来水有两条宣泄通道，其一，通过泄洪排沙洞宣泄至下水库大坝下游，其二，通过拦沙坝溢流堰宣泄至下水库库盆内，再通过下水库左岸放空洞宣泄至下水库大坝下游。

分流标准选择上，当泄洪排沙洞最大泄洪能力按校核洪水设计时，拦沙坝上所有洪水均可通过泄洪排沙洞排至下水库大坝下游河道，拦沙坝无需承担分流任务，即为传统意义上的专用库方案，如呼和浩特、阜康等抽蓄工程；当泄洪排沙洞最大泄洪能力小于拦沙坝上校核洪水相应洪峰流量时，需考虑拦沙坝分流部分洪水，即为分流方案，分流方案随着分流标准的降低，泄洪排沙洞泄洪能力随之降低，分流入库的流量随之增加，进而泄洪排沙洞洞径随之减小，而下水库库内的泄洪措施便随之增大，从经济性来说，能找到经济最优的分流标准。洛宁抽蓄泄洪排沙洞兼顾运行期泄洪排沙和施工期施工导流的双重任务，按此原则执行，随之分流标准降低至50年分流标准后，需重新考虑导流度汛措施，确定最优控制标准为50年分流标准。

在抽蓄工程库址普遍天然河道狭窄、河床纵坡大，拦沙坝及泄洪排沙洞进水口前洪水流态紊乱，采用常规设计理念，将设计水位成果和水工模型试验测点水位成果进行一一比对，确保把握各种工况下流量关系来进行体型设计，针对这种紊流流态，实际操作性不强，而且耗时耗力。在此，摈弃传统繁复的设计方法，通过分流标准时刻拦沙坝前水深值（因堰前位置行进流速低，水力学计算成果与水工模型试验成果接近）、最大洪水分流比两项指标分别进行拦沙坝溢流堰、泄洪排沙洞结构设计，实施操作方便，设计安全保障。

泄洪排沙洞和拦沙坝溢流堰设计，通过水力学计算和水工模型试验，仅需重点论证了分流标准下的拦沙坝堰顶高程，校核洪水下的泄洪排沙洞和拦沙坝分流比成为分流比。在遭遇50年一遇洪峰459m³/s时，因拦沙坝处于开始宣泄的临界点，坝前流速基本为0，水工模型试验拦沙坝前3m测点水位为668.07m，与设计拟定的拦沙坝堰顶高程668.02m仅相差0.05m，基本吻合，拟定堰顶高程668.02m。在校核洪水洪峰流量911m³/s时，泄洪排沙洞与拦沙坝溢流堰分流比试验值、设计值分别为2.1、2.0，模型值与设计值都基本相当，进而以此为依据拟定泄洪排沙洞、拦沙坝溢流堰结构体型。

相较于传统蓄能专用库方案，洛宁抽水蓄能的50年分流方案，与不分流方案相比，泄洪排沙洞投资减少1170万元、工期缩短3.5个月，且根据经验公式计算，电站在日常运行时平均过机含沙量约0.17g/m³，最大过机泥沙粒径不超过0.1mm，过机泥沙含量及粒径符合规范和工程经验要求，仅在遭遇超50年一遇洪水时，出现洪水分流入库时，需考虑机组避峰运行,而按概率来说,整个工程使用年限内出现这种次数也是屈指可数的,对电网安全运行影响微乎其微。

该种分流布置形式及设计手段，能大幅减小工程泄洪建筑物规模、加快工程施工进度、节约工程投资等特点，且设计概念清晰，可操作性强，在同类抽蓄工程中，具有较好的推广价值。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种用于抽蓄工程的泄洪装置，包括设于抽蓄工程下水库外侧的泄洪排沙建筑物，其特征在于，还包括设于下水库入口处的溢流坝，所述溢流坝包括坝体（1）和两个挡水墙（2）；两个挡水墙（2）分设于坝体（1）长度方向的两端，所述坝体（1）的表面、两个挡水墙（2）的内侧面围成供洪水流入下水库的通道。

2.根据权利要求1所述的用于抽蓄工程的泄洪装置，其特征在于，所述挡水墙（2）包括设于坝体（1）顶部的墩台（21）及设于墩台（21）下端的导墙（22）。

3.根据权利要求1所述的用于抽蓄工程的泄洪装置，其特征在于，所述溢流坝还包括连接于坝体（1）下端的护坦（3）。

4.根据权利要求3所述的用于抽蓄工程的泄洪装置，其特征在于，所述护坦（3）沿坝体（1）长度方向的两端设有护坡（4）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于抽蓄工程的泄洪装置，其特征在于，所述泄洪排沙建筑物为泄洪排沙洞（5），所述泄洪排沙洞（5）的入口（51）底部高程低于所述坝体（1）的顶部高程。

6.根据权利要求5所述的用于抽蓄工程的泄洪装置，其特征在于，所述泄洪排沙洞（5）的上游河道底部开设有沉砂池（6）。

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