本發(fā)明涉及一種引水建筑物布置結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種所屬地區(qū)環(huán)境脆弱、對環(huán)境要求更高的、多泥沙河流上修建的中小型水利水電工程中的發(fā)電引水建筑物布置。

背景技術(shù)：

水利水電工程在修建樞紐擋水、發(fā)電引水建筑物時(shí)，為了保證發(fā)電引水效率及運(yùn)行穩(wěn)定，均需在河道中布置擋水建筑物，一般需將河流全部攔斷，這樣必然會影響原河道中水生生物的正?；顒?，因而一般均尚需考慮設(shè)置過魚設(shè)施，常規(guī)的做法為在擋水建筑物上或岸邊設(shè)置專用魚道等過魚設(shè)施；為保持流域內(nèi)生態(tài)穩(wěn)定，還應(yīng)考慮為下游泄放一定的生態(tài)流量，也需布置專門的生態(tài)泄放設(shè)施；此外，當(dāng)河道中天然來沙量較大時(shí)，還應(yīng)考慮設(shè)置排沙設(shè)施。上述設(shè)施的修建，不僅工程結(jié)構(gòu)型式多樣，工程運(yùn)行調(diào)度復(fù)雜，工程投資增加，重要的是由于工程規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致了對周圍環(huán)境影響的加劇，對環(huán)境脆弱地區(qū)的影響將會更大。如何在樞紐布置中貫徹環(huán)保理念，盡量減少對環(huán)境的影響，是方案設(shè)計(jì)時(shí)必須慎重考慮的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種既滿足電站發(fā)電引水防沙的主要功能要求，又可兼顧生態(tài)流量泄放及滿足魚類正常生存需求，不需分別設(shè)置專用設(shè)施，可簡化運(yùn)行，不阻斷河流，對環(huán)境的影響較小的兼顧環(huán)保及排沙需求的發(fā)電引水建筑物布置結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種兼顧環(huán)保及排沙需求的電站發(fā)電引水建筑物布置結(jié)構(gòu)，包括靠岸邊布置的引水系統(tǒng)，攔擋壩，攔擋壩位于河道中，攔擋壩上靠河床主流部位預(yù)留有缺口，靠岸邊布置的引水系統(tǒng)的進(jìn)水閘前設(shè)置擋水兼防沙坎，攔擋壩的壩身能自由溢流，攔擋壩的兩岸壩頂高程滿足汛期電站滿發(fā)時(shí)發(fā)電引用流量所需水位要求，同時(shí)滿足汛期庫內(nèi)水流流速大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動流速時(shí)所需水位要求。

所述攔擋壩與進(jìn)水閘靠近布置。

所述攔擋壩布置在河道中坡度大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑臨界坡度范圍，即選取在河道中坡度最大的范圍內(nèi)。

所述攔擋壩壩體高度為2～5米。

所述攔擋壩上缺口的位置位于河道主流范圍內(nèi)，做為魚道、生態(tài)流量、泥沙輸送通道；缺口的橫河向?qū)挾葹?～4m，滿足魚類洄游對上下游水頭及流速的要求，同時(shí)兼顧排沙及枯水期泄放生態(tài)流量需求。

所述攔擋壩的上、下游均有一定坡度，為1:0.3～1:0.7，壩頂寬為2～4m。

所述進(jìn)水閘前設(shè)置的擋水兼防沙坎的長度及坎頂高程，滿足電站所需引入的最大發(fā)電流量及過坎流速的要求，過坎流速不使得河水推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動，過坎流速為0.6～1.8m/s；還滿足枯水期河床生態(tài)流量泄放需求，高程高于枯水期河床需求的生態(tài)流量所對應(yīng)的天然河道的水位，防沙坎高度為1～2m。

所述布置結(jié)構(gòu)用于多泥沙河流上、規(guī)模為中小型的水利水電工程。

所述布置結(jié)構(gòu)用于所屬地區(qū)環(huán)境脆弱、對環(huán)境保護(hù)要求高的水利水電工程的設(shè)施布置。

本發(fā)明的有益效果是：采用簡單的布置，既滿足了電站發(fā)電引水防沙的主要功能要求；又可兼顧環(huán)境保護(hù)要求的泄放生態(tài)流量及魚類洄游需求；不需設(shè)置專用排沙設(shè)施，也不需設(shè)置專用魚道，結(jié)構(gòu)設(shè)施布置結(jié)構(gòu)簡單、對原河道的魚類活動影響較小。當(dāng)攔擋壩高度較低時(shí)往往水庫調(diào)節(jié)能力差，為滿足發(fā)電引水及泄放生態(tài)流量要求，電站進(jìn)水閘閘門需隨來水量變化情況頻繁調(diào)度。采用本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)，簡化了閘門人工調(diào)度、控制的難度。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)型式簡單，減少了工程量；由于未阻斷河流，盡可能降低了對環(huán)境的影響。此種電站發(fā)電引水布置結(jié)構(gòu)，尤其適用于多泥沙河流、所屬地區(qū)環(huán)境脆弱、對環(huán)境要求更高的中小型水利水電工程的電站發(fā)電引水建筑物布置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明兼顧環(huán)保及排沙需求的發(fā)電引水建筑物布置結(jié)構(gòu)的平面布置示意圖。

圖2為圖1中攔擋壩上缺口位置示意圖。

圖3為圖1中A—A剖面圖。

圖4為圖1中B—B剖面圖。

圖中：

1—攔擋壩；

2—缺口；

3—引水系統(tǒng)進(jìn)水閘；

4—擋水兼防沙坎。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖1～4所示，本發(fā)明的兼顧環(huán)保及排沙需求的電站發(fā)電引水建筑物布置結(jié)構(gòu)，包括靠岸邊布置的引水系統(tǒng)，攔擋壩，攔擋壩1位于河道中，攔擋壩1上靠河床主流部位預(yù)留有缺口2，靠岸邊布置的引水系統(tǒng)的進(jìn)水閘3前設(shè)置擋水兼防沙坎4，攔擋壩1的壩身能自由溢流，攔擋壩1的兩岸壩頂高程滿足汛期電站滿發(fā)時(shí)發(fā)電引用流量所需水位要求，同時(shí)滿足汛期庫內(nèi)水流流速大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動流速時(shí)所需水位要求。

具體地說，布置在河道內(nèi)、高度較低的攔擋壩1兩岸壩頂高程高、正對河道主流部位缺口2高程低。

所述攔擋壩1與進(jìn)水閘3的距離應(yīng)盡量靠近布置。

所述攔擋壩的位置，應(yīng)選擇布置在河道中坡度大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑臨界坡度范圍，一般選取在河道中坡度最大的范圍內(nèi)。

所述布置在河道內(nèi)的攔擋壩兩岸壩頂高程高、正對主河道部位缺口高程低。

所述攔擋壩壩體最大高度較低，為2～5米，對環(huán)境的影響小。壩體高度決定了順河向壩體最大底寬小，不需設(shè)置魚類休息池。其兩岸壩頂高程的設(shè)置，應(yīng)滿足汛期電站滿發(fā)時(shí)發(fā)電引用流量所需水位要求、還應(yīng)滿足汛期庫內(nèi)水流流速大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動流速時(shí)所需水位要求。

所述攔擋壩上缺口的位置應(yīng)位于河道主流范圍內(nèi)，做為魚道、生態(tài)流量、泥沙輸送等的通道；缺口的橫河向?qū)挾?，?yīng)滿足魚類洄游對上下游水頭及流速的要求，寬度一般為1～4m，缺口同時(shí)應(yīng)兼顧排沙及枯水期泄放生態(tài)流量需求。

所述攔擋壩的壩身可自由溢流，發(fā)電引用流量多余水量、泄放的生態(tài)流量從及河水中來沙通過攔擋壩的壩身溢出及缺口下泄。其斷面需滿足穩(wěn)定需求、且上、下游均布置為有一應(yīng)坡度，一般為1:0.3～1:0.7，壩頂寬兼顧施工需求但不宜太大，宜為2～4m；

所述的進(jìn)水閘前設(shè)置的防沙坎的長度及坎頂高程，應(yīng)滿足電站所需引入的最大發(fā)電流量及過坎流速的要求，過坎流速按不使得河水推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動控制，過坎流速一般為0.6～1.8m/s；還應(yīng)滿足枯水期河床生態(tài)流量泄放需求，其高程應(yīng)高于枯水期河床需求的生態(tài)流量所對應(yīng)的天然河道的水位，防沙坎高度宜為1～2m。

所述的布置結(jié)構(gòu)，適用于多泥沙河流上、規(guī)模為中、小型的水利水電工程。尤其適用于所屬地區(qū)環(huán)境脆弱、對環(huán)境保護(hù)要求很高的水利水電工程的設(shè)施布置。

本發(fā)明既滿足發(fā)電引水防沙要求；又可兼顧生態(tài)流量及魚類洄游的需求；不需設(shè)置專用魚道及生態(tài)泄放設(shè)施，減少工程量；不阻斷河流，盡可能降低了對環(huán)境的影響，同時(shí)也簡化了進(jìn)水閘閘門運(yùn)行調(diào)度、控制的難度。

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明：

某中型水電站工程，工程區(qū)環(huán)境脆弱，所屬流域?yàn)槎嗄嗌澈恿?，首部樞紐區(qū)河床右岸側(cè)為保護(hù)區(qū)。根據(jù)環(huán)保要求，工程的修建不得影響右岸保護(hù)區(qū)環(huán)境；工程修建后需保證原生魚類的正常洄游通道；河道內(nèi)需泄放生態(tài)流量至少為4.37m³/s。

工程所屬河流汛期及枯水期來水量相差較大，為保證電站的正常發(fā)電引水及效益，需壅高進(jìn)水閘閘前水位；但為兼顧枯水期泄放生態(tài)流量及魚類的正常洄游而又不必再分別設(shè)置專門的設(shè)施，因此，不宜將河流全部截?cái)唷８鶕?jù)工程的規(guī)模、開發(fā)任務(wù)需求及環(huán)保要求，為保證電站正常發(fā)電引水及效益，同時(shí)考慮盡量減少對環(huán)境的影響，在河槽內(nèi)布置了高度僅為4m的、未將河流全部截?cái)嗟臄r擋壩。為避免電站的修建影響右岸保護(hù)區(qū)，發(fā)電引水建筑物均布置在左岸。

結(jié)合工程的規(guī)模、考慮引水發(fā)電對水位、排沙及生態(tài)流量泄放的要求、工程對右岸保護(hù)區(qū)的影響及魚類種類等因素，進(jìn)行綜合分析研究確定了本工程既能滿足工程引水發(fā)電的主要功能要求，又能兼顧環(huán)保及排沙需求的發(fā)電引水建筑物布置結(jié)構(gòu)。

如圖1～4所示，在河槽中布置了攔擋壩1，起到壅高水位的作用，滿足了電站引水發(fā)電的要求。但水位的壅高必然導(dǎo)致河道內(nèi)水流流速的下降，也必然導(dǎo)致下泄水流攜沙能力的下降，如不采取措施必然導(dǎo)致庫內(nèi)泥沙的淤積，從而影響電站的發(fā)電引水質(zhì)量及正常運(yùn)行效益；同時(shí)由于本工程水庫基本無庫容，庫內(nèi)水深較淺，電站進(jìn)水閘閘前進(jìn)口流速較大，當(dāng)進(jìn)水閘開閘引水時(shí)，易使河水推移質(zhì)中較大粒徑的泥沙攜帶入渠道內(nèi)，從而導(dǎo)致發(fā)電引水含沙量增大和引水渠渠道內(nèi)的泥沙淤積。如按常規(guī)設(shè)計(jì)思路，考慮電站引水發(fā)電需求，攔擋壩1應(yīng)將河流攔斷，由于本工程尚有魚類洄游及泄放生態(tài)流量的需求，如將河道全部截?cái)?，則必須另外設(shè)置魚道及生態(tài)流量泄放的專門設(shè)施，如此則建筑物種類較多、今后電站調(diào)度運(yùn)行復(fù)雜、對周邊保護(hù)區(qū)環(huán)境影響加大、且工程投資較大。經(jīng)分析研究，為簡化結(jié)構(gòu)及工程運(yùn)行難度，且盡量減少對環(huán)境的影響，采取了以下綜合措施解決：

1、將攔擋壩1與電站進(jìn)水閘3盡量靠近布置，以使得進(jìn)入庫內(nèi)的水流流速盡量不降低過大，考慮地形條件、河道比降等因素的影響，確定攔擋壩1與電站進(jìn)水閘3相距約80m。

2、為利于庫內(nèi)泥沙排出，攔擋壩1的位置選擇布置在河道中坡度最大的范圍內(nèi)，該段平均坡度約為1％，大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑臨界坡度4‰。

3、考慮工程規(guī)模、泄流對下游的沖涮、對環(huán)境的影響程度等因素，攔擋壩1壩體壩頂高程不超過主河槽高程。攔擋壩1高度如果取得較大，雖然利于提高電站發(fā)電引水的質(zhì)量，但其導(dǎo)致的水位壅高、水深加大，將使得庫內(nèi)水流流速減低較多而不利于庫內(nèi)泥沙的排出，因而攔擋壩1的高度設(shè)置的較小?？紤]將大部分來沙排出庫內(nèi)，分析發(fā)電引水所需水位及庫內(nèi)水流流速大于推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動流速所需水位要求，經(jīng)綜合分析，攔擋壩1壩體最大高度確定為4m。

4、考慮魚類洄游等的需求，攔擋壩1不將河流全部攔斷，攔擋壩在河道左、右岸兩側(cè)布置，在河道的主流部位預(yù)留缺口2，做為魚道、生態(tài)流量、泥沙輸送等的通道。

5、根據(jù)本工程魚類的體長、游泳能力、洄游特性等特點(diǎn)，同時(shí)兼顧非汛期來水時(shí)泥沙啟動流速需要及應(yīng)滿足枯水期泄放生態(tài)流量的要求，確定缺口2的寬度。缺口基本斷面為梯形，底部寬度為2.0m，兩側(cè)坡比為1:1，洄游季節(jié)缺口內(nèi)水深為0.6～4.1m,缺口處最大流速約為1.2m/s，缺口順河向最大底寬為5.2m。缺口處的截面尺寸，滿足了魚類正常洄游的要求；同時(shí)，當(dāng)枯水期天然來水量較小時(shí)，生態(tài)需水量以基本等同于原河道的狀態(tài)通過缺口2下泄，汛期天然來水量較大時(shí)，生態(tài)需水量通過缺口2及攔擋壩兩側(cè)高高程壩身1聯(lián)合下泄。

6、由于攔擋壩1的高度較低，河水中來沙通過攔擋壩1的壩身及缺口2下泄?？菟趤硭畞砩沉啃r(shí)，可通過缺口2下泄、汛期來水來沙量較大時(shí)，可通過壩身及缺口2聯(lián)合下泄。壩身按可自由溢流設(shè)置體型，考慮壩體穩(wěn)定及過壩水流與下游的銜接，其斷面為上、下游均布置為有一應(yīng)坡度，均取為1:0.4。壩頂寬兼顧施工需求但不宜太大，本工程取為2m。

7、進(jìn)水閘3前設(shè)置的擋水兼防沙坎4的長度及坎頂高程，應(yīng)滿足電站所需引入的最大發(fā)電流量及過坎流速的要求，過坎流速按不使得河水推移質(zhì)泥沙中值粒徑啟動控制，根據(jù)河道來流流量及泥沙含量、顆粒組成情況，過坎流速范圍為0.6～1.8m/s；

擋水兼防沙坎4的長度及坎頂高程，還應(yīng)滿足枯水期河床生態(tài)流量泄放需求，其高程應(yīng)高于枯水期河床需求的生態(tài)流量所對應(yīng)的天然河道的水位。根據(jù)環(huán)保要求，工程需泄放生態(tài)流量至少應(yīng)為4.37m³/s，根據(jù)河道天然水位流量關(guān)系線，河道天然來流量為4.37m³/s時(shí)，對應(yīng)的水位為2157.14m，即為保證生態(tài)流量最低需求，進(jìn)水閘前擋水坎高程應(yīng)高于2157.14m?？紤]下泄的生態(tài)流量的保證率，確定電站進(jìn)水閘前擋水坎高程為2157.50m，坎高度為1m，長度為40m。這樣就可以保證當(dāng)河道內(nèi)天然來水量小于4.37m³/s時(shí)，不需人工調(diào)度控制，全部天然來水即可不進(jìn)入電站進(jìn)水閘內(nèi)而全部進(jìn)入原河道中。擋水坎的設(shè)置既給予了生態(tài)流量泄放需求的絕對保證，又簡化了進(jìn)水閘閘門的頻繁調(diào)度及運(yùn)行難度。由于未再設(shè)置專門的生態(tài)流量泄放設(shè)施，節(jié)省了工程投資，也減小了對環(huán)境的影響。

以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍會在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。