[发明专利]生态环境友好型的跌扩组合消能工

说明书

技术领域

本发明属于泄洪消能设施，特别涉及一种适用于大型水利工程的生态环境友好型的跌扩组合消能工。

背景技术

环境保护已成为当今社会对水利水电工程开发的基本要求，发展环境友好的规划设计和运行管理等是未来水利科学技术发展的必然趋势。泄洪消能是水利工程规划设计的重要组成部分之一。水利水电工程泄洪和发电泄水过程中，下泄水流发生强烈的紊动和掺气作用，使得下游河道溶解气体的含量明显增高，一定条件下发生溶解气体过饱和现象。研究表明，当溶解气体过饱和度达到一定程度（如110%）时，鱼类就可能患气泡病而死亡。因此，以降低气体过饱和度为目标，兼顾消能效率的泄洪消能方式是未来的研究目标。对于高坝泄洪消能，挑流消能是目前国内外应用较为广泛的一种消能方式。挑流消能过程中，水流与空气及下游水垫发生强烈冲击摩擦，伴随着水气界面的强烈交换，导致下游水体中溶解气体含量显著增加，并且产生的雾化现象十分严重，在下游局部地区可产生范围小、强度大的降水区和大范围的雾气区，对电站正常运转、下游岸坡稳定、两岸交通等造成严重影响[潘瑞文，高坝挑流消能述评，云南水力发电，1998,14（3）：15-19]。传统底流消能利用水跃进行消能，消力池内水体表面形成巨大旋滚，在紊动混掺的作用下，卷入大量空气成为溶解气体，并随着水流迁移影响到下游更远的范围。为此，发达国家开展了诸多研究，指出降低下泄水流进入下游水垫塘深度，可以在一定程度上降低气体过饱和度。

从泄洪消能的发展来看，多年来的模型试验和工程实践表明,把下泄水流分散成多股或多层水舌,使之尽可能均匀地射入水垫塘或消力池,是提高泄洪消能率、减小塘或池底冲击动压及节省水垫塘或消力池工程投资的最有效途径[林秉南，我国高速水流消能技术的发展，水利学报，1985（5）：23-26；戴光清，多股射流水垫塘三元流动数值模拟及消能，中国科学，1995，25（9）：1002-1008]。公开号CN101215828A的中国专利申请中公开了一种多股高低坎消力池，并通过采用收缩方式使下游流态稳定；中国专利申请公开号CN101624818A的文件中在多股高低坎消力池方案基础上进行了改进，提出了一种多股差动分列式进口消能工。对于这种多层多股底流消能方案，在保证消能率的前提下，一定程度上缓解了消力池临底指标；然而，试验表明该消能方式下游水体表面产生巨大旋滚，同样存在发生气体过饱和的问题；同时由于两股主流之间有足够的空间，主流在突扩作用下势必会有立轴漩涡产生的可能，邓军、杨忠超等通过试验或数值计算也证实了这一点[邓军，向家坝水垫塘的实验研究与数值模拟，水力发电，2004,30(11)：12-15；杨忠超，多股水平淹没射流水垫塘流场数值模拟，水力发电学报，2004，23(5)：69-73.]，在大流量下强立轴漩涡将对下游消力池底板造成严重威胁。公开号CN101538841A的中国专利申请中公开了一种消力池内挑流消能工，虽然改变了传统底流水跃消能方式，然而消力池底板附近水力学指标较高，在主流的冲击等作用下，对池内挑坎设施具有一定的破坏力，坎后且容易引起消力池的空蚀等破坏。

综上所述，目前文献或专利公开的泄洪消能方式，主要以消能效率为目标，而忽略了对下游生态、环境的影响，国外和我国部分水库都曾经发生过由于大坝泄流导致的大规模死鱼事件。现有主要消能方式如以提高消能效率为出发点，则增大了气体过饱和度；反之，若以降低气体过饱和度为起点，则将会影响消能效率，因此开展兼顾消能效率及生态环境的泄洪方式研究具有一定的经济效益和社会效益，这也正是本发明的出发点和意义所在。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于解决消能效率与生态环境的矛盾，针对现有技术中存在的缺陷，提出了一种适用于大型水利工程的生态环境友好型的跌扩式组合消能工，将挑流消能理念应用于底流消能工，不仅解决了大流量下多股泄流下游消力池底板受立轴漩涡威胁问题，而且在提高底流消能工消能效率的前提下，降低了气体过饱和度，减小对下游生态环境的影响；同时可缩短消力池长度，从而节约工程造价。

根据本发明的一个方面，一种生态环境友好型的跌扩组合消能工，可以包括：多个上游泄流槽；设置在所述多个上游泄流槽之间的泄槽隔墙；设置在所述上游泄流槽的末端处的挑流结构；设置在所述挑流结构的下游处的消力池；和设置在所述消力池的下游处的消力池尾坎和下游护坦，其中所述上游泄流槽由多个高坎泄流槽和多个低坎泄流槽组成，该高坎泄流槽和低坎泄流槽上下平行布置。