專利名稱：一種改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型水工建筑物，具體的說是一種可改善大型水利水電工程泄洪消能產(chǎn)生的氣體過飽和問題的生態(tài)友好型二道壩。
背景技術(shù)：
當今，水利水電工程的建設(shè)逐步由技術(shù)資金制約轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境制約，如何在保障水利水電工程效益的同時減弱其對生態(tài)環(huán)境的影響，已成為工程單位、流域管理部門、能源機構(gòu)都急需解決的重要問題。在水利水電工程對生態(tài)環(huán)境造成的影響中，大壩泄洪消能產(chǎn)生的下游氣體過飽和現(xiàn)象是一個突出的水環(huán)境問題。大壩泄洪消能時產(chǎn)生的高速水流伴隨大量摻氣，這種大流量、強摻氣過程會導致大壩下游河道的氣體過飽和，影響范圍可波及到下游數(shù)十千米甚至數(shù)百千米。河道氣體過飽和會造成魚類等水生生物大量死亡，對河流水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重危害。因此，在進行生態(tài)友好型水利水電工程的建設(shè)時，需要找出解決上述問題的有效技術(shù)方案。目前，雖然已知消能方式、泄洪流量與泄水建筑物的布置等是影響氣體過飽和產(chǎn)生過程的主要因素，但對于大型水利水電工程還缺少較為系統(tǒng)的解決方法，而在采用對應的生態(tài)水工建筑物來改善下游氣體過飽和方面也尚未見相關(guān)研究成果。曲璐等在高壩工程總?cè)芙鈿怏w過飽和影響的原型觀測一文中，通過紫坪鋪、三峽、二灘等多個工程的觀測，探討了影響高壩工程氣體過飽和TDG (總?cè)芙鈿怏w)生成與釋放過程的主要因素，認為發(fā)電尾水的摻混作用可降低壩下TDG過飽和度，水深越小，過飽和氣體越易逸出，因此可通過減小水墊塘內(nèi)水深來降低泄洪后的氣體過飽和度。然而，受消能效果及工程安全限制，水墊塘內(nèi)設(shè)計水深必須大于規(guī)范要求值，在具體工程應用時該方法往往并不適用。申請?zhí)?01220007036. 9的專利提出了一種壩下河道氣體過飽和無動力改善裝置，其裝置包括排架、底部固定錨、浮力體和導流板，底部固定錨固定于排架下部，浮力體固定于排架上部，導流板通過固定鉸鏈連接在排架上，在水流作用下導流板在垂直排架平面上自由轉(zhuǎn)動。該裝置可將河道底部水體通過導流裝置輸移到河道上層，同時增加水體的垂向紊動，利用水體中過飽和氣體在水深較淺時及水流垂向紊動較強時恢復較快的特點，可大幅降低氣體過飽和現(xiàn)象影響的程度和范圍，有效改善壩下河道氣體過飽和現(xiàn)象。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，自重較輕，體積較小，對河道水體的影響范圍和影響程度有限，因此主要適宜于中小型河道，但該裝置本身的設(shè)計思路限制了其在大型水利水電工程中的應用。因此，需要采用合理的技術(shù)手段，在充分利用已有的建筑布置的基礎(chǔ)上，提出可有效減弱挑流消能方式下氣體過飽和對下游河道魚類造成的影響的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，可有效降低下泄水體的過飽和度，減少由于大壩泄洪消能產(chǎn)生的氣體過飽和現(xiàn)象對下游河道中魚類的影響。
本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是 一種改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，包括壩體，壩體的下游面為溢流面，并在壩項設(shè)置閘門控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m ;壩體的溢流面未端設(shè)置跌坎，把過壩水流導至下游表面，過壩水流與下游水流平順銜接，使氣體過飽和水體位于下游河道上層，加快氣體過飽和水體逸出速度；壩體內(nèi)部設(shè)置引水道，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體引入下游。本發(fā)明技術(shù)方案在不改變傳統(tǒng)二道壩主體功能(形成水墊塘消能)的情況下，通過建立水深與氣體逸出速率的定量關(guān)系，即將水深越小、過飽和氣體越易逸出的關(guān)系具體函數(shù)化，將二道壩下游面改為溢流面以保證過流平順，并在壩項設(shè)置閘門控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m，通過減小水體深度增強水體中過飽和氣體的擴散。為防止水流過壩后經(jīng)反弧段被挑起，發(fā)生摻氣，影響氣體過飽和恢復效果，壩體的溢流面未端設(shè)置跌坎，同時過壩水流應與下游水流平順銜接，使氣體過飽和水體位于下游河道上層，加快其逸出速度。受溢流面上水深的限制，二道壩壩頂過流能力可能無法滿足大壩最大下泄能力的要求，可在壩體內(nèi)部設(shè)置引水道，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體引入下游，提高壩體過流能力。不僅如此，可在引水道內(nèi)設(shè)置貫流式水輪機，在利用水體勢能發(fā)電的同時，也可利用水輪機的攪拌能力，增強水體紊動，提高過飽和氣體的逸出速度，進一步減弱氣體過飽和對下游河道的影響。這樣，為使泄洪消能水體在經(jīng)過水墊塘后過飽和氣體能快速逸出，本發(fā)明一方面可在不減小水墊塘水深，保證消能效果及結(jié)構(gòu)安全的條件下，減少過壩水流的流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m，以加快過飽和氣體的逸出速度；另一方面，可對消能后水體進行適當攪拌，增加其紊動能力，提高過飽和氣體的逸出速度。本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是
前述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，溢流面的頂部溢流段為WES曲線，溢流面的直線段坡度為1:1. 5 1:2。溢流面的直線段及下游反弧段共同組成，根據(jù)常規(guī)溢流面的設(shè)計，混凝土壩的溢流面通常與擋水壩斷相同，多在I :0. 7 1:0. 8之間，但對二道壩而言，由于其承受動水作用較大，壩體剖面設(shè)計通常較厚，下游壩坡多在I: I I: I. 2左右。根據(jù)生態(tài)型二道壩設(shè)計的目的，水流在下游壩面上的運行時間越長，過飽和氣體逸出的越多，對氣體過飽和的改善也越明顯；但受地形及經(jīng)濟條件制約，下游壩面不可能過緩，因此考慮地形、經(jīng)濟條件及過飽和氣體逸出度的共同影響，將生態(tài)型二道壩下游壩坡確定在1:1. 5 1:2之間。即可達到增加過飽和氣體逸出度的目的，也可兼顧地形及投資的影響。前述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，跌坎挑角的角度為1° 4°。跌坎高程選擇根據(jù)面流消能中的水力計算方法確定，為使跌坎后的水流流態(tài)為自由面流，跌坎挑角應小于10°，根據(jù)模型實驗，角度以為1° 4°為最佳，其適用范圍廣，可使下游河道內(nèi)水流在下泄流量大幅變化時多數(shù)時段都處于自由面流狀態(tài)下，以提高下泄水體內(nèi)氣泡的逸出能力，減弱氣體過飽和的影響。前述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，引水道內(nèi)設(shè)置有貫流式水輪機，在引水道進水段設(shè)置引水道檢修閘門和引水道工作閘門，在引水道出水段設(shè)置尾水檢修閘門。為保障水輪機的正常工作，需要在引水道上設(shè)置引水道檢修閘門，引水道工作閘門，及尾水檢修閘門。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在保留現(xiàn)有建筑物基本功能的情況下，改變二道壩結(jié)構(gòu)，可有效降低下泄水體的過飽和度，減少由于大壩泄洪消能產(chǎn)生的氣體過飽和現(xiàn)象對下游河道中魚類的影響；不僅如此，在原二道壩的設(shè)計方案中，受經(jīng)濟、環(huán)境條件雙重限制，二道壩壩高不應過高，以使水墊塘的水深恰好滿足泄洪消能要求即可，同時考慮氣體過飽和問題，水墊塘的水深也不易過大，但采用本發(fā)明生態(tài)友好型二道壩的設(shè)計后，二道壩壩高即使不變的情況下，通過溢流閘門抬高水墊塘內(nèi)水深，即可保障消能安全，也可提高二道壩內(nèi)水輪機的發(fā)電量，經(jīng)濟、社會效益顯著；不僅可增加經(jīng)濟效益，也可使水體飽和度在通過低水頭水輪機時降低，減小下游河道水體的過飽和度，有效調(diào)控大壩泄洪造成的氣體過飽和對大壩下游水生生物的影響。


圖I是本發(fā)明二道壩的結(jié)構(gòu)組成示意圖。其中I一壩體；2—溢流面；3—溢流控制閘門；4一貫流式水輪機；5—引水道；6— 弓I水道工作閘門；7—弓丨水道檢修閘門；8—尾水檢修閘門。
具體實施例方式實施例I
本實施例提供一種改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括壩體1，壩體I的下游面為溢流面2，并在壩項設(shè)置溢流控制閘門3控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m ;溢流面2的頂部溢流段為WES曲線，溢流面2的直線段坡度為1:1. 5 1:2。壩體I的溢流面未端設(shè)置跌坎，壩體I的的跌坎采用連續(xù)式，把過壩水流導至下游表面，過壩水流與下游水流平順銜接，使氣體過飽和水體位于下游河道上層，加快氣體過飽和水體逸出速度跌坎挑角的角度為1° 4°，跌坎高程選擇根據(jù)面流消能中的水力計算方法確定。壩體I內(nèi)部設(shè)置引水道5，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體引入下游，引水道5內(nèi)設(shè)置有貫流式水輪機4，在引水道5進水段設(shè)置引水道檢修閘門7和引水道工作閘門6，在引水道出水段設(shè)置尾水檢修閘門8。本實施例在不改變傳統(tǒng)二道壩主體功能(形成水墊塘消能)的情況下，通過建立水深與氣體逸出速率的定量關(guān)系，即將水深越小、過飽和氣體越易逸出的關(guān)系具體函數(shù)化，將二道壩下游面改為溢流面以保證過流平順，并在壩項設(shè)置閘門控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m，通過減小水體深度增強水體中過飽和氣體的擴散。為防止水流過壩后經(jīng)反弧段被挑起，發(fā)生摻氣，影響氣體過飽和恢復效果，挑流跌坎采用連續(xù)式，跌坎高程選擇根據(jù)面流消能中的水力計算方法確定；使過壩水流應與下游水流平順銜接，使氣體過飽和水體位于下游河道上層，加快其逸出速度。受溢流面上水深的限制，二道壩壩頂過流能力可能無法滿足大壩最大下泄能力的要求，可在壩體內(nèi)部設(shè)置引水道，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體引入下游，提高壩體過流能力。不僅如此，可在引水道內(nèi)設(shè)置貫流式水輪機，在利用水體勢能發(fā)電的同時，也可利用水輪機的攪拌能力，增強水體紊動，提高過飽和氣體的逸出速度，進一步減弱氣體過飽和對下游河道的影響。 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，包括壩體，其特征在于所述壩體的下游面為溢流面，并在壩項設(shè)置閘門控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m ;所述壩體的溢流面未端設(shè)置跌坎，把過壩水流導至下游表面，過壩水流與下游水流平順銜接,使氣體過飽和水體位于下游河道上層,加快氣體過飽和水體逸出速度；所述壩體內(nèi)部設(shè)置引水道，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體弓I入下游。
2.如權(quán)利要求I所述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，其特征在于所述溢流面的頂部溢流段為WES曲線，溢流面的直線段坡度為1:1. 5 1:2。
3.如權(quán)利要求I所述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，其特征在于所述跌坎挑角的角度為1° 4°。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的改善氣體過飽和的生態(tài)友好型二道壩，其特征在于所述引水道內(nèi)設(shè)置有貫流式水輪機，在引水道進水段設(shè)置引水道檢修閘門和引水道工作閘門，在引水道出水段設(shè)置尾水檢修閘門。
全文摘要
本發(fā)明一種可改善大型水利水電工程泄洪消能產(chǎn)生的氣體過飽和問題的生態(tài)友好型二道壩，包括壩體，壩體的下游面為溢流面，并在壩項設(shè)置閘門控制溢流面上出流流量，使溢流面出流的最大水深不超過5m；壩體的跌坎采用連續(xù)式，同時過壩水流與下游水流平順銜接，使氣體過飽和水體位于下游河道上層，加快氣體過飽和水體逸出速度；壩體內(nèi)部設(shè)置引水道，將水墊塘內(nèi)的水體通過壩體引入下游。本發(fā)明可使水體飽和度在通過低水頭水輪機時降低，減小下游河道水體的過飽和度，有效調(diào)控大壩泄洪造成的氣體過飽和對大壩下游水生生物的影響。
文檔編號E02B7/00GK102852122SQ20121039060
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者戴會超, 劉偉, 蔣定國, 別玉靜, 毛勁喬 申請人:戴會超