用于梯级水电站下级电站的引水系统

摘要

本发明公开了一种引水系统，尤其是公开了一种用于梯级水电站下级电站的引水系统，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。提供一种既能够有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量来增加发电量，又能有效减小下游沉沙池规模的用于梯级水电站下级电站的引水系统。所述的引水系统包括上一级电站的尾水输出结构，所述的引水系统还包括下级电站进水口、下级电站引水隧洞和补水结构，所述的补水结构布置在下游河道上，上一级电站的尾水输出结构输出的水流和补水结构输出的水流均通过所述的下级电站进水口输入所述的下级电站引水隧洞中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种引水系统，尤其是涉及一种用于梯级水电站下级电站的引水系统，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。

背景技术

1、名词解释

1)梯级水电站

自河流的上游起，由上而下地拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列、呈阶梯状的分布形式，这样的开发方式称为梯级开发。

2)高水头水电站

水头通常是指水电站上游水位与下游水位的差值，高水头水电站一般是指水头大于71～250m的水电站，特高水头水电站一般是指水头大于250m的水电站。高水头水电站的出力和发电量一般取决于上游来水量。高水头尤其是特高水头水电站的水轮机组对于泥沙较为敏感，如引用流量中泥沙含量较高，常常会造成机组导叶等结构严重磨损，影响使用寿命。所以，高水头水电站常需要采取措施控制引用流量中的泥沙含量。

2、常规布置方案

山区泥沙问题突出的引水式高水头水电站梯级衔接型式常规布置方案的结构特征为：1)上游梯级水电站由上游溢流坝、上游冲沙闸、上游取水口、上游沉沙池、上游引水隧洞、上游调压室、上游压力管道、上游厂房、上游尾水渠组成；2)下游梯级水电站首部枢纽由下游溢流坝、下游冲沙闸、下游取水口、下游沉沙池、下游引水隧洞组成；3)上游尾水渠直接将水流导入天然河道；4)下游梯级水电站首部枢纽位于上游尾水渠下游，下游梯级水电站的引用流量全部通过下游取水口从天然河道中获得。该结构的优点为：下游梯级水电站在河道筑坝取水，所引用的流量既包括上游梯级水电站通过上游尾水渠下泄的尾水流量，又包括上游溢流坝和下游溢流坝之间的河道区间天然流量，河道流量得到了充分利用。该结构的主要问题：由上游尾水渠下泄的水流，原本已经是经过了上游沉沙池处理过的低泥沙含量“清水”，汇入天然河道后，泥沙含量又将显著增大，为减少其泥沙含量以满足下游梯级水轮机组发电的要求，需要设置下游沉沙池对水流中的泥沙进行处理，下游沉沙池的规模较大，工程投资较多。为解决上述问题，又出现了一种“清水不下河”的改进方案被提出，其结构特点为：1)上游梯级水电站由上游溢流坝、上游冲沙闸、上游取水口、上游沉沙池、上游引水隧洞、上游调压室、上游压力管道、上游厂房、上游尾水渠组成；2)下游梯级水电站首部枢纽由下游电站进水口和下游引水隧洞组成；3)上游尾水渠直接与下游电站进水口相连。该结构的优点为：下游电站进水口引用的是由上游尾水渠下泄的清水，无需再设置下游溢流坝、下游冲沙闸、下游沉沙池等建筑物，下游梯级首部枢纽工程投资较省。该结构的主要问题：下游梯级水电站仅利用了通过上游尾水渠下泄的流量，上游溢流坝与下游电站进水口之间的河道区间天然流量未得到充分利用，下游梯级水电站发电量有较大损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种既能够有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量来增加发电量，又能有效减小下游沉沙池规模的用于梯级水电站下级电站的引水系统。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于梯级水电站下级电站的引水系统，包括上一级电站的尾水输出结构，所述的引水系统还包括下级电站进水口、下级电站引水隧洞和补水结构，所述的补水结构布置在下游河道上，上一级电站的尾水输出结构输出的水流和补水结构输出的水流均通过所述的下级电站进水口输入所述的下级电站引水隧洞中。

进一步的是，所述的补水结构包括下级溢流坝和取水机构，所述的下级溢流坝布置在下游河道上，与下级溢流坝上游侧水流连通的取水机构的水流输出端与下级电站进水口连通。

上述方案的优选方式是，所述的下级溢流坝包括溢流坝本体和冲沙闸室机构，所述的冲沙闸室机构布置在临近取水机构水流输入端的溢流坝本体上。

进一步的是，所述的取水机构包括上级取水口和沉沙输水组件，所述的沉沙输水组件通过所述的上级取水口中心线与下游河道水流方向呈30～60°夹角的布置在下游河道的临近冲沙闸室机构的侧岸上，所述沉沙输水组件的水流输出端与下级电站进水口或与上一级电站的尾水输出结构连通。

上述方案的优选方式是，所述的沉沙输水组件包括下级沉沙池和输水连接渠，所述的下级沉沙池布置在上级取水口与输水连接渠之间，所述输水连接渠的水流输出端与下级电站进水口或与上一级电站的尾水输出结构连通。

进一步的是，所述的尾水输出结构为与上级电站的发电厂房尾水输出端连通的尾水渠。

上述方案的优选方式是，所述的引水系统还包括上一级引水发电机构，所述上一级引水发电机构输出的水流通过与发电厂房尾水输出端连通的尾水渠在下级电站进水口的配合下输入下级电站引水隧洞中。

进一步的是，所述的上一级引水发电机构还包括压力管道、调压室、上一级电站引水隧洞和发电厂房，所述的上一级电站引水隧洞通过所述的调压室与压力管道连通，所述压力管道的水流输出端与发电厂房内的水轮机连通。

进一步的是，所述的上一级引水发电机构还包括上游沉沙池、上游取水口、上游冲沙闸和上游溢流坝，所述的上游溢流坝和所述的上游冲沙闸相邻的布置在上游河道上，所述的上游取水口与上游冲沙闸相邻的布置在上游河道的侧岸上，所述上游沉沙池的水流输入端与上游取水口连接，所述上游沉沙池的水流输出端与所述的上一级电站引水隧洞连接。

本发明的有益效果是：本申请的技术方案以上一级电站的尾水输出结构为基础，通过增加设置下级电站进水口、下级电站引水隧洞和补水结构构成所述的引水系统，并将所述的补水结构布置在下游河道上，然后使上一级电站尾水输出结构输出的水流和补水结构输出的水流均通过所述的下级电站进水口输入所述的下级电站引水隧洞中。这样，由于充分利用了上一级发电站的含沙较低的尾水，而进入下一级电站的取水只需要沉积上、下游梯级坝址之间河道区间水流中的泥沙，达到减小下游沉沙池规模的目的；同时又能充分利用上级电站从溢流坝溢出的水流，达到有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量来增加发电量的目的。

附图说明

图1为本发明于梯级水电站下级电站的引水系统的平面布置结构示意图。

图中标记为：尾水输出结构1、下级电站进水口2、下级电站引水隧洞3、补水结构4、下级溢流坝5、取水机构6、溢流坝本体7、冲沙闸室机构8、上级取水口9、沉沙输水组件10、下级沉沙池11、输水连接渠12、上一级引水发电机构13、压力管道14、调压室15、上一级电站引水隧洞16、发电厂房17、上游沉沙池18、上游取水口19、上游冲沙闸20、上游溢流坝21。

具体实施方式

如图1所示是本发明提供的一种既能够有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量来增加发电量，又能有效减小下游沉沙池规模的用于梯级水电站下级电站的引水系统。所述的引水系统包括上一级电站的尾水输出结构1，所述的引水系统还包括下级电站进水口2、下级电站引水隧洞3和补水结构4，所述的补水结构4布置在下游河道上，上一级电站的尾水输出结构1输出的水流和补水结构4输出的水流均通过所述的下级电站进水口2输入所述的下级电站引水隧洞3中。本申请的技术方案以上一级电站的尾水输出结构为基础，通过增加设置下级电站进水口、下级电站引水隧洞和补水结构构成所述的引水系统，并将所述的补水结构布置在下游河道上，然后使上一级电站尾水输出结构输出的水流和补水结构输出的水流均通过所述的下级电站进水口输入所述的下级电站引水隧洞中。这样，由于充分利用了上一级发电站的含沙较低的尾水，而进入下一级电站的取水只需要沉积上、下游梯级坝址之间河道区间水流中的泥沙，达到减小下游沉沙池规模的目的；同时又能充分利用上级电站从溢流坝溢出的水流，达到有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量来增加发电量的目的。

上述实施方式中，结合水利发电站的结构物要求，同时又能尽可能的多利用上、下游梯级坝址之间河道区间水流，但又能较好的滤去其中的夹沙，本申请所述的补水结构4包括下级溢流坝5和取水机构6，所述的下级溢流坝5布置在下游河道上，与下级溢流坝上游侧水流连通的取水机构6的水流输出端与下级电站进水口2连通。相应的，所述的下级溢流坝5包括溢流坝本体7和冲沙闸室机构8，所述的冲沙闸室机构8布置在临近取水机构6水流输入端的溢流坝本体7上；所述的取水机构6包括上级取水口9和沉沙输水组件10，所述的沉沙输水组件10通过所述的上级取水口9中心线与下游河道水流方向呈30～60°夹角的布置在下游河道的临近冲沙闸室机构8的侧岸上，所述沉沙输水组件10的水流输出端与下级电站进水口2或与上一级电站的尾水输出结构1连通。同时，所述的沉沙输水组件10包括下级沉沙池11和输水连接渠12，所述的下级沉沙池11布置在上级取水口9与输水连接渠12之间，所述输水连接渠12的水流输出端与下级电站进水口2或与上一级电站的尾水输出结构1连通。此时，上一级电站的所述尾水输出结构1通常为与上级电站的发电厂房尾水输出端连通的尾水渠。

进一步的，本申请所述的引水系统当然还需要包括上一级引水发电机构13，所述上一级引水发电机构13输出的水流通过与发电厂房尾水输出端连通的尾水渠在下级电站进水口2的配合下输入下级电站引水隧洞3中。所述的上一级引水发电机构13还包括压力管道14、调压室15、上一级电站引水隧洞16和发电厂房17，所述的上一级电站引水隧洞16通过所述的调压室15与压力管道14连通，所述压力管道14的水流输出端与发电厂房17内的水轮机连通。同样的，所述的上一级引水发电机构13还包括上游沉沙池18、上游取水口19、上游冲沙闸20和上游溢流坝21，所述的上游溢流坝21和所述的上游冲沙闸20相邻的布置在上游河道上，所述的上游取水口19与上游冲沙闸20相邻的布置在上游河道的侧岸上，所述上游沉沙池18的水流输入端与上游取水口19连接，所述上游沉沙池18的水流输出端与所述的上一级电站引水隧洞16连接。

综上所述，采用本申请提供的引用系统来建设梯级电站还具有以下优点，

1)上游梯级水电站下泄的泥沙含量较低的“清水”通过上游尾水渠进入下游电站进水口，上游溢流坝与下游溢流坝之间河道区间的天然流量通过下游取水口、下游沉沙池、连接渠、上游尾水渠后也进入了下游电站进水口，则下游溢流坝坝址控制河道的流量都得到了充分利用，下游梯级水电站发电量较改进方案大大增加；

2)下游沉沙池只需要处理来自于上游溢流坝与下游溢流坝之间河道区间的天然流量，其规模较常规方案大大减少，沉沙池的工程投资得以节省。

实施例一

本申请所要解决的技术问题提供一种既能够有效利用上、下游梯级坝址之间河道区间的天然流量，增加发电量，又能有效减小下游沉沙池规模，节省工程投资梯级水电站引水及补水系统。

本申请解决的技术问题所采用的技术方案为：

1)上游梯级水电站由上游溢流坝、上游冲沙闸、上游取水口、上游沉沙池、上游引水隧洞、上游调压室、上游压力管道、上游厂房、上游尾水渠组成；

2)下游梯级水电站补水系统由下游溢流坝、下游冲沙闸、下游取水口、下游沉沙池、连接渠组成；

3)下游梯级水电站引水系统由下游电站进水口和下游引水隧洞组成；

4)下游梯级水电站补水系统通过连接渠直接汇入到上游尾水渠；

5)下游电站进水口布置于上游尾水渠末端。