[发明专利]一种基于大坝虹吸原理的防冻结生态泄流装置

说明书

本发明公开了一种基于大坝虹吸原理的防冻结生态泄流装置，包括闸坝建筑物和虹吸管道，闸坝建筑物的上游坝面为垂直坝面，虹吸管道包括进水管段、输水管段以及消能管段，虹吸管道的进水口位于上游库区的最低运行水位以下，虹吸管道的出水口位于闸坝建筑物的下游坝面坡脚处，出水口设置阀门，坝顶位置的输水管段的最高段连接辅助管道，辅助管道连接真空泵和电动蝶阀，进水管段的外壁设置有防冻结装置，虹吸管道通过现浇钢筋混凝土镇墩、支墩以及支撑环进行固定。本发明不仅能解决生态泄流问题，而且防止上游库区冰盖纵向位移对进水管段的拖拽或抬升，此外消能管段在不影响流量的情况下减小了出水口水流对下游河床的冲刷。

技术领域

本发明涉及水利与环境领域，具体涉及一种基于大坝虹吸原理的防冻结生态泄流装置。

背景技术

江河上游水电站通过拦河闸坝建筑物雍高水位，会引起江河中下游断流减流，影响下游的生态环境。所以需要通过泄流来补给下游水量，维持生态环境的最低用水量。目前通常是在已建成水电站加装生态泄流设施，多见闸门限位小开度开启、已建闸坝建筑物内部埋设泄流管道或增设生态机组等方式来解决生态泄流的问题。但是闸门长期小开度开启运行会引起金属闸门疲劳破坏；闸坝等已建成建筑物内部埋设泄流管道需拆除现有建筑物，工期长，投资大，对建筑物安全不利且严重影响发电效益；增设生态机组需对现有厂房进行改扩建，工期长，投资大。

专利号2017201435796，公开了“水坝利用虹吸管道排水及自动控制过水流量装置”，利用虹吸管道将水从上游库区经由水坝顶部引流到下游，并通过气囊控制流量。但是在高寒地区，上游库区由于水面结冰和水位升降，冰盖的纵向位移引起对虹吸管道的纵向拖拽或抬升，所以该专利提供的技术方案不适用于高寒地区；此外，该专利利用出水口附近水体扰动对出口水流进行消能，不适用于枯水期生态泄流时下游水位较低甚至无水，难以淹没出水口的运行工况。同时，有压管流自由出流时作用水头为上游水面与管道出口的高差，而淹没出流时的作用水头为上下游水面高差，淹没出流比自由出流多一项淹没出口处的局部水头损失系数，所以，生态泄流所需流量相同时，采用此种消能方式将增大虹吸管管径，增加了工程成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于大坝虹吸原理的防冻结生态泄流装置，不仅能解决生态泄流问题，而且防止上游库区冰盖纵向位移对进水管段的拖拽或抬升，此外消能管段在不影响流量的情况下减小了出水口水流对下游河床的冲刷。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于大坝虹吸原理的防冻结生态泄流装置，包括已建成的闸坝建筑物和附设在闸坝建筑物上的虹吸管道，闸坝建筑物包括上游坝面、坝顶、下游坝面和下游坝面坡脚处，所述上游坝面为垂直坝面，所述虹吸管道包括附设在上游坝面的进水管段、附设在坝顶和下游坝面上的输水管段以及附设在下游坝面坡脚处的消能管段，虹吸管道的进水口位于所述闸坝建筑物的上游库区的最低运行水位以下，虹吸管道的出水口位于闸坝建筑物的下游坝面坡脚处，出水口设置阀门，坝顶位置的输水管段的最高段连接辅助管道，辅助管道连接真空泵和电动蝶阀，进水管段的外壁设置有防冻结装置，坝顶和下游坝面坡脚处均通过设置现浇钢筋混凝土镇墩对虹吸管道进行固定，下游坝面上通过设置支墩及支承环对虹吸管道进行固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述防冻结装置包括滑动套设在所述进水管段外部的钢套管，钢套管与进水管段的间隙的上端口和下端口均填塞有聚四氟乙烯组合密封圈，钢套管的外壁连接有浮体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述浮体为高分子量高密度聚乙烯制成，浮体的浮力中心位于所述钢套管的中轴线上，浮体是由套在钢套管外壁的圆环切割制成，切割面为所述上游坝面所在的平面，浮体的两个切割端的下表面对称配设两个浮力盒，两个浮力盒对钢套管产生的浮力力矩等于所述圆环被切割掉部分对钢套管产生的浮力力矩。

作为本发明的一种优选技术方案，所述浮体为厚度均匀的平板状中空结构，所述浮力盒与浮体材质相同且为中空结构。