本發(fā)明涉及水利與水電工程，特別是一種抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)及排洪方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨水利與水電工程的不斷推進(jìn)，抽水蓄能電站工程已成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，并具有削峰填谷、儲能調(diào)頻和穩(wěn)定電網(wǎng)的重要功能。雖然抽水蓄能電站工程的修建阻斷了山洪原有的行洪路線，但是由于山洪含沙量高，會影響抽水蓄能電站系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，導(dǎo)致一般天然洪水不入庫。因此往往需要修建配套的排洪系統(tǒng)，將山洪通過該系統(tǒng)排向下游。

2、目前抽水蓄能電站類工程主要的特點(diǎn)為高水頭、多泥沙，根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，水頭往往高達(dá)100m甚至接近200m。因此，該類工程存在以下亟需解決的問題：（1）消能問題，即通過工程措施排洪的同時(shí)，需要降低洪水流速減輕巨大動能，以減少對出口下游地形及建筑物的破壞；（2）多泥沙問題，由于山洪中泥沙含量較高，甚至有些時(shí)候伴隨著泥石流的發(fā)生，洪水中含有粒徑較大的石頭，將會造成泥沙淤積同時(shí)破壞建筑物；（3）泄水隧洞長達(dá)近千米，消能設(shè)施全程布置工程量大、周期長，導(dǎo)致工程投資和后期運(yùn)行維護(hù)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題在于，提供一種抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)及排洪方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中抽水蓄能電站類工程存在上述不足的問題。

2、本發(fā)明公開了一種抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，包括：

3、排洪隧洞，包括沿水流方向依次布置的緩坡基層和陡坡基層，所述陡坡基層位于所述排洪隧洞出口的標(biāo)定范圍內(nèi)布置有消能段，所述消能段包括沿水流方向依次增大水平寬度的擴(kuò)散區(qū)域，以及自所述擴(kuò)散區(qū)域末端保持水平寬度不變的擴(kuò)寬區(qū)域；

4、消能建筑物，包括沿所述消能段依次銜接布置的多級消能臺階，且所述消能臺階的寬度與所述消能段對應(yīng)位置的水平寬度一致，所述消能臺階包括對上游水流進(jìn)行一次消能的臺階平面，以及將水流中泥沙導(dǎo)流至下游的臺階立面，所述擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)多級所述消能臺階的步高和步長沿水流方向依次增大，用于將上游水流通過流速漸變過渡至所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)的多級消能臺階上；

5、消力池，銜接在所述排洪隧洞的出口處，用于對流出所述排洪隧洞的水流進(jìn)行二次消能；

6、防護(hù)設(shè)施，銜接在所述消力池出口和原河床覆蓋層之間，用于對流出所述消力池的水流進(jìn)行過渡緩沖。

7、可選地，所述緩坡基層的坡度小于所述陡坡基層的坡度，所述排洪隧洞還包括若干轉(zhuǎn)彎段，且若干所述轉(zhuǎn)彎段均通過所述緩坡基層進(jìn)行布置。

8、可選地，所述陡坡基層還包括銜接在所述緩坡基層和所述消能段之間的光滑段，所述陡坡基層位于所述光滑段的層表面構(gòu)成用于將水流中泥沙導(dǎo)流至下游的光滑導(dǎo)流面，所述消能段與所述光滑段銜接的位置距所述排洪隧洞的出口為標(biāo)定距離n，且標(biāo)定距離n的范圍為70m≤n≤100m。

9、可選地，所述臺階平面為水平面沿水流方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度形成的斜面，所述臺階立面為豎直面沿水流方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度形成的斜面，且所述消能臺階的所述臺階立面和下一級所述消能臺階的所述臺階平面位于銜接處形成角度大于90°的沖刷凹角。

10、可選地，所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)任意兩所述消能臺階之間對應(yīng)的寬度、步長以及步高均一致，且所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)最上級所述消能臺階的步長和步高均大于所述擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)最下級所述消能臺階的步長和步高。

11、可選地，所述抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)還包括相對設(shè)置的邊墻，所述排洪隧洞設(shè)置在兩所述邊墻之間，多級所述消能臺階外側(cè)邊的連線和對應(yīng)側(cè)的所述邊墻共線，且多級所述消能臺階沿水流方向的中心軸線連線為直線。

12、可選地，所述消力池包括池體，以及設(shè)置在所述池體底板上的消力組件，所述池體的底板與所述排洪隧洞的出口平齊，所述消力組件包括沿垂直水流方向設(shè)置的多排消力墩，且相鄰兩排之間的所述消力墩呈錯(cuò)位布置，所述消力墩為平行于水流方向的梯形體結(jié)構(gòu)，且所述消力墩迎向上游水流的側(cè)表面為斜向設(shè)置。

13、可選地，所述防護(hù)設(shè)施包括位于所述消力池出口依次銜接布置的混凝土護(hù)坦層、鋼筋石籠層以及碎石層，以使所述消力池出口的水流依次經(jīng)所述混凝土護(hù)坦層、所述鋼筋石籠層以及所述碎石層進(jìn)行過渡緩沖。

14、可選地，所述鋼筋石籠層包括多個(gè)互相連接的六面體鋼筋籠，所述六面體鋼筋籠包括籠體和填充在籠體內(nèi)的多個(gè)填充石料，所述籠體為低碳鋼絲編織形成的六面雙絞合鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述籠體的鋼絲上涂覆有樹脂保護(hù)膜，且所述籠體的網(wǎng)孔小于所述填充石料的粒徑，所述籠體內(nèi)還設(shè)置有碎石填料，所述碎石填料填充在所述籠體內(nèi)相鄰兩所述填充石料的石縫處。

15、本發(fā)明還公開了一種排洪方法，采用上述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，包括：

16、在目標(biāo)流域布設(shè)所述排洪隧洞、所述消能建筑物、所述消力池以及所述防護(hù)設(shè)施，當(dāng)所述目標(biāo)流域產(chǎn)生洪水，所述目標(biāo)流域中的洪水?dāng)y帶泥沙被引入排洪隧洞中，并沿所述緩坡基層和所述陡坡基層依次流動；

17、當(dāng)水流沿所述陡坡基層流至所述消能段時(shí)，水流先經(jīng)過所述擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的多級所述消能臺階進(jìn)行消能，同時(shí)逐漸降低單寬流量，直至過渡到所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)的多級所述消能臺階上，并保持單寬流量不變繼續(xù)消能，水流中的泥沙隨多級所述消能臺階導(dǎo)流至下游；

18、水流經(jīng)過多級所述消能臺階的一次消能后，攜帶泥沙沿所述排洪隧洞的出口引入所述消力池內(nèi)，并在所述消力池內(nèi)旋滾進(jìn)行二次消能，泥沙隨水流從所述消力池排出；

19、流出所述消力池的水流經(jīng)所述防護(hù)設(shè)施逐漸損耗能量，直至流入原河床覆蓋層完成排洪。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)及排洪方法有益效果在于：

21、通過布置排洪隧洞、消能建筑物、消力池以及防護(hù)設(shè)施，利用緩坡基層和陡坡基層的設(shè)置，使緩坡基層可以降低排洪隧洞入口處的水流速度，以減少對排洪隧洞內(nèi)壁的沖刷，并通過在排洪隧洞出口的標(biāo)定范圍內(nèi)布置有消能段，將消能建筑物僅布置在消能段處，相較全隧洞布置方案，極大地節(jié)約了工程量。同時(shí)，利用擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)消能段的水平寬度漸變設(shè)置，僅對排洪隧洞出口的標(biāo)定范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)寬，從而在增加較少開挖量的情況下，有效減小了單寬流量，顯著提高了消能建筑物的消能效果。再通過多級消能臺階由小尺寸到大尺寸逐漸過渡的方案，避免水流在消能臺階上飛濺的現(xiàn)象，使水流銜接更加平穩(wěn)，改善了水流流態(tài)。此外，利用消力池和防護(hù)設(shè)施進(jìn)一步提高對水流的消能和緩沖，有效解決高水頭洪水對下游地形和建筑物的破壞問題。

技術(shù)特征：

1.一種抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于，所述抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述緩坡基層的坡度小于所述陡坡基層的坡度，所述排洪隧洞還包括若干轉(zhuǎn)彎段，且若干所述轉(zhuǎn)彎段均通過所述緩坡基層進(jìn)行布置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述陡坡基層還包括銜接在所述緩坡基層和所述消能段之間的光滑段，所述陡坡基層位于所述光滑段的層表面構(gòu)成用于將水流中泥沙導(dǎo)流至下游的光滑導(dǎo)流面，所述消能段與所述光滑段銜接的位置距所述排洪隧洞的出口為標(biāo)定距離n，且標(biāo)定距離n的范圍為70m≤n≤100m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述臺階平面為水平面沿水流方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度形成的斜面，所述臺階立面為豎直面沿水流方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度形成的斜面，且所述消能臺階的所述臺階立面和下一級所述消能臺階的所述臺階平面位于銜接處形成角度大于90°的沖刷凹角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)任意兩所述消能臺階之間對應(yīng)的寬度、步長以及步高均一致，且所述擴(kuò)寬區(qū)域內(nèi)最上級所述消能臺階的步長和步高均大于所述擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)最下級所述消能臺階的步長和步高。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)還包括相對設(shè)置的邊墻，所述排洪隧洞設(shè)置在兩所述邊墻之間，多級所述消能臺階外側(cè)邊的連線和對應(yīng)側(cè)的所述邊墻共線，且多級所述消能臺階沿水流方向的中心軸線連線為直線。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述消力池包括池體，以及設(shè)置在所述池體底板上的消力組件，所述池體的底板與所述排洪隧洞的出口平齊，所述消力組件包括沿垂直水流方向設(shè)置的多排消力墩，且相鄰兩排之間的所述消力墩呈錯(cuò)位布置，所述消力墩為平行于水流方向的梯形體結(jié)構(gòu)，且所述消力墩迎向上游水流的側(cè)表面為斜向設(shè)置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述防護(hù)設(shè)施包括位于所述消力池出口依次銜接布置的混凝土護(hù)坦層、鋼筋石籠層以及碎石層，以使所述消力池出口的水流依次經(jīng)所述混凝土護(hù)坦層、所述鋼筋石籠層以及所述碎石層進(jìn)行過渡緩沖。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于：所述鋼筋石籠層包括多個(gè)互相連接的六面體鋼筋籠，所述六面體鋼筋籠包括籠體和填充在籠體內(nèi)的多個(gè)填充石料，所述籠體為低碳鋼絲編織形成的六面雙絞合鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述籠體的鋼絲上涂覆有樹脂保護(hù)膜，且所述籠體的網(wǎng)孔小于所述填充石料的粒徑，所述籠體內(nèi)還設(shè)置有碎石填料，所述碎石填料填充在所述籠體內(nèi)相鄰兩所述填充石料的石縫處。

10.一種排洪方法，采用權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)，其特征在于，所述排洪方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水利與水電工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)及排洪方法。抽水蓄能電站排洪系統(tǒng)包括排洪隧洞、消能建筑物、消力池以及防護(hù)設(shè)施，排洪隧洞包括緩坡基層和陡坡基層，陡坡基層位于排洪隧洞出口的標(biāo)定范圍內(nèi)布置有消能段，消能段包括擴(kuò)散區(qū)域和擴(kuò)寬區(qū)域，消能建筑物包括多級消能臺階，擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的多級消能臺階用于漸變水流流速，消力池銜接在排洪隧洞的出口處，防護(hù)設(shè)施銜接在消力池出口和原河床覆蓋層之間。本發(fā)明利用使上游水流通過多級消能臺階和消力池，進(jìn)行水流能量的消能，以及消能后的水流經(jīng)過防護(hù)設(shè)施過渡至原河床覆蓋層，減少對下游環(huán)境的影響，保護(hù)原河床覆蓋層。

技術(shù)研發(fā)人員：劉廣乾,賀翠玲,李鵬峰,常玉鵬,劉泳佚,谷明行
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26