用于水电站正向取水的河床取水口结构的制作方法

本发明涉及一种河床取水口结构，尤其是涉及一种用于水电站正向取水的河床取水口结构，属于水工建筑物设计建造技术领域。

背景技术：

为了避免河道中的夹沙水流直接进入取水口，对引水道和水轮机组造成损坏，水电工程大多采用取水口侧向布置型式，即取水口轴线与河道水流向呈小角度相交的布置形式。但对于河谷开阔、两岸地形平缓的水电工程，为简化建筑物布置、节省工程量，常常需要采用取水口正向布置型式，如图1所示。这种正向布置型式取水口的结构特征为：1、取水口紧邻冲沙闸和泄洪闸布置；2、取水口的轴线与冲沙闸、泄洪闸轴线一致，与河道水流向呈大角度相交；3、取水口底板顶高程高于河道河床高程；该结构的优点为：1、取水口紧邻冲沙闸、泄洪闸布置，有利于取水口上游一定范围内淤积泥沙的泄放；2、取水口与冲沙闸、泄洪闸轴线一致，布置紧凑，有利于节约工程量。当然，这种结构也存很多问题，其是主要的问题有：1、当水电站正常运行时，即取水口开启、冲沙闸关闭、泄洪闸关闭时，由于水流从河道进入取水口时，水流流向并未发生变化，水流中夹带的泥沙便能够很容易地随水流接近取水口，并逐渐淤积在取水口底板上游的河床中，当淤积的泥沙高程超过取水口底板顶高程时，能够很容易地通过取水口进入引水道，进而影响引水道和下游水轮机的安全；2、当水电站泄洪时，即取水口关闭、冲沙闸关闭、泄洪闸开启时，上游水库中的泥沙大量通过泄洪闸向下游泄放时，也同样会有少量泥沙淤积在取水口上游；3、当水电站冲沙时，即取水口关闭、冲沙闸开启、泄洪闸关闭时，虽然取水口前淤积的泥沙距冲沙闸很近，但由于其位置靠近取水口底板，处于冲沙闸下泄水流影响范围之外，很难通过冲沙闸下泄。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效的解决取水口上游侧河道泥沙淤积问题的用于水电站正向取水的河床取水口结构。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于水电站正向取水的河床取水口结构，包括沿河道宽度方向顺序布置的取水口、冲沙闸和泄洪闸，所述取水口的轴线与所述冲沙闸和泄洪闸的轴线保持一致，所述的河床取水口结构还包括前置挡沙沉降排放系统，所述的前置挡沙沉降排放系统布置在取水口上游侧的河床中，进入取水口前的水流通过所述的前置挡沙沉降排放系统清除其中的大颗粒沙石。

进一步的是，所述的前置挡沙沉降排放系统包括顶部高程大于取水口底板高程的远端挡沙坎，所述的进水口围挡在所述的远端挡沙坎内。

上述方案的优选方式是，所述的前置挡沙沉降排放系统还包括沉降集沙坡和沉沙排放机构，所述的沉降集沙坡沿水流方向逐渐向下游倾斜的布置在所述的远端挡沙坎与所述的取水口之间，通过所述沉降集沙坡收集的沉沙在所述沉沙排放机构的配合下排放至下游河道中。

进一步的是，所述的前置挡沙沉降排放系统还包括近端挡沙坎，所述的近端挡沙坎设置在所述的取水口底板上，所述的沉沙排放机构设置在近端挡沙坎上游侧沉降集沙坡的末端与所述的下游河道之间，所述近端挡沙坎的顶部高程与所述远端挡沙坎的顶部高程相适应。

上述方案的优选方式是，所述的沉沙排放机构包括集沙沟和排沙管系，所述的集沙沟沿所述近端挡沙坎走向设置在所述沉降集沙坡的末端，所述排沙管系的沙水入口端与所述的集沙沟连通，所述排沙管系的沙水出口端位于所述的下游河道中。

进一步的是，所述的排沙管系包括排沙支管、排沙主管和下游接管，所述的排沙主管平行于所述集沙沟的布置在远离取水口的坝基底部，沿集沙沟长度方向布置的多根排沙支管的两端分别同时与所述的集沙沟和所述的排沙主管连通，所述的排沙主管通过所述的下游接管与所述的下游河道连通。

上述方案的优选方式是，在靠近下游河道的下游接管上还设置有泥浆阀。

进一步的是，所述排沙支管的沙水入口为喇叭形的渐变式入口。

进一步的是，所述的远端挡沙坎呈折线型的布置在各个所述的取水口的前面，所述冲沙闸上游侧的河道底板与所述取水口位于所述远端挡沙坎内的底板通过折线型的所述远端挡沙坎的一部分分隔开。

进一步的是，所述的河床取水口结构还包括束水墙，所述的束水墙沿所述冲沙闸的闸墩向上游河道延伸。

本发明的有益效果是：本申请通过在在所述取水口上游侧的河床中布置一套前置挡沙沉降排放系统，并使进入取水口前的水流通过所述的前置挡沙沉降排放系统清除其中的大颗粒沙石。这样，由于在发电水流进入取水口前先在取水口的前端进行了大颗粒沙石的沉降和清排，从而不仅可以有效的减小进入取水口中的发电水流中夹杂的泥沙，而且既使是泄洪和/或冲沙系统工作时无法排走的沉降在取水口前的淤泥也不容易随水流进入引水道，进而进入水轮机中，既有效的解决取水口上游侧河道泥沙淤积问题，同时又能很好的保护下游的发电机。同时，经过进一步的改进，比如对挡沙沉降排放系统除了设置挡沙用的两道挡水坎即远端挡沙坎和近端挡沙坎外，还增加设置沉沙排放机构，还可以有效的决沉降在取水口前端的淤泥排出到下游河道中，减小泥沙的淤积，保证取水口的畅通，延长清淤周期，降低发电站的运行成本。

需要说明的是，由于排沙管道的管径较小，排沙能力有限，本申请更适合于泥沙含量相对较小的水电站的取水建筑物。

附图说明

图1为本发明涉及到的现有河床取水口结构的平面布置图；

图2为本发明用于水电站正向取水的河床取水口结构的平面布置图；

图3为图2的A-A剖视图。

图中标记为：取水口1、冲沙闸2、泄洪闸3、前置挡沙沉降排放系统4、取水口底板5远端挡沙坎6、沉降集沙坡7、沉沙排放机构8、近端挡沙坎9、集沙沟10、排沙管系11、排沙支管12、排沙主管13、下游接管14、泥浆阀15、束水墙16、闸墩17。

具体实施方式

如图2、图3所示是本发明提供的一种能有效的解决取水口上游侧河道泥沙淤积问题的用于水电站正向取水的河床取水口结构。所述的河床取水口结构包括沿河道宽度方向顺序布置的取水口1、冲沙闸2和泄洪闸3，所述取水口1的轴线3与所述冲沙闸2和泄洪闸3的轴线3保持一致，所述的河床取水口结构还包括前置挡沙沉降排放系统4，所述的前置挡沙沉降排放系统4布置在所述取水口1上游侧的河床中，进入取水口1前的水流通过所述的前置挡沙沉降排放系统4清除其中的大颗粒沙石。本申请通过在在所述取水口1上游侧的河床中布置一套前置挡沙沉降排放系统4，并使进入取水口1前的水流通过所述的前置挡沙沉降排放系统4清除其中的大颗粒沙石。这样，由于在发电水流进入取水口1前先在取水口的前端进行了大颗粒沙石的沉降和清排，从而不仅可以有效的减小进入取水口中的发电水流中夹杂的泥沙，而且既使是泄洪和/或冲沙系统工作时无法排走的沉降在取水口前的淤泥也不容易随水流进入引水道，进而进入水轮机中，既有效的解决取水口上游侧河道泥沙淤积问题，同时又能很好的保护下游的发电机。

上述实施方式中，为了简化本申请所述的前置挡沙沉降排放系统4的结构，方便设计、施工和后续的维修、维护，本申请所述的前置挡沙沉降排放系统4可以包括顶部高程大于取水口底板5高程的远端挡沙坎6、顶部高程与所述远端挡沙坎6的顶部高程相适应的近端挡沙坎9、具有夹沙沉降收集功能的沉降集沙坡7以及可以将沉沙排出到下游河道中的沉沙排放机构8；并使所述的进水口1围挡在所述的远端挡沙坎6内，将所述的近端挡沙坎9设置在所述的取水口底板5上，使所述的沉降集沙坡7沿水流方向逐渐向下游倾斜的布置在所述的远端挡沙坎6与所述的取水口1之间，使所述的沉沙排放机构8设置在所述近端挡沙坎9上游侧沉降集沙坡7的末端与所述的下游河道之间，然后使通过所述沉降集沙坡7收集的沉沙在所述沉沙排放机构8的配合下排放至下游河道中。

相应的，再与水工建筑物，如大坝需要将河道截断挡水的结构特点，本申请将所述的沉沙排放机构8设置成包括集沙沟10和排沙管系11的结构，并将所述的集沙沟10沿所述近端挡沙坎9走向设置在所述沉降集沙坡7的末端，所述排沙管系11的沙水入口端与所述的集沙沟10连通，所述的排沙管系11的沙水出口端位于所述的下游河道中。此时，所述的排沙管系11的优选方式为包括排沙支管12、排沙主管13和下游接管14，所述的排沙主管13平行于所述集沙沟10的布置在远离取水口1的坝基底部，沿集沙沟10长度方向布置的多根排沙支管管12的两端分别同时与所述的集沙沟10和所述的排沙主管13连通，所述的排沙主管13通过所述的下游接管14与所述的下游河道连通。当然，为了在不需要排水时能关闭沉沙排放机构8，在靠近下游河道的下游接管14上还设置有泥浆阀15。而为了提高排沙的能力，便于沙水进入到排沙支管12，本申请将所述排沙支管12的沙水入口为喇叭形的渐变式入口。

再结合现有河床式挡水大坝的结构特点，本申请将所述的远端挡沙坎6呈折线型的布置在各个所述的取水口1的前面，所述冲沙闸2上游侧的河道底板与所述取水口1位于所述远端挡沙坎6内的底板通过折线型的所述远端挡沙坎6的一部分分隔开。并在所述冲沙闸2的前端设置了沿所述冲沙闸2的闸墩17向上游河道延伸束水墙16实现上游水流的分离和导向。

综上所述，采用本申请提供的上述技术方案还具有以下优点，

1、由于泄洪闸布置于原主河道，而泄洪闸与冲沙闸之间设置了束水墙，当水电站泄洪即取水口关闭、冲沙闸关闭、泄洪闸开启时，由于束水墙的限制，上游水库中的泥沙将主要通过泄洪闸下泄，不会再淤积在取水口底板上游。

2、当水电站正常运行即取水口开启、冲沙闸关闭、泄洪闸关闭时，由于上游拦沙坎即上述的远端挡沙坎的设置，大部分的泥沙都将会淤积在上游拦沙坎的上游。

3、当水电站正常运行即取水口开启、冲沙闸关闭、泄洪闸关闭时，即使有少量泥沙越过了上游拦沙坎，也会因下游拦沙坎即上述的近端挡沙坎的拦截而沉积在铺盖面上即上述的沉降集沙坡上；而由于铺盖面为小角度倾下游的斜面，泥沙将会顺底板坡度向下游移动，并最终聚集在高程低于铺盖面高程、呈渐变式喇叭形进口的积沙口周围；此时只要开启下游的泥浆阀门，在水流的作用下，泥沙就会进入积沙口，并通过排沙钢管支管、排沙钢管主管和下游连接管排向消力池下游河道。

4、当水电站正常运行即取水口开启、冲沙闸关闭、泄洪闸关闭一段时间，上游拦沙坎前淤积一定的泥沙后，可开启冲沙闸进行冲沙，此时取水口关闭、冲沙闸开启、泄洪闸关闭。由于越靠下游，上游拦沙坎与束水墙之间距离越小，在冲沙闸泄放流量一定的情况下，则越靠下游水流的流速就会越大，对于淤积泥沙的冲刷作用就会越强。由此，在束水墙和上游拦沙坎之间，及上游拦沙坎上游一定范围淤积的泥沙都会被水流带走，并通过冲沙闸排向下游。