一种高动态水位小型水库生态流量计量系统及控制方法与流程

本发明涉及生态流量改造，尤其涉及一种高动态水位小型水库生态流量计量系统及控制方法。

背景技术：

1、生态流量核准与监控是维系河湖生态系统结构和功能的重要举措。为进一步确保河流生态流量，我国水行政主管部门已对现有拦河水闸、水库、小水电等开展了生态流量复核及监测工作，并着手建立生态流量监控系统，确保能做到逐日获取流量数据和自动报送，以充分保障下游关键生态流量考核断面达标。水库作为最为常见的拦河建筑物之一，在我国分布面广量多，仅珠江流域就分布有水库约17000座，小型水库占比抄90％，其中又以小(二)型为主。因此，如何确保小型水库生态流量的准确下泄与计量对保障下游生态流量至关重要。

2、现状小型水库生态流量的下泄主要以下三种：一是通过发电尾水下泄并利用管道流量计计量；二是利用泄洪通道进行生态流量下泄；三是利用预设冲沙底孔进行泄流。第一种生态流量下泄方式具有较高的记录准确性，但发电厂房并非所有水库都有，此外该方案受库区水位影响较大，当水库水位低于设计发电水头或引水管道时，往往会停止发电并优先保障生产生活用水，进而影响生态流量正常下泄；第二种利用泄洪通道进行生态流量下泄一方面在上下游水位差较大时，会产生复杂的湍流结构及震动，长期运行会影响水库整体结构稳定与寿命，另一方面在变化水位条件下，不同开度～流量的关系具有较大差异，难以精准控制下泄流量；第三种利用冲沙底孔进行泄流同样会面临高速水流、复杂湍流及震动的问题，同时还面临泥沙或淤泥造成的泄放设施堵塞问题。

3、因此，亟需一种高动态水位小型水库生态流量改造、计量及控制方法，在确保水库整体结构安全稳定的基础上，实现高动态水位的生态流量精准计量和实时调控，同时也兼具结构简单、水流流态平顺、易用耐用等优势。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种高动态水位小型水库生态流量计量系统及控制方法。

2、为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明第一方面提供了一种高动态水位小型水库生态流量计量系统，包括大坝、冲沙系统、泄流系统以及控制系统，

4、所述大坝包括工作桥，所述工作桥的一端连接坝身，另一端连接工作间，其中，在所述工作间的下方设置有支撑结构；

5、所述冲沙系统包括冲沙底孔，并位于所述坝身的底部，而且在所述冲沙底孔入口处设有冲沙入口段，所述冲沙入口段内设有控制冲沙底孔启闭的闸门和闸室；

6、所述泄流系统包括所述泄流管道入口端、角阀、泄流管道出口端，所述泄流管道入口端包括管身和拦污栅，所述拦污栅位于泄流管道入口端的前端，所述角阀包括管身、阀芯、排气止水装置、升降杆；所述泄流管道入口端前端设有拦污栅，末端与所述角阀密接；所述泄流管道出口端前端与角阀密接，末端与所述冲沙底孔密接并连通；

7、所述控制系统包括电控起重器、牵引绳、雷达水位计、电控升降机、管道流量计以及中央控制系统，所述牵引绳一端连接闸门、另一端连接电控起重器；

8、所述雷达水位计实时读取水库上游水位数据传输给中央控制系统，所述管道流量计安装在冲沙底孔末端的尾部阀门之前，并实时读取冲沙底孔的实时流量数据传输给中央控制系统。

9、进一步的，在本系统中，所述冲沙底孔末端具有尾部阀门。

10、进一步的，在本系统中，所述中央控制系统接收雷达水位计和管道流量计传输的实时数据并控制电控起重器和电控升降机。

11、进一步的，在本系统中，所述冲沙底孔及冲沙入口段位于死水位以下。

12、进一步的，在本系统中，所述泄流管道入口端一端位于死水位与枯季低水位之间的位置，另一端位于枯水低水位以上，且所述泄流管道入口端前端与末端的高差不超过大气压强。

13、进一步的，在本系统中，所述角阀安装在枯季低水位以上，且所述阀芯具有密封装置。

14、进一步的，在本系统中，所述排气止水装置位于壳体与升降杆之间，所述升降杆一端与阀芯固结，另一端延伸至工作间内的电控升降机上。

15、进一步的，在本系统中，所述电控升降机通过控制升降杆的升降实现角阀的开度调节。

16、进一步的，在本系统中，所述冲沙底孔为混凝土管道或压力钢管中的一种。

17、本发明第二方面提供了一种高动态水位小型水库生态流量计量系统的控制方法，应用于任一项所述的高动态水位小型水库生态流量计量系统，包括以下步骤：

18、步骤一：通过围堰形式，根据大坝形式与布局安装好泄流装置和控制系统，确保泄流管道入口端前端设有拦污栅，末端与角阀密接，泄流管道出口端前端与角密接，末端与冲沙底孔密接并连通，且泄流管道入口端一端位于死水位与枯季低水位之间的位置，另一端位于枯水低水位以上，泄流管道入口端前端与末端的高差不超过大气压强；

19、步骤二：安装调试好设备，确保雷达水位计实时读取水库上游水位数据传输给中央控制系统，管道流量计安装在冲沙底孔末端的尾部阀门之前，中央控制系统可接受雷达水位计和管道流量计传输的实时数据并可控制电控起重器41和电控升降机44进而实现闸门与角阀32的启闭与开度调整；

20、步骤三：当h3+△h＜水库水位h≤h4时，此时阀门23关闭、尾部阀门25开启，冲沙底孔21排空，根据生态流量下泄要求，通过中央控制系统6控制电控升降机44带动升降杆32d运动调节角阀32开度，进而控制下泄流量；

21、步骤四：通过管道流量计45反馈的实时流量数据，动态判断是否满足下泄要求并实时调节，冲沙底孔21处于无压流状态，雷达水位计实时监测库区实时水库变化；

22、步骤五：当h1＜水库水位h≤h3+△h时，当雷达水位计监测到上游水位持续下降，且接近角阀安装高程时，此时控制关闭尾部阀门，控制角阀开度使水流缓慢充满冲沙底孔及泄水装置，其中气体通过排气止水装置排出，此时泄水装置内部已形成虹吸效应，可通过控制尾部阀门或角阀开度实现对下泄生态流量的调控；

23、步骤六：当水库水位处于h≤h1时：此时由于水位较低，装置已无法正常下泄生态流量，当需要启用冲沙底孔进行冲沙或泄流时，关闭角阀，开启尾部阀门，再通过中央控制系统控制电控升降机拉动闸门进行冲沙或泄流；

24、其中，h4为坝底到正常蓄水位之间的距离、h3为坝底到角阀水位之间的距离、h2为坝底到枯水期水位之间的距离、h1为坝底到泄流管道入口端底部拦污栅的距离、h0为坝底到死水位之间的距离、△h为一定的安全富余水位，根据水位～库容曲线及角阀直径确定。

25、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

26、本发明一方面通过大坝、冲沙系统、泄流系统、测控系统的有效结合，通过对冲沙底孔的改造和各系统联动，解决了传统底孔泄流的震动、高压水流和泥沙淤积难题，可在保障水库结构安全、正常行蓄和冲沙功能的前提下，实现生态流量实时调控，有效确保了下游河道生态流量达标；本发明另一方面通过大坝、冲沙系统、泄流系统、测控系统的有效结合，通过对冲沙底孔的改造和各系统联动，相较于现状传统生态流量下泄方式，可实现更高动态水位变化范围下的生态流量的实时调节与保障，增强了生态流量的保障概率，降低了生态流量破坏风险。本发明提出了一种高动态水位小型水库生态流量改造、计量及控制方法，可适用于各类设有冲沙底孔的小型水库、山塘生态流量改造，且具有结构简单、计量准确、调节可靠等优点。此外通过合理设置角阀所在高度，使其枯水期露出水面，也便于设施的维修与管护。