水库沙峰调度的试验模拟系统与试验模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了水库沙峰调度的试验模拟系统，包括流量控制模块、泥沙供给模块、水沙试验模块和排沙收集模块；其中，所述流量控制模块用于定制满足试验需求的场次洪水过程；所述泥沙供给模块能够配置满足试验需求的挟沙水流，实现水沙异步的精细化模拟；所述水沙试验模块开展库区沙峰调度试验；所述排沙收集模块用于水沙分离及水沙回收；另外本发明专利技术还公开相应的试验方法，可模拟水库不同调度方式下的水沙输移状况，实现水库沙峰调度的精细化模拟，为水库长期保持有效库容提供了技术支撑。库长期保持有效库容提供了技术支撑。库长期保持有效库容提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
水库沙峰调度的试验模拟系统与试验模拟方法


[0001]本专利技术涉及水库沙峰调度的试验模拟系统与试验模拟方法，属于水利工程领域。

技术介绍

[0002]大型水利水电工程具有防洪、发电、航运、水资源配置等多种功能，但水利工程会使上下游水沙情势发生改变，造成库区泥沙淤积及其生态环境变化等问题。由于泥沙淤积，全球的水库库容量逐年减少，严重制约了水利水电工程的可持续发展，尤其对于影响较为显著的河道型水库，洪峰、沙峰在库区的传播过程中存在更为显著的异步特征，即洪峰到达某一断面的时间早于或晚于沙峰达到时间，导致泥沙沿程淤积，水库的有效库容减小。因此，精准模拟水沙运动及水库淤积过程是水利水电工程水沙调控的重要前提，对水库库容的长期保持具有重要的意义。
[0003]现场观测、数值模拟是研究水沙运动的常用手段，受到坝前水深、大坝运行、涉水建筑(如引航道)等因素的制约，现场观测难度大、费用高、安全性低；数值模拟高水深、长河段工况对计算机性能要求较高，进行长序列的水沙模拟费用高、难以实现。专利CN103711101A提出了一种用于水流泥沙试验的可变形明渠弯道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水库沙峰调度的试验模拟系统，其特征在于：由流量控制模块(1)、泥沙供给模块(2)、水沙试验模块(3)、排沙收集模块(4)组成，其中：所述流量控制模块(1)用于定制满足试验需求的场次洪水流量过程，由储水箱(1.1)、水泵(1.2)、连接段(1.3)构成；其中储水箱(1.1)用于存放试验用水，容量不低于两倍的试验需水量；水泵(1.2)为直流变频水泵(1.2)，通过调整变频电机的工作频率实现泵送流量的无级线性调节；连接段(1.3)用于设备间的水力连接，储水箱(1.1)和水泵(1.2)间的连接段(1.3)为压力钢管，水泵(1.2)与下游的水沙试验模块(3)的连接段(1.3)为无压明渠，各连接段(1.3)的过流能力不低于两倍的最大试验流量；所述泥沙供给模块(2)用于配置满足试验需求的挟沙水流，由饲沙器(2.1)、悬混装置(2.2)和导流格栅(2.3)构成；其中，饲沙器(2.1)位于明渠的连接段(1.3)上方，用于向试验水流中添加试验泥沙(2.1.1)，通过动态调整饲沙器(2.1)的开度，控制试验泥沙的供应速率；悬混装置(2.2)位于明渠连接段底部，用于实现试验水流与试验沙的充分掺混，防止泥沙沉底；导流格栅(2.3)位于明渠的连接段(1.3)末端，用于消除水流中的大尺度旋涡；所述水沙试验模块(3)用于开展库区沙峰调度试验，由河库段(3.1)、坝体段(3.2)和测量设备(3.3)构成；其中，河库段(3.1)为模拟大坝上游天然河库的比尺模型，通过3D打印技术使用高强度ABS材料一体成型；坝体段(3.2)用于模拟大坝坝体及泄水结构，由挡水单元(3.2.1)、控制单元(3.2.2)和泄水单元(3.2.3)构成；控制单元(3.2.2)用于控制泄水单元(3.2.3)闸门的启闭以及开度；泄水单元(3.2.3)由若干个闸门组成，用于挟沙水流的下泄；测量设备(3.3)用于测量试验模块的水流、泥沙运动参数；所述排沙收集模块(4)用于水沙分离及水沙回收，由拦沙
‑
排水装置(4.1)、泥沙收集与处理装置(4.2)、泥沙称重装置(4.3)和回水管道(4.4)构成；其中，拦沙
‑
排水装置(4.1)其上游与水沙试验模块(3)连接，拦截并过滤水库排出的泥沙，实现水沙分离与清水下泄；泥沙收集与处理装置(4.2)用于收集水库下泄的泥沙，并进行烘干处理；泥沙称重装置(4.3)用于称量烘干后沙量，进而计算水库排沙比，称重后的干沙重新补充进入饲沙器(2.1)；回水管道(4.4)连接拦沙
‑
排水装置(4.1)与储水箱(1.1)，将分离后的清水补充至储水箱(1.1)，构成水循环系统。2.根据权利要求1所述的水库沙峰调度的试验模拟系统，其特征在于：所述的悬混装置(2.2)位于明渠连接段(1.3)底部，由压力传感器(2.2.1)、薄板栅格(2.2.2)和变频振动电机(2.2.3)组成；其中，压力传感器(2.2.1)用于实时测量挟沙水流底部水压p，根据p＝γh，结合水深h计算流体容重γ，γ与流体含沙量呈正相关；薄板栅格(2.2.2)的网眼尺寸为50倍的泥沙中值粒径；变频振动电机(2.2.3)带动薄板栅格(2.2.2)做上下往复微幅振动，促进近底泥沙悬浮，悬浮起动条件与振动频率的计算公式如下：式中：u
s
为模型沙起动速度；g为重力加速度；f振动栅格基础频率；β为频率修正系数。3.根据权利要求1所述的水库沙峰调度的试验模拟系统，其特征在于：饲沙器(2.1)投放的试验模型沙(2.2.1)由树脂外壳与石英内质制成，可根据试验的泥沙粒径及比尺要求，通过调整石英内质的含量和树脂外壳的尺寸进行定制以满足试验需要。4.根据权利要求1所述的水库沙峰调度的试验模拟系统，其特征在于：所述的测量设备
(3.3)由若干组流速测量探头(3.3.1)、水位测量探头(3.3.2)、淤沙测量探头(3.3.3)和悬沙测量探头(3.3.4)组成；其中，流速测量为超声时差式探头，沿河库段(3.1)等距贴置于两侧壁面，根据超声往返的时差计算流体流速；水位测量为超声回声探头，布设于明渠连接段(1.3)和河库段(3.1)上方，根据超声往返测点与液面的时间，计算液面与测点的距离，进而推算测点对应液面处的实时水位；淤沙测量为高频超声探头，沿河库段(3.1)等距贴置于底面，根据超声往返测点与水沙交界面的时间，计算淤沙的厚度；悬沙测量使用悬沙测量探头(3.3.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴会超，赵汗青，毛劲乔，陈彦宏，龚轶青，戴杰，孟定华，张成潇，蒋定国，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：