暗涵重力有压流输水条件下的梯级调水泵站的制作方法

本发明涉及梯级调水泵站，具体涉及一种暗涵重力有压流输水条件下的梯级调水泵站。

背景技术：

1、我国水资源在时间、空间上呈现分布不均匀的现状，时间上降水年际变化大，空间上呈“南多北少”的格局，同时，我国水资源与土地资源的分布不匹配，经济社会发展布局与水资源分布也不相适应，水资源供需矛盾十分突出，所以实施跨区域、流域调水工程是十分必要的。梯级调水泵站是将低处水源输送至高处水源的水工建筑物，在跨区域、流域调水工程中应用广泛，是改善区域、流域水资源分布不均问题，保障国家经济安全、粮食安全和生态安全的重要工程。

2、通常情况下，两级梯级调水泵站通过明渠来实现输水，明渠虽然槽蓄能力强，但是增加了水利工程建设带来的永久占地和拆迁，同时会对土地资源造成浪费，威胁国家粮食安全，所以，为了响应低碳发展要求，促进土地资源节约利用，也逐渐出现了两级梯级调水泵站通过暗涵来输水的形式。

3、但是，暗涵中水流一般为重力有压流，在调水工程中易发生破坏泵站设备，严重时危及人身安全的问题，而且大型梯级调水泵站在调水过程中，若取水量较小时运行机组易出现能源消耗大，输水效率低等问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种暗涵重力有压流输水条件下的梯级调水泵站，解决了梯级调水泵站在暗涵重力有压流输水条件下设备易损坏，取水量小的情况下能源消耗大、输水效率低的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种暗涵重力有压流输水条件下的梯级调水泵站，所述梯级调水泵站包括：站间暗涵、调压井、输水暗涵、进水前池、泵房、汇水箱、穿坝涵洞和直通涵洞；

6、所述站间暗涵的上游连通上级调水泵站，站间暗涵的下游通过调压井分别与输水暗涵和直通涵洞连通；

7、所述输水暗涵的下游依次连通进水前池、泵房、汇水箱和穿坝涵洞；输水暗涵的上游段设置有暗涵控制闸；穿坝涵洞穿过堤坝后连通高水位处水源，穿坝涵洞设置有防洪闸；

8、所述直通涵洞的下游直接与汇水箱连通；直通涵洞的上游段设置有入口控制闸，直通涵洞的下游段设置有出口控制闸。

9、优选的，所述直通涵洞的过流能力需要满足：

10、

11、

12、λ＝8g/c2

13、其中，q为直通涵洞的设计流量m3/s；

14、a为倒虹吸管的断面积m2；

15、z为上下游水位差m；

16、μ为流量系数；

17、ξ0为出口损失系数；

18、∑ξ为局部损失系数总和；

19、为沿程摩阻损失系数；

20、l为管长m；

21、d为管径m；

22、λ为能量损失系数；

23、c为谢才系数。

24、优选的，所述直通涵洞顶板、底板及左右侧墙的最大弯矩通过有限元分析计算确定；

25、有限元基本方程如下：

26、几何方程如下：

27、

28、其中，ε为应变向量；

29、x、y、z为三个坐标方向上的长度；

30、u、v、w为某点沿三个坐标方向的位移；

31、当各应变分量εx＝εy＝εz＝0时，对上式进行积分，得：

32、

33、其中，u0、v0、w0、ωx、ωy、ωz为积分常数；

34、平衡微分方程如下：

35、

36、其中，qvx、qvy、qvz为单位体积上的作用力在x、y、z三个方向上的分量；

37、σ为某方向上的正应力；

38、τ为某方向上的剪应力；

39、变形协调方程如下：

40、

41、其中，γ为某方向上的剪应变；

42、物理方程如下：

43、对于弹性物体，若满足各向同性，则其应力、应变之间的线性关系满足广义胡克定律，即：

44、

45、

46、其中，e为弹性模量；

47、μ为泊松比；

48、g为剪切弹性模量。

49、优选的，所述泵房上方设置有主厂房，主厂房两侧分别设置有副厂房和安装间。

50、优选的，所述进水前池包括：前池上游段和前池下游段；

51、所述前池上游段在平面上呈梯形布置，前池下游段呈矩形布置，底板范围内设排水孔，下设反滤层，反滤层结构从下到上依次为中粗砂、瓜子片垫层及碎石垫层。

52、优选的，所述汇水箱包括：汇水箱上游段和汇水箱下游段；

53、汇水箱上游段和汇水箱下游段布置于两个分缝段上，汇水箱上游段上层为泵站出水管的延伸和扩散段，下层是站身底板的渐变过渡段，站身底板顶面高程逐步抬高；

54、汇水箱下游段为平顺收缩过渡段，逐步过渡到出水箱涵断面，在平面上呈梯形。

55、优选的，所述穿坝涵洞为两孔涵洞，涵洞接缝部位均设钢筋混凝土包箍，缝间涂聚氨酯密封胶。

56、优选的，所述防洪闸的顶部设有启闭台和启闭机房。

57、优选的，所述泵房的站基防渗长度l满足：

58、l≥δh*c

59、其中，δh为最大水位差；

60、c为渗径系数，c≤13；

61、所述泵房的抗滑稳定安全系数kc满足：

62、

63、其中，∑g为作用于泵房基础底面以上的全部竖向荷载；

64、∑h为作用于泵房基础底面以上的全部水平荷载；

65、f为泵房基础底面与地基之间的摩擦系数，取f＝0.4；

66、所述泵房的抗浮稳定安全系数kf满足：

67、

68、其中，∑v为作用于泵房基础底面上的全部重力；

69、∑u为作用于泵房基础底面上的扬压力；

70、所述泵房的基底应力满足：

71、

72、其中，为泵房基础底面应力的最大或最小值；

73、∑mx、∑my为作用于泵房基础底面以上的全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩；

74、wx、wy为泵房基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩；

75、a为泵房基础底面面积；

76、所述泵房的基底应力不均匀系数η满足：

77、

78、其中，σmax为泵房基础底面应力的最大值；

79、σmin为泵房基础底面应力的最小值。

80、优选的，所述泵房底板和穿坝涵洞的顶板、底板及左右侧墙的最大弯矩均通过有限元分析计算确定。

81、(三)有益效果

82、本发明提供了一种暗涵重力有压流输水条件下的梯级调水泵站。与现有技术相比，具备以下有益效果：

83、本发明中，所述梯级调水泵站包括：站间暗涵、调压井、输水暗涵、进水前池、泵房、汇水箱、穿坝涵洞和直通涵洞；站间暗涵的上游连通上级调水泵站，下游通过调压井分别与输水暗涵和直通涵洞连通；输水暗涵的下游依次连通进水前池、泵房、汇水箱和穿坝涵洞；输水暗涵的上游段设置有暗涵控制闸；穿坝涵洞穿过堤坝后连通高水位处水源，穿坝涵洞设置有防洪闸；直通涵洞的下游直接与汇水箱连通；直通涵洞的上游段设置有入口控制闸，直通涵洞的下游段设置有出口控制闸；梯级调水泵站设置有将调压井与汇水箱直接连通的直通涵洞，暗涵重力有压流输水条件下能够选择直通涵洞将站间暗涵来水直接通入汇水箱，再经穿坝涵洞出流，避免了泵站设备损坏；泵站取水量较小时也能够利用直通涵洞对重力有压水流输水，有效减少泵站机组运行能源消耗，精简了输水行程，节能环保且输水效率高。