科创中国

节能环保产业

1.课题来源与背景

（1）泥沙淤积问题是多泥沙河流水库长期安全运行面临的最大威胁，也是世界上水利水电建设运行中尚未彻底根治解决的重大技术难题。

（2）黄河本质特征是“水少沙多”，“水沙关系不协调” 是黄河复杂难治的症结。

（3）刘家峡水库泥沙淤积问题，严重影响水库正常安全运行及综合效益的发挥。

（4）水电是构建新能源为主体的新型电力系统、助力30.60双碳目标实现的主要路径。

（5）加快构建国家水网，刘家峡是南水北调西线入黄最重要的输配水调蓄水库。

（6）刘家峡水库减淤电站扩容增效是甘肃省能源转型的必然选择。

2.研究目的与意义

通过项目组多年来的联合攻关，突出理论研究、模型试验、数值模拟等多手段融合，

1）有效解决刘家峡水库淤积带来的水库有效库容的减少，恢复或提高水库的防洪能力，延长水库寿命，确保水库防洪安全；

2）解决水库淤积带来的电站机组严重的磨损等问题，提高电站安全经济运行。

3）解决高水头、高密度、深厚覆盖层等复杂条件下大型水下岩塞爆破关键技术问题。

4）解决汛期水库弃水及排沙弃水再利用问题；

5）解决高含沙水流条件下输水发电系统全流程防沙抗磨关键技术。

通过上述问题的研究和解决，为依托工程的设计和建设提供了经济方案，同时为将本研究的全部或部分成果进行推广应用。

3.主要结论与论据

通过多年来产学研用，解决了水库支流汇入异重流输沙理论及泥沙高效出库的排沙技术难题；攻克了HD值世界首位大型岩塞爆破精准实施难题，填补了多项技术空白，将水下岩塞爆破技术提升到国际领先水平，具有里程碑意义，工程推广应用前景广阔；实现了排沙为主、兼顾排沙弃水发电的节水增效运行新模式。研究成果整体处于国际领先水平，具有广泛地应用推广前景。

4.创见与创新

围绕解决刘家峡水库坝前淤积、机组磨损、水库有效库容减少等工程泥沙难题，采取理论研究、模型试验、数值模拟、分析预测、实施建设、运行监测等研究手段，首创了集排沙、发电、水沙调控为一体的确保工程运行安全的布置新格局，取得了一系列理论创新与技术突破，填补了多项空白，主要创见与创新如下：

（1）提出了水库异重流输沙与旁道排沙耦合技术

揭示了不同影响因素异重流浑液面变化规律及动力过程，提出了异重流入汇区淤积机理及调度响应机制，研究阐明了刘家峡水库洮河异重流沙坎演变规律，提出了在支流对岸库底设置旁道排沙洞进行水库排沙减淤技术。解决了水库支流汇入异重流输沙理论及泥沙高效出库的排沙技术难题。

（2）创建了深水高密度厚覆盖层水下大型岩塞爆破技术

首次提出了岩塞爆，破与冲水排沙相结合的新理论，创建了“深水厚淤积高密度覆盖的水下岩塞药室药量理论计算公式”，破解了长隧洞爆渣淤堵难题，发明了“预裂孔偏差高精度测量迹线法”，发明了“控制爆破中毫秒延期时间的检验方法”，取得系列发明专利，完成世界最大HD值的水下岩塞爆破，攻克了HD值世界首位大型岩塞爆破精准实施难题，填补了多项国内技术空白，将水下岩塞爆破技术提升到国际领先水平，具有里程碑意义，工程推广应用前景广阔。

（3）研发“水-沙-电”一体化调控、防淤抗磨与节水增效建设技术

研发了节水增效、扩机增容建设体系，形成排沙为主、兼顾排沙弃水发电的“一洞两用”新技术，研发了排沙发电系统全链条防淤抗冲磨技术，研发了水-沙-电一体化调控技术，实现了排沙为主、兼顾排沙弃水发电的节水增效运行新模式。

5.社会经济效益、存在的问题

本研究依托黄河刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程，2015年排沙洞建成投运，共排出泥沙1050万t，2018年300MW扩机工程并网发电，共计发电量38.43亿kW.h，节水及减少弃水约155亿m3，近三年直接发电收益9.05亿元，工程建成运行效果良好，社会经济效益巨大。

（1）防洪效益：有效减少淤积，增强防洪能力，延长水库寿命。

（2）安全效益：建筑物进口前“门前清”，为水库安全度汛提供了保障。

（3）供水效益：水质得到改善，供水能力及保证率提高。

（4）电网品质：增加电网调峰、调频、事故备用容量。

（5）减排效益：减少标煤95万t/年。

（6）生态效益：水沙关系协调，高度践行了黄河流域生态保护和高质量发展理念。

6.项目研究取得的知识产权如下：标准规范7部、发明专利14项、实用新型专利10项、工法4项、专著1部、技术论文30余篇。

研究成果应用于刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程、兰州市水源地及一带一路上崔树里项目等10余个工程。