[發明專利]高海拔虹吸管網調水發電防災灌溉變沙漠為良田工程

在審

• 申請號: 201310698136.X
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103843485A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 朱華
• 申請（專利權）人: 朱華
• 主分類號: A01B77/00
• 分類號: A01B77/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于天然水源的利用技術，這就是高海拔虹吸管網調水發電防災灌溉變沙漠為良田工程。

背景技術

時至今日，無論是國內或國外，對于天然水源的利用無不是攔河筑壩，蓄水發電，工程之浩大，消耗時日、資金、人力之巨，難以計算，對壩區移民、環境的影響將長期存在，地震塌壩之憂，難以消除，雖說我國人均擁有的用水量小，然而我國的外流水量卻很大，同時，水的分布非常不均，東南多水，常年洪水成災，西北少水，沙漠遍布，沙塵暴之害，年年不斷，剛靠建壩、水泵灌溉是很難解決的，靠人工造林進展有限，但是，就我國的地理地勢而言，在西北地區南高北低海拔高度的差值大，而西北地區至東南沿海地區則是西北高東南低，拔高度的差值更大，西南高海拔地區蘊藏有豐富的水力資源，西北低海拔地區則是遍地沙漠，如何將高海拔地區的水力資源調往低海拔地區呢?這是本發明試圖要解決的問題，以期將高海拔地區的水力資源調往低海拔地區，使西北地區的沙漠變為良田，使烏魯木齊至北京這個緯度帶不受沙塵暴之災，使這個緯度帶的人們能獲得優質的飲用水，以期將高海拔地區的水力能源變為電力能源，以期減少使國家對地下有限礦物能源的依賴性。

發明內容

一項高海拔虹吸管網調水發電灌溉防災變沙漠為良田工程系由虹吸取水管網、發電管網和灌溉網組成，水體在虹吸管內的流動只取決于取水口與出水口的水位差，只要取水口的水位高于出水口的水位，虹吸管即使是爬山涉水也不影響水體在管內的流動，而取水量的大小，只取決于取水區的供水量和虹吸管管徑的大小，水體在虹吸管內的流動遵守流體在管內的連續方程，遵守能量轉換原理，遵守自由落體規律，高海拔調水虹吸管網既是發電管網，又是灌溉管網，也是防災變沙漠為良田的管網工程，因為虹吸管發電管網只消耗虹吸管所吸水體的勢能，而不損失所吸水體的流量，灌溉管網只消耗虹吸管所吸水體的少部分勢能，而且當夜晚不發電時，就能將所吸水體部分或全部轉入灌溉管網，或為管網途經城市提供飲用水，或為管網途經干旱地區提供救災用水，或為管網途經洪澇地區提供排澇措施，或將虹吸管網所吸水量的全部用于發電、防災、灌溉和城市用水，本發明所要解決技術問題的技術方案是：虹吸管發電管網的每一條虹吸管道均采用大口徑焊接鋼管直管、彎管和三通作為水體的流動通道，用鋼筋水泥作為流動通道的直管、彎管和三通的徑向承壓結構層，用固定式套管作為虹吸管道的膨脹節，用大型管式球面控制閥門作為虹吸管道的開關，途經高寒地區的虹吸管均采用空氣保溫措施進行保護，以東經103度帶向西、北緯34度帶向南作為的取水區，在取水區建設一個集水中心區，擬在我國東經98度帶與北緯28度帶所涉地區建設集水中心區，從取水區采取的水體按海拔高度分級，以設定的落差為一級，同一級取集的水體，用虹吸管引導至集水中心區，與一根與之相配的大徑虹吸管連接，在取水區的集水中心區建設三條虹吸管調水管網，第一條為向北管網，向北管網沿東經98度帶向北至北緯40度帶，在東經98度帶與北緯40度帶建設虹吸管網發電走廊，從發電走廊沿北緯40度帶向西建設北西虹吸管網的灌溉網，從發電走廊沿北緯40度帶向東建設北東虹吸管網的灌溉網，第二條為29度管網，29度管網沿北緯29度帶向東至沿海地區，第三條為24度管網，24度管網沿北緯24度帶向東至沿海地區，在東南沿海低海拔地區建設虹吸管網發電中心，發電后的高海拔的水量，作為該地區的城鎮自來水廠的水源，凡虹吸管網途經的地區還可建設地區發電廠和地區灌溉網，高海拔虹吸管網調水，除獲取水力電能外，向北管網、北西虹吸管灌溉網和北東虹吸管灌溉網還肩負綠化沙漠，變沙漠為良田，消滅沙塵暴，為缺水地區提供優質飲用水的重任，29度管網和24度管網為缺水地區提供灌溉用水和優質飲用水，在洪水多發地區建設虹吸排澇管，借以減少旱災水災以致森林火災，在取水區對取水點的要求是：1、取水口的海拔高度遠大于出水口的海拔高度，2、取水口處的來水量大于出水口的水量，取水點的選擇有：1、在我國境內的高海拔江河，2、具有豐富地下水的高海拔地區，3、具有豐富熔雪水的高山下，在我國境內的高海拔江河內取水，在其上游設定海拔高度的江河構建取水坑，取水坑具有讓來水甩離懸浮物的構造，將管口帶有過濾結構的取水管插入取水坑即可，取水管沿河岸架設到集水中心區，或爬山搭架過河過路到集水中心區，若遇有取水價值的淺灘，則淺灘上游適宜部位修建一道攔水壩，將帶有過濾結構的取水管插入攔水壩取水，使壩下原來的淺灘變為耕地或草地，用虹吸管對其進行灌溉，當水量較大時，可用虹吸管將多余的水量跨耕地或草地流向下游，將取水管沿河岸架設到集水中心區，或爬山搭架過河過路架設到集水中心區，若取水江河上已建有攔河壩，則用大型取水管進行取水，不在攔河壩址處建設發電站，而用虹吸管將水體引導到低海拔地區建設發電站，這樣不僅能成倍地提高發電量，又能用發電后的水量來灌溉和飲用，變沙漠為綠洲良田，消滅沙塵暴，減少旱澇災害，且不破壞環境生態，將大型取水管道爬山搭架過河過路架設到集水中心區，在具有豐富地下水的地區修建一條鋼筋水泥的弧形導水地下通道，在導水地下通道的適宜部位建造一個或多個引入地下水的鋼筋水泥桶形豎井，在蓋住豎井端口的鋼筋水泥蓋板上插入一根取水管道，取水管道的管口離桶底有一設定距離，將取水管道爬山搭架過河過路架設到集水中心區，在具有豐富熔雪水的高山下，繞熔雪線下方建造一條鋼筋水泥的鉤形接水帶，鉤形接水帶的底邊與高山坡度相適配，另一邊高出對應山體表面，沿鉤形接水帶在山溝的低位處，建造接納熔雪水的帶缺口的鋼筋水泥的地下水桶，在蓋住缺口水桶上端表面的鋼筋水泥蓋板上插入一根取水管道，取水管道的取水口距底面有一設定距離，將取水管道爬山搭架過水過路架設到集水中心區，集水中心區建設在山上或高原上，就按設定走向將多條虹吸管組成管網沿山或沿高原鋪設而下，或用管支架就地勢架設出山或出原，在虹吸管網途經地區逢山爬山，遇水、遇路，架設管支架，直抵低海拔目標地，向北虹吸管網在目標地建設發電走廊后，分成北西管網和北東管網，北西管網沿北緯40度帶向西走去，北東管網沿北緯40度帶向東走去，在途經的更低的海拔地區再建虹吸管網發電廠，并將發電后的水量接入沙漠地區的灌溉網，29度管網和24度管網分別沿北緯29度和24度帶向東走去，逢山爬山，遇水、遇路，建造管支架飛過，若途經地區還有高海拔地區水源，再取水加入對應虹吸管網，在常年有山洪的地區建設蓄水池，將取水管設置在蓄水池內，將取水管與虹吸管連接加入對應虹吸管網，當發生山洪時，開啟該取水管上的閥門，將發生山洪的水由虹吸管輸往低海拔地區發電，或向低海拔干旱地區放水，所有的虹吸管網在設定的距離處于每一根虹吸管上設置膨脹節，每一個膨脹節的兩端口分別與對應直管端口焊接連通，每一條虹吸管道的熱脹冷縮引起的尺寸變化用膨脹節進行調節，在管網上的膨脹節錯位排列，從而縮小管支架的橫向寬度，所有的虹吸管網在途中適宜地區需建設虹吸管網發電廠，用地區虹吸管網發電廠來消耗高海拔水量的部分勢能，減輕虹吸管所承受的壓力，地區虹吸管網發電廠、發電走廊和發電中心的發電裝置相同，即在每一根虹吸管的一段管道之間設置有一個發電裝置，設置虹吸管發電站的U型動力通道，用一只上游三通的水平端口連接上游虹吸管，上游三通的另一水平端口連接一只虹吸管閥門，虹吸管閥門的另一水平端口用短管連接一只下游三通，下游三通的水平端口續接下游虹吸管，在上下游三通之間建設虹吸管發電站，將上游三通的下端口與短管或直接與虹吸管發電裝置的進水閥門連通，進水閥門的下端口與電站發電裝置連接，發電裝置下端部位從動力輸出機匣伸出的傳動軸與發電機轉子的轉軸連接，動力輸出機匣的下端口與出水管連接，出水管的下端口與一根彎管連接，彎管朝虹吸管網方向連接一根橫管，橫管另一端口與一只過渡水箱焊接連通，在過渡水箱的頂板上安裝一只出水閥門，出水閥門的上端口連接一根豎管，豎管的上端口與下游三通的下端口連通，這樣，上游三通、短管、進水閥門、發電裝置、出水管、彎管、橫管、過渡水箱、出水閥門、豎管和下游三通，就構成虹吸管發電裝置的U型流體動力通道，關閉虹吸管閥門，同時開啟電站進、出水閥門，流體通過動力通道沖擊電站動力裝置的旋轉輪輸出扭矩，帶動設在動力裝置周圍的多臺發電機發電，關閉動力通道上的電站進、出水閥門，同時開啟虹吸管閥門，動力通道內的旋轉輪停止轉動，發電機失去動力而關閉，一條虹吸管上的在各地的動力裝置與之相配的發電機機組就構成各地區虹吸管發電站，虹吸管網上的每一條動力通道在地區的基礎上是相互錯位排列的，使虹吸管發電裝置之間不發生干擾，使其便于發電裝置的安裝施工與維修，多條動力通道上的地區虹吸管發電站就組成一個地區虹吸管網發電廠，在設定的海拔高度差的范圍內，在向北管網、29度管網和24度管網上可以建設一個或多個地區虹吸管網發電廠，地區虹吸管網發電后的水體分別沿下游三通的下游虹吸管向海拔高度低的地區流去，管支架沿設定經度帶或緯度帶接續向設定的高經度或高緯度方向設置，當途經沙漠的地區或干旱地區時，在每一根虹吸管上安裝一只帶控制閥門的三通，三通的兩端口與虹吸管連接，三通的另一端口與直角彎管連接，直角彎管的另一端口與控制閥門連接，在管網上的三通錯位排列，控制閥門的閥桿直立向上，在同一地區各閥桿上的操作盤工作面于同一水平面與管線同向成直線排列，這些三通上方的閥門通常是關閉的，在對應這排閥門部位建造閥門控制室，閥門控制室的底板就是管網在該處的支撐板，每當沙漠地區或干旱地區需要用水時，開啟其中一部分閥門或全部閥門對地區灌溉網放水，或在夜晚用電量少虹吸管網停止發電，或部分停止發電時，則開啟全部閥門或部分閥門對地區灌溉網放水，或用夜晚的發電量來驅動水泵向虹吸管網不能轄及的缺水地區供水，在三通后的控制閥門端口接出一根灌溉總管架設到缺水地區的高地處，再在水位能及的高地處連接若干根灌溉分管，在每一根灌溉分管上再連接若干根灌溉支管，每一根灌溉支管再連接若干根灌溉滴管，滴管伸向作物區對盆栽作物進行滴灌，這樣組成一個一個的地區灌溉網，利用虹吸管網的水位對沙漠地區或缺水地區的作物進行盆栽滴灌，在每一根灌溉滴管上安裝一只或多只滴灌閥門，對不同作物所需水量進行適時適量控制，以保證作物的正常生長，并提高虹吸管網水體的利用效率，保證各類作物豐收，當然還可向該地區的各水塔供水，組建地區優質飲用水網，將高海拔水源送至千家萬戶，這是比任何瓶裝水、任何礦泉水更優質的飲用水，特別是夜晚不發電時，最適宜于對地區灌溉網提供水源，既有利于高海拔水資源的充分利用，也有利于作物的生長，有利于人畜享用高山優質飲用水，對于在攔河壩前的特大型取水管和同一海拔高度的取水管的匯總特大型輸送管，采用與輸送流量相配的焊接鋼管，焊接彎頭，焊接三通，固定式套管膨脹節，用大型管式球面閥門連接的每一條特大型虹吸管，在焊接鋼管和各管件外構建鋼筋水泥承壓層，途經高海拔高寒地區的每一根取水管至集水中心區的管段上分別設有空氣保溫層，在集水中心區建造保護管道與接頭的空氣保溫室，從集水中心區保溫室伸出的向北管網、29度和24度管網，在途經高寒地區的管網段上分別設有空氣保溫層，灌溉網的閥門控制室依閥門所在地段建造空氣保溫室，取水管和管網段上的空氣保溫層用泡沫塑料空心盒組裝在與之相配的管道上，用膠帶封住盒口縫和續接縫隙，空氣保溫室，按多層樓房方式建造，采用鋼筋水泥梁柱結構，頂層是空氣保溫室，設置可密封的多層玻璃窗、可密封的門扇，內外表面用泡沫塑料等保溫材料包裹貼合，調水虹吸管網能有效充分開發高海拔地區的水資源，建設好虹吸管網，不僅能提供大量的電能，節省采購石油的巨大開支，減少碳排量，消滅沙塵暴，減少或免除途經地區的旱澇災害，為途經地區提供優質的飲用水，把西北大沙漠變成綠洲，變成我國的西北大糧倉。