一种水库水面多功能消涡装置及其使用方法

本发明涉及水利工程，特别涉及一种水库水面多功能消涡装置及其使用方法。

背景技术：

1、随着我国水网建设规划纲要提出，我国的水利事业进入了新阶段，对我国水利建设提出了新的更高要求。国家水网的建设对于完善补齐我国水利基础设施短板，保障用水安全，发挥水利工程的经济和社会效益具有重大意义。

2、另一方面，随着我国能源转型步伐的加快，以及新型电力系统构建的逐步完善，抽水蓄能电站和常规式水电站在我国的能源系统中发挥了越来越大的作用。上述的两大领域，无论是水资源的调配还是水能资源的利用都涉及水利枢纽如水库和水力机械如水泵、水轮机、水泵水轮机等，为了充分发挥这些水利工程的效益，一些工程难题需要提出更优的解决方案，这些难题包括如何消除水面漩涡对水力机械的影响、如何减少库区水量的蒸发损失、如何控制库底泥沙和垃圾淤积等。其中水面漩涡是一种常见的现象，在跨区域引调水工程、排灌工程泵站的进水池、常规水电站和抽水蓄能电站水库进水口附近，由于地质地理因素、水工建筑物形状、运行条件和水气相互作用等多种因素影响导致流体的不同方向速度不一致产生剪切力引发流体旋转，从而形成漩涡。漩涡的形成原因非常复杂，是一种在任何流体任何部位都可能产生的一种拟序结构，对水利工程，特别是水力机械的运行有着重要影响。当漩涡为水面漩涡时，由于离心力或抽吸力作用，涡核下凹，空气随下凹面被裹挟进入水体，对水力机械的运行产生负面影响，影响水力机械水力性能、发生汽蚀、产生振动，甚至破坏机组结构危害厂房安全。研究表明当水中混有1％的空气时，水泵的运行效率将下降15％，当混入10％的空气时，水泵将无法工作，因此避免液面吸气涡的发生对于整个水力系统的高效稳定运行具有重要意义。

3、此外，如何减少水库内水量蒸发也是一个难题，一方面在水网建设中，在干旱、半干旱地区建库由于水面蒸发大于陆面蒸发，随着坝体增高，库区扩大引发水面蒸发增大，水库的有效供水量反而减小。另一方面抽水蓄能电站上水库承担着将电能以水的势能形式储存起来的任务，如果上库水量蒸发量太大将影响抽水蓄能电站的储能效益，比如在湿润地区建立的广东从化和惠州抽水蓄能电站的储能效率分别可达到78％和80％，但是北方较干旱地区的抽水蓄能电站由于蒸发量较大往往综合储能效率只能达到65％左右，减小水库内水量的蒸发损失对于提高抽水蓄能电站的效益有着重要意义。

4、最后，水库库底泥沙淤积、漂浮物沉积以及垃圾聚集是另一个难题。水库泥沙淤积、漂浮物沉积和垃圾聚集不仅会减少水库库容，还会对水库生态造成负面影响。如果沉积区域位于取水建筑物附近，还有可能对于进水流态造成负面影响并影响水质。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种水库水面多功能消涡装置及其使用方法。

2、为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种水库水面多功能消涡装置，包括：外壳1和永磁体2；

4、所述外壳1内壁贴合固定四块永磁体2；四块永磁体2均匀分布在外壳1内，且位于同一个水平面上。

5、作为优选，所述消涡装置还包括固定轴4；

6、所述固定轴4设置在外壳1内，固定轴4由一根直杆和四根分支杆组成，直杆的一端插入外壳1内并固定在外壳1内。

7、四根分支杆位于同一个水平面上，均匀分布在直杆的四个侧面，每根分支杆从直杆的不同侧面延伸出来，分别与四块永磁体2连接并固定。

8、作为优选，固定轴4的直杆顶部安装北斗定位模块3，中下部套有重心调节器5，底部固定红外测距模块6相接。

9、作为优选，所述外壳1的形状为球体；

10、作为优选，所述外壳1的形状为四周为面积相同的平面，顶部与底部为相同球面的球顶立方体。

11、作为优选，所述外壳1的直径为30mm至100mm。

12、作为优选，所述外壳1的厚度为2mm～7mm。

13、作为优选，所述外壳1的材料为聚乙烯。

14、本发明还公开了一种上述水库水面多功能消涡装置的使用方法，包括：

15、根据水库的具体情况选择投放区域，选择水库进水口附近或漩涡明显的区域。

16、将多个消涡装置投放到选定区域的水面上。

17、确保每个消涡装置能够在水面上自由漂浮，并依靠永磁体2相互吸附形成紧密接触的消涡球群。

18、消涡球群覆盖在水面上，减少水面流速，降低水流剪切力，抑制水面漩涡的形成。

19、每个单元球的红外测距模块6朝向水底，通过红外线测距技术获取水面至水底的距离信息。

20、北斗定位模块3朝上，通过北斗卫星定位系统获取单元球的经纬坐标。

21、每个消涡装置将红外测距数据和北斗定位数据传输至中心控制系统。

22、使用中心控制系统，综合红外测距数据和北斗定位数据，实时绘制球群覆盖区域的库底形状，监测库底泥沙淤积、漂浮物沉积及垃圾聚集情况。

23、与现有技术相比，本发明的优点在于：

24、1.消涡及蒸发减少：单元球的低密度和永磁体的相互作用使得单元球无需动力即可自悬浮在水面上，并相互吸附形成紧密的球群覆盖水面。球群覆盖水面后，减少了水面流速，降低了水流剪切力，从而有效消除和减弱水面漩涡。白色的聚乙烯球壳能够有效反射阳光，降低水面温度，从而减少库区水面的蒸发量。红外测距模块可实时提供每个单元球的水深信息，结合北斗定位模块提供的精准定位数据，可以实时重构库底形状，监测库底泥沙淤积、漂浮物沉积及垃圾聚集情况。

25、2.成本效益：本发明所使用的聚乙烯材料价格低廉，适合大规模铺设于库区。该装置使用方便，易于部署和维护。通过减少蒸发和漩涡影响，本发明可以显著提高水资源和水能的利用率，具有较高的性价比。

26、3.环保及水质改善：本发明所使用的材料无毒害，环保友好，对水体和生态环境无不良影响。覆盖于水面的球群通过反射阳光，可以降低水体的溴化作用，从而抑制有害藻类的繁殖爆发，有利于改善水质。通过监测和减少库底泥沙及垃圾的堆积，有助于保持水体清洁，进一步改善水质。

27、4.安全及稳定性：通过永磁体和固定轴的设计，确保每个单元球的结构稳定性，不易受外界因素影响。装置设计合理，能有效消除漩涡、减少蒸发、监测库底情况，保障水利工程和水力机械的安全高效运行。

1.一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于，包括：外壳(1)和永磁体(2)；

2.根据权利要求1所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：所述消涡装置还包括固定轴(4)；

3.根据权利要求2所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：固定轴(4)的直杆顶部安装北斗定位模块(3)，中下部套有重心调节器(5)，底部固定红外测距模块(6)相接。

4.根据权利要求1所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：所述外壳(1)的形状为球体。

5.根据权利要求1所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：所述外壳(1)的形状为四周为面积相同的平面，顶部与底部为相同球面的球顶立方体。

6.根据权利要求4所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：所述外壳(1)的直径为30mm至100mm。

7.根据权利要求1所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：外壳(1)的厚度为2mm～7mm。

8.根据权利要求1所述的一种水库水面多功能消涡装置，其特征在于：所述外壳(1)的材料为聚乙烯。

9.一种权利要求1至8其中一项所述的水库水面多功能消涡装置的使用方法，其特征在于，包括：