光伏儲能式虹吸管在山塘治理中的應用初探

梁德高

摘要：從2004年以來，在我國虹吸管得以廣泛的應用，但是在治理部分山塘中發現輸水管的堵塞和排水能力不足，存在安全隱患。據此，本文探討了光伏儲能式虹吸管在山塘治理中的應用。

關鍵詞：光伏儲能;虹吸管;山塘

0? 引言

在小型水利工程中，虹吸管被廣泛地采用，它是利用虹吸管上段水面的大氣壓強與下段壓力強之間的壓力差，將水庫水體從壩頂引向下游。由于部分水庫山塘地處偏僻，無法應用普通的虹吸管設備，從而對現有的設備進行改進，光伏蓄能虹吸管是利用太陽能光伏發電裝置對現有虹吸式放水涵管進行改造，該技術應用前景廣闊，值得推廣。

1? 虹吸管介紹

1.1? 虹吸管工作原理

虹吸現象是液體分子間的引力和位能差造成的，是液體分子之間的引力和位能差，即利用水柱壓力差使水上升或下降。虹吸進水管是一條利用虹吸作用將河床式取水頭引入集水井的管道。由于虹吸高度最大可達7米，因此可大大降低管道的埋深，減少鋪設管道的土石方量，加速發展，節約投資，適合河漫灘寬闊，河岸為硬巖，流水線埋入大量土石方，或用于跨越堤壩的需要。虹吸管道必須保證不漏氣，對管道和施工質量要求很高，但與自流式進水管相比，其可靠性差。至少要有兩個虹吸管，當一個停止工作時，剩下的管子流過管子的流量必須滿足事故用水的要求。由于道岔的水面承受不同的大氣壓力，所以水從壓力高的一側流到壓力低的一側，直到兩面大氣壓力相等，且容器內水面高度相同時，才停止流動。隨著液體上升的管子很高，壓力下降，從而在管子內產生氣泡（由氣體或其它構成氣體組成），氣泡的形成決定了虹吸管的作用高度。由于氣泡會使液體破裂，氣泡兩端的氣體分子之間的力下降到0，這就破壞了虹吸作用，所以管道必須充滿水。由于雙層管口處的氣壓會增加整個虹吸管的壓力，因此在正常的氣壓下，虹吸管比真空管更有效[1]。

1.2? 虹吸管優點

虹吸排水在建筑中的應用非常廣泛，現代建筑對其實用性和美觀的要求越來越高。虹吸排水系統的優點卻十分明顯，尤其是在廠房、體育館、機場、展覽館、高層裙房等跨度較大、結構復雜的屋面，它既可解決傳統重力式排水系統難以解決的設計難點，又在節省管材和施工工作量方面有顯著優勢。虹吸排水系統的橫管不需要坡度，屋面雨水斗布設靈活，可減少或減少屋面預留孔，管道可根據設計要求靈活設置，可靈活選擇管材，可控制屋面及溝槽內水深，具有快速自凈管功能。

1.3? 虹吸管常見問題

虹吸管使用中最常見的問題是管路泄漏，泄漏原因如下：地基不牢固，發生不均勻沉降，造成管道節間開裂;管節與涵體接觸不緊密，有縫隙漏水，造成滲水;管節在施工過程中，由于外力的作用，管節未完全按規范施工，或者管節之間由于管節間開裂，造成管節本身質量問題，管節因裂縫或缺陷而滲漏;管節在施工過程中，如回填混凝土等，管節在外力的推動下，會變形或出現裂縫。

2? 光伏儲能式虹吸管介紹

2.1? PV儲能簡介

PV能通過光伏效應的原理，將太陽輻射能轉換成電能。PV能源以其無污染、無噪音、維護費用低、使用壽命長等優點，近年來得到了快速發展。到2015年底，全球太陽能發電裝機容量將達到2.3億kW，比2015年增加20%，增加5300萬kW。2006年至2015年，我國光伏發電年增長率在40%以上，是世界上增長最快的能源品種;5年內新增裝機400萬kW，進入產業化初期發展階段。截至2015年，全省累計裝機86萬kW，比2010年增加4318萬kW，增長1513萬kW，其中全年新增裝機居世界第一。東部和西部地區太陽能發電應用逐步形成集中開發、集中布局的格局。要創新發展模式，把農業、養殖業和生態治理有機結合起來，走上規模化、多元化發展的新階段。

2.2? 光伏儲能式虹吸管工作原理

PV蓄能虹吸管是在現有虹吸式放水涵管的基礎上進行改造，該虹吸管高度最大部分的上方設有集水箱，集水箱通過補水控制閥和補水管路連接至下部虹吸管。在此基礎上，通過補水管與進水池潛水泵相連，潛水泵由光伏發電蓄電池提供動力，保證進水池水量充足。充水控制閥在虹吸管正常工作時關閉;充水控制閥在虹吸管停止工作時打開，以便通過水體注入虹吸管，使管子始終處于滿水真空狀態[2]。

2.3? 光伏儲能式虹吸管優點

有的山塘水庫地處偏遠，不通水、不通電，但放水涵管間隔一定時間需要補水，人工引水不便，而且耗時長，光伏蓄能虹吸管利用太陽能再生能源，降低成本，環保經濟，只需控制閥門開關，實現管路滿水真空，減輕工作負擔，大大提高工作效率。

3? PV儲能虹吸管的應用

九江市50～60年代修建的主要農業灌溉設施和生活用水設施水庫山塘，由于當時建設的經濟條件、技術水平、運行管理體制等方面的限制，在工程建設中普遍存在工程質量不合格、設施不配套等問題，導致涵管大部分漏水，嚴重影響了工程效益。山前水庫為德安縣豐林鎮紫荊村南部的一個小型水庫，屬二級水庫。該水庫建于1967年冬，主要建筑有：水壩、溢洪道、排水管等。其中興利水庫蓄水37000m3，調洪水庫0.7萬m3，死庫水庫蓄水25000m3。壩高18m，壩頂軸線長72m，壩頂平均寬5.3m，均為心墻式土壩[3]。此座山塘大壩由于建成早，運行時間長，涵管老化，漏水嚴重，不能正常運水，故決定2013年對該大壩進行除險加固，用虹吸管代替原來難以處理的漏水涵管。在山塘應用太陽能虹吸管，使除險加固只需處理舊涵管的堵塞問題，而無需破壩除險加固，大大減少了土方開挖、回填，施工簡單，工期短，投資少，操作維護方便，經濟環保。經過四年運行，效果良好，在小山塘水庫除險加固中具有很好的推廣應用價值[4]。

4? PV儲能式虹吸管在應用中需要的注意事項