一種水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，包括布置于岸邊的泄洪洞和設(shè)置在泄洪洞出口的混凝土護(hù)坦，在混凝土護(hù)坦下游側(cè)順下泄水流方向設(shè)置有依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階。潛沒(méi)式臺(tái)階頂高程位于下泄水流水面線以下，每級(jí)臺(tái)階高度與泄洪洞斷面出口高度之比為1/5～1/9，每級(jí)臺(tái)階高度為1.5～3m。臺(tái)階數(shù)量為2～4級(jí)。下泄水流通過(guò)潛沒(méi)式臺(tái)階的導(dǎo)向、擴(kuò)散及碰撞作用，將下泄水流的能量分散、進(jìn)行輔助消能，提高了消能率，減小了下游河道及岸邊沖刷程度，從而減小了防護(hù)工程量。
【專利說(shuō)明】一種水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水利水電工程中的泄洪洞出口消能結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種中低水頭、較大流量、低弗汝德數(shù)、下泄水流與河道水流銜接不佳的水利水電工程中的泄洪洞出口消能結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，低弗汝德數(shù)的水流消能問(wèn)題是較難解決的，由于屬于波狀水躍狀態(tài)，即使是采取了工程措施，也往往是消能率只能達(dá)10%左右、且在下游大范圍形成水面波動(dòng)，消能效果較差；而由于布置條件所限，當(dāng)下泄水流與河道內(nèi)水流不能良好銜接時(shí)，更是加劇了消能的難度，常規(guī)措施往往只能是加強(qiáng)下游兩岸大范圍的防護(hù)，工程量較大。這是中低水頭、低弗汝德數(shù)、大單寬流量泄洪洞工程中最常見(jiàn)的工程技術(shù)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能適應(yīng)中低水頭、較大流量、低弗汝德數(shù)、避免下泄水流能量過(guò)于集中，使水流消能較為充分的水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，包括布置于岸邊的泄洪洞和設(shè)置在泄洪洞出口的混凝土護(hù)坦，在混凝土護(hù)坦下游側(cè)順下泄水流方向設(shè)置有依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階。
[0005]潛沒(méi)式臺(tái)階頂高程位于下泄水流水面線以下，每級(jí)臺(tái)階高度與泄洪洞斷面出口高度之比為1/5?1/9，每級(jí)臺(tái)階高度為1.5?3m。
[0006]臺(tái)階數(shù)量為2?4級(jí)。
[0007]所述下泄水流的單寬流量為150?210m3/s ;弗汝德數(shù)為I?2 ;下泄水流流速為15 ?25m/s。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0009](I)利用泄洪洞布置在岸邊的地形條件，在岸邊設(shè)置混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階進(jìn)行輔助消能，將下泄水流能量加以分散，提高了消能率，有效地緩解了河道沖刷程度。
[0010](2)下泄水流越大或下游水位較低時(shí)，水流橫向擴(kuò)散作用越為明顯。
[0011](3)本實(shí)用新型的消能結(jié)構(gòu)，型式新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)且有效地緩解了大流量、低弗汝德數(shù)的泄洪洞出口水流集中、消能不充分、下游水流連接不佳、下游沖刷較為嚴(yán)重的問(wèn)題，有效地提高了消能率；減小了下游河道岸邊防護(hù)工程量和工程投資，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為類似泄水建筑物的消能設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路及參考，具有借鑒意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型圖1的剖面圖。[0014]圖3為本實(shí)用新型的流速分布矢量圖。
[0015]圖中:
[0016]I一泄洪洞；
[0017]2—混凝土護(hù)坦；
[0018]3—潛沒(méi)式臺(tái)階。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0020]如圖1-3所示，本實(shí)用新型的水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，包括岸邊采取挑流消能方式消能的泄洪洞1、其出口的混凝土護(hù)坦2、護(hù)坦下游側(cè)順下泄水流方向依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階3。下泄水流與各級(jí)臺(tái)階3碰撞，臺(tái)階起到導(dǎo)向、水流擴(kuò)散及碰撞消能的作用。
[0021]所述潛沒(méi)式臺(tái)階3位于混凝土護(hù)坦2下游側(cè)，其頂高程位于下泄水流水面線以下。
[0022]所述潛沒(méi)式臺(tái)階3每級(jí)高度與泄洪洞斷面出口高度之比為1/5?1/9，且每級(jí)臺(tái)階高度為1.5?3m。
[0023]所述潛沒(méi)式臺(tái)階3的臺(tái)階數(shù)量，依據(jù)下泄水流能量程度，以2?4級(jí)為宜。臺(tái)階級(jí)數(shù)過(guò)多則消能率提高的程度減弱、經(jīng)濟(jì)性差。設(shè)置臺(tái)階后大流量或下游水位較低時(shí)水流橫向擴(kuò)散作用明顯。
[0024]所述泄洪消能結(jié)構(gòu)中下泄水流的單寬流量較大，為150?210m3/s，弗汝德數(shù)為I?2,流速為15?25m/s。
[0025]具體地說(shuō)，通過(guò)泄洪洞I挑流消能后下泄的水流，進(jìn)入混凝土護(hù)坦2及其下游側(cè)順下泄水流方向依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階3范圍，下泄水流與各級(jí)臺(tái)階3碰撞，臺(tái)階起到導(dǎo)向、水流擴(kuò)散及碰撞消能的作用。如果不設(shè)置潛沒(méi)式臺(tái)階3進(jìn)行輔助消能，則下泄水流落點(diǎn)較為集中，對(duì)下游河床的沖刷程度較為嚴(yán)重，而導(dǎo)致防護(hù)量增加。
[0026]由于本實(shí)用新型將下泄水流能量進(jìn)行了分散，從而有效地提高了消能率，緩解了下游沖刷較為嚴(yán)重的問(wèn)題。大流量或下游水位較低時(shí)水流橫向擴(kuò)散作用明顯，效果更佳。
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0028]某大(2)型水電站工程，最大泄洪水頭36m。工程布置有岸邊溢洪道及泄洪洞，通過(guò)泄洪洞挑流消能下泄的流量校核洪水時(shí)為2170m3/s、設(shè)計(jì)洪水時(shí)流量為2087m3/s，汛期運(yùn)行限制水位為1896m3/s。
[0029]泄洪洞寬度為10m，隨下泄流量的變化，洞內(nèi)水流單寬流量較大，最大單寬流量達(dá)217m3/s ;下泄水流弗汝德數(shù)較低，為I?2左右，流速為15?25m/s。泄洪洞出口挑坎頂高程2087.50m,下游河道尾水水深整體較淺，水深變幅較大，為4.39?20.31m,最低尾水位2081.39m。泄洪洞采用常規(guī)的挑流消能措施，存在的主要問(wèn)題是消能不充分，水流過(guò)于集中，且與下游河道水流銜接不佳，下游河床的沖刷程度較為嚴(yán)重，防護(hù)量較大。
[0030]利用本工程泄洪洞下游側(cè)地基巖性較好的條件，設(shè)計(jì)了混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階做為挑流消能的輔助措施，以分散下泄水流能量、進(jìn)一步提高消能率，從而減小對(duì)下游河床的沖刷及減少防護(hù)量。
[0031]如圖1-2所示，泄洪洞I采用挑流消能，其出口處設(shè)置混凝土護(hù)坦2在護(hù)坦下游側(cè)設(shè)置了潛沒(méi)式臺(tái)階狀導(dǎo)向消能工做為輔助消能措施，下泄水流在混凝土護(hù)坦2及依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階3上進(jìn)行輔助消能。潛沒(méi)式臺(tái)階的功能一是將泄洪洞出流導(dǎo)向河床方向并形成橫向擴(kuò)散，二是使水流挑向下游河道，水流表面形成面流消能態(tài)勢(shì)，三是水流與臺(tái)階進(jìn)行碰撞消能。泄洪洞出口采用臺(tái)階導(dǎo)向消能體型后，消能體導(dǎo)向、擴(kuò)散作用明顯，對(duì)于減輕下游河道沖刷起到了較好效果。
[0032]如圖3所示，泄洪洞采用上述輔助消能型式后，在校核洪水工況下，泄洪洞出口臺(tái)階消能體第一道臺(tái)階頂部流速V=17.27m/s,第二道臺(tái)階頂部流速V=14.41m/s,其后遞減。
[0033]設(shè)計(jì)洪水位工況下，下游河道沖刷范圍較校核洪水位時(shí)減小。僅采用挑流消能時(shí)，泄洪洞后沖坑底高程為2053.5m，相對(duì)沖刷深度26.5m，且存在一較大范圍的淤積體；設(shè)置潛沒(méi)式臺(tái)階輔助消能措施后，沖坑底部高程為2071.4m，相對(duì)沖刷深度8.6m，淤積范圍明顯減小，說(shuō)明設(shè)置潛沒(méi)式臺(tái)階作用顯著。
[0034]各運(yùn)行工況下游河道尾水銜接流態(tài)較好，下游河道左岸一側(cè)回流區(qū)范圍減小，回流強(qiáng)度減弱，校核洪水位工況下，泄洪洞后沖坑底部高程為2067.0m，相對(duì)沖刷深度13.0m ；50年一遇以下常遇洪水工況，沖坑深度不超過(guò)10m。
[0035]本工程由于采用了本實(shí)用新型所述的輔助消能工結(jié)構(gòu)型式，較好的解決了中低水頭、大流量、低弗汝德數(shù)、下游水流連接不佳而使下游沖刷較為嚴(yán)重的問(wèn)題，不僅提高了消能率，也有效地減少了對(duì)下游河床的沖刷，從而減小了工程量和工程投資，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0036]以上所述的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠理解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來(lái)限定本實(shí)用新型的專利范圍，即凡本實(shí)用新型所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍會(huì)在本實(shí)用新型的專利范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水利水電工程中的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，包括布置于岸邊采取挑流消能方式消能的泄洪洞(I)和設(shè)置在泄洪洞出口的混凝土護(hù)坦(2)，其特征在于，在混凝土護(hù)坦(2)下游側(cè)順下泄水流方向設(shè)置有依次增高的混凝土潛沒(méi)式臺(tái)階(3)，所述下泄水流的單寬流量為150?210m3/s ;弗汝德數(shù)為I?2 ;下泄水流流速為15?25m/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利水電工程的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，其特征在于，潛沒(méi)式臺(tái)階頂高程位于下泄水流水面線以下，每級(jí)臺(tái)階高度與泄洪洞斷面出口高度之比為1/5?1/9，每級(jí)臺(tái)階高度為1.5?3m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水利水電工程的泄洪洞出口輔助消能結(jié)構(gòu)，其特征在于，臺(tái)階數(shù)量為2?4級(jí)。
【文檔編號(hào)】E02B8/06GK203654245SQ201320632667
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】林健勇, 王志國(guó), 張躍民, 王春生, 李賀林, 韓立 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司