CN101148866A - 一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法，是一种水利工程方法和设施。本发明包括进水口、两相对侧墙，出水口，在扩散池入水口位置布置由消力墩组成的第一排墩栅，在扩散池出水口布置由消力墩组成的第二排墩栅，两排墩栅平行布置，在第一排墩栅与第二排墩栅之间形成能产生强烈旋涡的涡流室。本发明依靠水跃、涡流室、消力墩组成的墩栅阻力三者联合消能，消能效果十分明显。本发明的涡流室具有水池的稳流和均流作用，加上入水口的导向设施有效地解决了出水口水流分布不均的问题。在达到同样消能效果的情况下本发明的设计简单、施工方便，建设投资大大节约。

Description

一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法

技术领域

本发明涉及一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法，是一种水利工程方法和设施，用于将雨水排入海中时消除大量雨水涌出排水口所带水动能。

背景技术

在沿海城市，暴雨积水一般通过排水系统流入大海。在雨量巨大的地方排除的水流在排水口是十分巨大的，如果在排水管的出口不采取措施是十分危险的，会对周围的生态环境产生破坏性的影响。对于这样的排水系统，设计水力性能优良的入海口水利工程设施非常重要。入海口的水利工程结构应当有足够的消能能力，以使海床受到的冲刷作用尽可能小，同时要求排出水流的流速对海洋设施和周围生态环境没有大的不利影响。消力池方法是在水电站常采用的消除水中动能水利工程方法。方法是在泄水建筑物下游降低河床高程，形成水池，增加水深，达到消能目的。由于是入海排水口，水电站消力池降低流道底高程，开挖消力水池的方法是不允许的。

一种典型的排水系统入海口由排水口和一个在流道底平面修建的扩散池组成。在一般情况下，排水管道或者隧洞的流速很大，受地形限制或其他原因扩散池尺寸不能随意无限扩大。同时为了不让各种杂物，如石块、泥沙大量滞留在排水系统流道中，在扩散池出口设置消力墩消能。消力墩的尺寸和布置方式、位置非常关键，不仅要容许各种杂物自由通过消力墩之间空隙，而且要将大部分水流的动能消耗。传统的设计是在扩散池的出口布置一排或者多排消力墩，主要通过消力墩对水流的阻力进行消能。传统的想法是为增加消能效率而增加消力墩的排数，即为消除较大的水动能而设立许多排消力墩。然而，如果在扩散池过多布设消力墩，可能会增加对水流的消能效果，但扩散池中的流动可能影响排水管道的出流能力，势必要求增加排水管道的直径，大大增加整个排水系统的投资。另外，在扩散池与排水管道不同轴的情况下，流出扩散池的水流分布严重不均匀，同样会造成外部生态的破坏。因此，发明创造新型的排水系统入海口消能工是非常必要的。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提出一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法。所述方法是采用新的消能理论，巧妙布置消力墩组成的墩栅，以形成涡流室，并且通过诱使涡流室前水流发生水跃，水跃在涡流室中产生旋涡，依靠水流自身相互作用消能。旋涡消能与消力墩消能相结合达到联合消能的目的，提高了消能效率。根据所述方法建造的消能设施在各种条件都已确定的情况下，产生了有效的消能效果，大大地降低了工程费用。

本发明的目的是这样实现的：一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法，包括进水口、对称扩散池的两相对侧墙、由消力墩组成的墩栅、涡流室、出水口，其关键在于所述方法的步骤：

带有动能的水流经入水口进入扩散池；

在扩散池的入水口附近布置第一排墩栅，一方面利用墩栅的阻力消能，另一方面利用墩栅诱发强烈的水跃消能；

水跃越过第一排墩栅进入涡流室中产生强烈旋涡，水流的动能在旋涡中耗散，涡流室还具有水池的作用，能将水流大部分动能转化为势能；

在扩散池的出水口附近布置第二排墩栅，利用墩栅的阻力对经过旋涡消能的水流再次消能；

通过出水口排出经消能的水流。

一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，包括进水口、对称扩散池两相对侧墙，出水口，在扩散池入水口两相对侧墙之间与扩散池中心轴线垂直的方向上、并在能够诱发入水水流产生一个强烈水跃的位置布置由消力墩组成的第一排墩栅，在扩散池出水口布置由消力墩组成的第二排墩栅，两排墩栅平行布置，在第一排墩栅与第二排墩栅之间形成能产生强烈旋涡的涡流室。

本发明产生的有益效果是：本发明使用的消能理论与传统的消力墩的消能理论不同。本发明是依靠水跃、涡流室、消力墩组成的墩栅阻力三者联合消能，而传统并列布置消力墩是仅仅依靠消力墩的阻力消能，因此本发明的消能效果十分明显。本发明具有很好的调节扩散池出流分布的作用，而传统消力墩布置在这方面作用较小，这在扩散池和排水隧洞不同轴的情况下特别重要，后者条件下扩散池出口水流分布会严重不均匀。而本发明的涡流室具有水池的稳流和均流作用，加上入水口的导向设施有效地解决了出水口水流分布不均的问题。在达到同样消能效果的情况下本发明的设计简单、施工方便，建设投资大大节约。一般情况下，本发明只需平行布设两排墩栅，就可以明显地解决消能问题。而传统消力墩布设要达到同样消能效果，必须布设很多消力墩，一旦扩散池中的流动影响排水管道的出流能力，势必要求增加排水管道的直径，大大增加整个排水系统的投资。由于水跃在涡流室中产生旋涡，杂物在涡流室中无法停留，所以无须清理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是实施例一中所述的墩栅涡流室复合消能设施的平面示意图；

图2是实施例一中所述的墩栅涡流室中的水流动示意图；

图3是实施例一中所述的利用墩栅涡流室复合消能设施的雨水入海口水工建筑物纵向剖面图；

图4是实施例一中所述的利用墩栅涡流室复合消能设施的雨水入海口水工建筑物平面图；

图5是实施例一中所述的流体质点运动轨迹示意图；

图6是实施例一中所述的扇形导流墩栅的布置示意图；

图7是实施例四中具有梯形消力墩的涡流室复合消能设施的示意图；

图8是实施例五中具有三角形消力墩的涡流室复合消能设施的示意图；

图9是实施例六中具有入水口导流设施的涡流室复合消能设施示意图；

图10是实施例十中具有入水口导流设施和矩形导流墩扇形排开的涡流室复合消能设施示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例为排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法，如图1所示。本实施例包括：

进水口1：进水口可以与雨水排涵洞的出口或者是其他水工工程的出水口连接。

对称扩散池的两相对侧墙2：本实施例所述的对称扩散池实际上是由两堵相对的侧墙组成的水池，这个水池的平面图为由两个对称斜边墙组成的等腰梯形，进水口和出水口组成等腰梯形的两个底边，梯形的短边底为进水口，梯形的长边底为出水口，集中流出的水在等腰梯形中散开，从出水口扩散而出，所以称为对称扩散型。对称的作用是避免水流冲刷不均匀，在对称扩散池的中心有一对称中轴线6。对称扩散池在以下的叙述中可简称扩散池。

由消力墩组成的墩栅：成排放置的消力墩组成栅栏似的墩栅，根据需要安排大小相同或不同的一排或多排墩栅成起相同作用的墩栅。消力墩的横截面可以是方形、矩形、梯形、三角形，目的是增加水的阻力。

涡流室4：在两个墩栅之间留出足够的空间，使其中的水流可以产生剧烈旋转的涡流，这个空间称为涡流室。涡流室前部的墩栅称为第一排墩栅3，涡流室后部的墩栅成为第二排墩栅5。

出水口7：使消能后的水流平稳流出的通道。出水口可以与江河、大海或其他水工工程连接。

本实施例的思路是：根据水力学理论，水跃和消力池具有很强的消能作用。水跃是水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力现象。水跃过程使水流产生很大的能量损失。消力池是在水电站采用的消能水工建筑物，通过在泄水建筑物下游降低河床高程，形成水池，增加水深，达到消能目的。

本实施例采用墩栅涡流室复合消能方法是通过在平面上设置侧墙，组成平面扩散池，在平面扩散池中平行布设两组墩栅，在两组墩栅之间形成一个涡流室，见图1所示。本实施例的水流流动特点是：流出排水隧洞的高速水流大部分通过消力池进口墩栅之间空隙流入涡流室，而另一部分水流在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中，产生强烈的顺时针漩涡，如图2所示。通过水跃、墩栅的阻力和涡流室旋涡的共同作用消能，然后，涡流室中的大部分水流主要在重力作用下通过出口墩栅之间空隙流向下游，而其余水流从墩栅顶部溢流，以达到使扩散池出流均匀、平稳流入海中的目的。

与传统消力池不同，墩栅涡流室式的扩散池不需要降低流道底高程开挖水池(在排水系统入海口建筑物中通常不容许)，并且由于墩栅涡流室是在流道底平面修建，各种杂物，如石块、泥沙可以通过墩栅之间空隙通过，不会淤积，避免需要经常清淤。

上述思路可以总结为实施的步骤：

●带有动能的水流经入水口进入扩散池；

●在扩散池的入水口附近布置第一排墩栅，一方面利用墩栅的阻力消能，另一方面利用墩栅诱发强烈的水跃消能；

●水跃越过第一排墩栅进入涡流室中产生强烈旋涡，水流的动能在旋涡中耗散；

●在扩散池的出水口附近布置第二排墩栅，利用墩栅的阻力对经过旋涡消能的水流再次消能；

●通过出水口排出经消能的水流。

在雨水涵管的轴线与对称扩散池的中心轴线不同轴的时候，本实施例也可以在在消力池的进水口设置水流导向设施，将水流导向为与对称扩散池的中心轴线方向一致。水流导向设施包括中心导向墩和侧导向墩，中心导向墩设置在对称扩散池入水口的中心轴线上，侧导向墩设置在被雨水涵管出水水流冲刷的侧墙上。

为使流出扩散池的水流均匀的流入大海，可以将扩散池出口处的墩栅扇形排列，即从扩散池中心线开始每增加一个消力墩，消力墩的迎水边增加一个旋转角度，相邻消力墩之间的旋转增加的角度相同。也就是说消力墩由中心向外旋转的角度越来越大。由于角度的变化，消力墩间的空隙存在较大差别，越靠近中心轴线的消力墩间空隙越小，越向外消力墩间空隙越大。意图就是使入海水流形成较大扇面的流动，避免下游海域因水流集中在轴线附近形成局部高流速。换句话说，按照这样布置墩栅后，墩栅不仅具有消能功能，而且具有导流功能。导流消力墩布置的扇形面可根据具体情况调整。

本实施例将应用在香港葵涌-荃湾排水系统入海口工程中，其基本情况是：

香港葵涌-荃湾排水隧洞约长5.13km，内径6.5m。设计通过它把管理区域内的暴雨积水排入大海，按照200年一遇暴雨设计，最大排水流量为209.8m3/s。

初始设计入海口水工建筑物由连接隧洞出口的扩散池、台阶式泄水道、箱涵(在油柑头青山公路下)和明渠串联组成。台阶式泄水道共有18阶台阶组成，每个台阶高1.6m和长2.0m，泄水道坡度1∶1.26。为了便于公众欣赏暴雨在台阶式泄水道上形成的壮丽瀑布景观，台阶式泄水道采用开敞式设计。泄水道下游连接4孔9m×3.2m的箱涵。在入海口处为了保护海床免受冲刷，用0.85m厚，级配700的块石铺设成1.85m厚、26m长的堆石护坦，或者选用预制钢筋混凝土板代替堆石。

台阶式泄水道或者泄洪道具有很好的消能能力。很多研究者对于它的水力特性进行了大量的试验和理论研究，如Chanson(2001)，Chaiyuth(2002)，Chanson和Toombes(2002)，Boes和Hager(2003)，Ohtsu等(2004)。一般说来，台阶式泄水道上的流动与进口来流的水力条件有关。为了要流出扩散池的流体平稳地流入台阶式泄水道以形成稳定的滑行流，设计在扩散池出口平行设置两排消力墩。同时，在下游箱涵中设置两排消力墩进一步消能。

实体模型试验证实初设入海口水工结构是不合理的，存在四个严重问题。

第一，由于排水隧洞出口轴线与扩散池轴线之间有14°夹角，在扩散池中的流动分布不均，右侧流速远远大于左侧，并且存在逆时针环流，从而导致入海口出口流动分布严重不均。

第二，台阶式泄水道进口水流条件差，流出扩散池的水流不是经过第一级台阶顺序下泄，而是飞越头二级台阶撞击到第三级台阶产生浓重的水花，然后如暴雨般飞溅到下游箱涵顶部的公路上。这是设计不容许的。

第三，入海口建筑物下游海底堆石护坦冲刷严重，特别是右侧已经冲刷见底。

第四，入海水流消能不足，导致入海口水工建筑物下游附近海域流速过大。例如，在排水流量为155m3/s条件下，在离海岸100m海域中的流速超过2.15m/s，当流量为209.8m3/s时，流速会更大，这将会严重威胁有关海洋设施的安全，这也是设计不容许的。

使用本实施例所述墩栅涡流室复合消能设施解决上述初始设计存在的问题，对原设计的结构进行重大调整，以满足运行的安全性和可靠性。要解决的关键问题有两个，一是使入海口水工建筑物中的流动分布均匀，二是增大对水流的消能率。

基于大量的模型试验，入海口水工建筑物的最终设计结构如图3和图4所示。为了使流动均匀分布，在扩散池进口设置两个三角形导流墩。一个导流墩边长2m高4m，贴在右侧边墙上。另一个导流墩边长2m高3m，安放在扩散池轴线附近。为适应当地的情况，在上下两个位置布置了涡流室，使用两次涡流消能，并根据情况墩栅中的墩栅排数也相应调整。

为了不让各种杂物，如石块、泥沙大量滞留在排水系统流道中，设计采用墩栅和涡流室作为主要消能设施。考虑到排水系统因为排水隧洞出口平均流速超过8.5m/s，台阶式泄水道出口流速超过10m/s，涡流室的尺寸和布置方式、位置非常关键，不仅要容许各种杂物自由通过消力墩之间空隙，而且要将大部分水流的动能消耗。建立在涡流室和水跃有很好的消能效果的原理基础上，消力墩采用了如图3、4所示的布置方式，以形成一种墩栅涡流室复合消能设施。

对称扩散型的墩栅涡流室复合消能设施在与排水隧洞出口直接相接的扩散池设置两排平行均匀分布的墩栅形成一个对称扩散型的涡流室。为了具有足够的消能效果，两排墩栅之间应当有足够的距离。基于对扩散池涡流室空间的研究，两排墩栅之间的距离取11.5m。设计思想是：流出排水隧洞出口的高速水流大部分通过进口墩栅之间空隙流入涡流室，而一部分水流在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中以产生强烈的顺时针漩涡，通过墩栅的阻力、水跃和涡流室的旋涡的复合作用将来流的动能转换为势能，然后，涡流室中的大部分水流主要在重力作用下通过出口墩栅之间空隙流向下游，而其余水流从出口墩栅顶部溢流流出，以达到使扩散池出流均匀、平稳流入台阶式泄水道的目的。

在设计墩栅尺寸和布置位置的过程中，应当考虑下面的因素。

首先，为了使水流均匀、平稳进入台阶式泄水道第一级台阶，在台阶入口处设立上层墩栅涡流消能设施，限制上层扩散池出流速度。假设把扩散池出流视为连续的自由落体质点，如图5所示，任一质点的运动轨迹可以用下面公式计算

$y=\frac{g}{2}{t}^2---\left(1\right)$

x＝V_Outt    (2)

式中：x为质点离开扩散池出口的水平距离；y为铅垂纵坐标，表示质点离开扩散池出口底部的距离；V_out为扩散池出流平均速度；g为重力加速度；t为时间。

由于台阶式泄水道每级台阶高1.6m、宽2m，由式(1)，任一流体质点从扩散池出口降落到第一级台阶平面的时间是

$t=\sqrt{\frac{2\×1.6}{9.8}}=0.57\left(s\right)$

这样，由式(2)可得要使扩散池出流落到第一级台阶上的流速限制条件为

$V_{\mathrm{out}}\≤\frac{2}{0.57}=3.5m/s---\left(3\right)$

上面的结果说明，只要扩散池出流的平均流速小于3.5m/s，水流就可能平稳流入台阶式泄水道第一级台阶。

其次，消力墩必须具有很高的强度承受水流的长时间冲击。由于扩散池进口流速超过8.5m/s，消力墩断面尺寸不宜过小。

最后，墩栅间空隙要恰当。如果太大，则对水流的阻力不够，致使消能不足；如果太小，则大部分流体会越过墩栅顶，形成较高的出流速度，也会影响消能效果。

建立在上述分析的基础上，设计采用的涡流室进口墩栅的5个消力墩尺寸是：长2.3m，宽1.8m，高4m。相邻消力墩间隔为1.35m，而总空隙长度为8m。并且通过试验观察，将它们布置在能够诱发一个强烈水跃的地方。涡流室出口的12个消力墩长1.6m，宽1.5m，高4m。相邻消力墩间隔为0.846m，而总空隙长度为11m。

通过涡流室出口墩栅空隙的流量可以近似用无坎宽顶堰公式估计，即

$Q=\mathrm{\μB}\sqrt{2g}{H}^{1.5}---\left(4\right)$

式中：Q为流量；B为总的空隙长度；H为出口墩栅上游水深；μ为墩栅的流量系数，取值范围在0.3～0.385(黄文锽，1980)。

令B＝11m，H＝4m，μ＝0.3～0.385，则由涡流室出口墩栅空隙流出的流量：

Q＝116.88～149.99m³/s。

在设计200年一遇暴雨条件下，排水系统的最大流量是209.8m³/s。这表明涡流室的水流大部分将从墩栅空隙流出，其余水流将从出口墩栅顶部溢流流出。对应地，通过涡流室出口墩栅空隙的平均流速可能在2.5m/s至3.4m/s之间，这满足式(3)对出流速度的限制要求。

不过，考虑到通过消力墩间的流速总是上层高，下层低，为了让墩栅涡流室出流安全平稳进入台阶式泄水道的第一级台阶，增设了第三排较矮的消力墩，其高只有1.6m，长2.4m，宽1m。

箱涵和明渠中的下层墩栅涡流室复合消能设施：

箱涵和明渠中的墩栅涡流室也由两排平行的墩栅及其涡流室组成。第一排墩栅布置在箱涵进口，第二排墩栅布置在明渠出口。

由于台阶式泄水道在箱涵进口的流速超过10m/s，只要第一排墩栅的8个梯形消力墩布置位置恰当，例如将它们就布置在台阶式泄水道出流水舌的下游位置，即使消力墩很矮，只有0.9m高，也会在箱涵中发生强烈的水跃。

为了墩栅涡流室有好的消能效果，明渠出口墩栅应当有足够的高度，以便将来流的大部分动能转变为势能。此外，为了使明渠出流尽可能扩散以减小下游海域水流的速度，如图6所示，明渠出口墩栅布置在一个90°的扇形区域内，并且相邻消力墩之间的夹角相同，为5°。这样，消力墩间的空隙存在较大差别，越靠近明渠轴线的消力墩间空隙越小，越向外消力墩间空隙越大。设计意图就是使入海水流形成较大扇面的流动，避免下游海域因水流集中在轴线附近形成局部高流速。换句话说，按照这样布置墩栅后，墩栅不仅具有消能功能，而且具有导流功能。

以上设计经排水系统入海口水工建筑物墩栅涡流室复合消能装置实体模型试验验证，模型和原型的比尺是1∶20。出口海底用预制钢筋混凝土板代替堆石护坦。模型显示在200年一遇暴雨排水流量209.8m3/s条件下模型中的流动基本上是对称的。在对称扩散型墩栅涡流室复合消能装置中的流动。两个三角形导流墩不仅有很好的导流作用，而且有很好的消能作用。最重要的是在第一和第二排墩栅之间形成新型的墩栅涡流室空间。一方面，大部分水体通过墩栅空隙流入、流出涡流室；另一方面，在第一排墩栅前形成水跃，其水舌越过第一排墩栅在涡流室中部投入，然后在室中诱发形成一个顺时针的大漩涡。在第二排墩栅前涡流室左边、中部、右边的水深分别为4.6m、4.4m、4.6m。在第三排矮消力墩前的水深是：左边2.4m，中部2.6m，右边2.2m。

在台阶式泄水道上，流动状态从前三个台阶上的过渡流演变到稳定的滑行流。在每一个台阶上都存在逆时针的涡团，滑行流水深1.7m。

水流在箱涵和明渠中的流动：来自台阶式泄水道的水舌撞击在箱涵进口墩栅前底板上发生强烈的水跃，其水舌冲撞到箱涵顶板。由于下游明渠水深足够高，所以箱涵中的流动为掺气有压流动。作为结果，该明渠转变成为导流墩栅涡流室。它有两个作用，一是大大减小了来自箱涵的流速，使大部分动能转变为势能，另一个是使明渠流动分布均匀，在明渠出口墩栅前水深约为3.2m。

排水系统入海口水工建筑物内的流速分布是：排水隧洞出口平均流速8.50m/s，扩散池出流平稳跌落到台阶式泄水道第一个台阶上，最后一个台阶上的平均流速10.4m/s。明渠出口导流墩栅前平均流速2.2m/s-2.5m/s。这表明本实施例所述的墩栅涡流室复合消能设施的消能效果是令人满意的。试验也证实采用预制钢筋混凝土板形成保护护坦可以防止海底被冲刷，同时，由于形成入海水流消能充分，并且形成大范围的扇形出流，大大减小了下游附近海域流速的流速。

实施例二：

本实施例为实现实施例一所述方法的一种水工消能设施，如图1所示。包括进水口1、对称扩散池两相对侧墙2，出水口7，在扩散池入水口两相对侧墙之间与扩散池中心轴线6垂直的方向上、并在能够诱发入水水流产生一个强烈水跃的位置布置由消力墩组成的第一排墩栅3，在扩散池出水口布置由消力墩组成的第二排墩栅5，两排墩栅平行布置，在第一排墩栅与第二排墩栅之间形成能产生强烈旋涡的涡流室4。

本实施例为墩栅涡流室复合消能设施的基本形状，无论当地的地质条件如何均可使用本实施例的原理，所有变形的墩栅涡流复合消能设施均由本实施例演变。本实施例所述的对称扩散池的平面形状为等腰梯形扩散池，等腰梯形的两腰为形成扩散池的两相对侧墙，进水口和出水口组成等腰梯形的短底边和长底边，产生扩散水的效能。进水口附近的第一排墩栅与出水口附近的第二排墩栅之间形成涡流室。墩栅由横截面为矩形或其他形状的成排消力墩构成。墩栅可以由一排消力墩构成，也可以由两排或者多排消力墩构成。墩栅的各排消力墩可以大小相同也可以按需要设计为大小不同。墩栅中的消力墩可以一字排开，也可以按弧线或其他曲线排列。

实施例三：

本实施例为实施例二的优选方案，如图1所示。本实施例的第一排墩栅由一排矩形消力墩组成，矩形消力墩的矩形横截面的一个边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

实施例四：

本实施例为实施例二的优选方案，如图7所示。本实施例的第一排墩栅由一排梯形消力墩组成，梯形消力墩的梯形横截面的长底边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

实施例五：

本实施例为实施例二的优选方案，如图8所示。本实施例的第一排墩栅由一排三角形消力墩组成，三角形消力墩的三角形横截面的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

实施例六：

本实施例为实施例二、三、四、五之一增加设施的方案，可以与上述各实施例结合使用。本实施例中入水方向与对称扩散池的中心轴线不同轴，存在一定角度，这在工程上是十分常见的，限于地理位置的限制对称扩散池的中心轴线常常与来水方向不一致。为避免水流对对称扩散池一侧侧墙的冲刷和消力池排水口出水不均匀，本实施例在入水口设置水流导向设施，通过入水导向设施调整水流方向，使水流的方向与对称扩散池的中心轴线一致，如图9所示。入水水流导向设施包括：在对称扩散池中心轴线上设置中心导向墩8，中心导向墩的横截面可以为三角形或其他形状。导向墩横截面三角形的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为背水边的，也就是三角形的一个锐角对着水流来的方向。在水流冲刷一侧的对称扩散池侧墙上设置有侧导向墩9。

实施例七：

本实施例为实施例二、三、四、五之一优选的方案，可以与上述各实施例结合使用。第二排墩栅中可以有一排或多排消力墩，其排列的方式也有许多种方法，消力墩的截面也可以是矩形、梯形或三角形等多种形式。本实施例提出一种常用的方案：使用一排矩形消力墩作为第二排墩栅，其矩形的迎水边与对称扩散池中心轴线垂直，如图1所示。

实施例八：

本实施例是实施例七的附加实施方案，在实施例七上附加实施例六所述的入水口导流设施，如图9所示。

实施例九：

本实施例为实施例二、三、四、五之一优选的方案，可以与上述各实施例结合使用。第二排消力墩组中可以有一排或多排消力墩，其排列的方式也有许多种方法，消力墩的截面也可以是矩形、梯形或三角形等多种形式。本实施例提出一种既可以消能又可以导流的消力墩排列方案：使用一排矩形、梯形或三角形消力墩，矩形、梯形或三角形的迎水边从对称扩散池中心轴线位置开始每增加一个墩旋转3～8°。本实施例采用的是旋转5°，消力墩的排列方式形成扇形，由于扇形排列使消力墩之间的间隙由中心向外逐渐的加大，可以起到很好的导流作用。排列的方式见图6所示。

实施例十：

本实施例是实施例九的附加实施方案，在实施例九上附加实施例六所述的入水口导流设施，如图10所示。

Claims (10)

1.一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能方法，包括进水口、对称扩散池两相对侧墙、由消力墩组成的墩栅、涡流室、出水口，其特征在于所述方法的步骤：

带有动能的水流经入水口进入扩散池；

在扩散池的入水口附近布置第一排墩栅，一方面利用墩栅的阻力消能，另一方面利用墩栅诱发强烈的水跃消能；

水跃越过第一排墩栅进入涡流室中产生强烈旋涡，水流的动能在旋涡中耗散，涡流室还具有水池的作用，能将水流大部分动能转化为势能；

在扩散池的出水口附近布置第二排墩栅，利用墩栅的阻力对经过旋涡消能的水流再次消能；

通过出水口排出经消能的水流。

2.一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，包括进水口、对称扩散池两相对侧墙，出水口，其特征在于，在扩散池入水口两相对侧墙之间与扩散池中心轴线垂直的方向上、并在能够诱发入水水流产生一个强烈水跃的位置布置由消力墩组成的第一排墩栅，在扩散池出水口布置由消力墩组成的第二排墩栅，两排墩栅平行布置，在第一排墩栅与第二排墩栅之间形成能产生强烈旋涡的涡流室。

3.根据权利要求2所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，所述的第一排墩栅由一排矩形消力墩组成，所述的矩形消力墩的矩形横截面的一个边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

4.根据权利要求2所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，所述的第一排墩栅由一排梯形消力墩组成，所述的梯形消力墩的梯形槽截面的长底边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

5.根据权利要求2所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，所述的第一排墩栅由一排三角形消力墩组成，所述的三角形消力墩的三角形横截面的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为迎水边。

6.根据权利要求2、3、4、5之一所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，在入水口的水流导向设施包括：在扩散池中心轴线上设置横截面为三角形的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为背水边的中心导向墩，在水流冲刷一侧的扩散池侧墙上设置有侧导向墩。

7.根据权利要求2、3、4、5之一所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，第二排墩栅为一排横截面为矩形的消力墩，其矩形的迎水边与对称扩散池中心轴线垂直。

8.根据权利要求7所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，在入水口有水流导向设施包括：在对称扩散池中心轴线上横截面为三角形的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为背水边的中心导向墩，在水流冲刷一侧的对称扩散池侧墙上设置有侧导向墩。

9.根据权利要求2、3、4、5之一所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，第二排墩栅为一排横截面为矩形的消力墩，其矩形的迎水边从对称扩散池中心轴线位置开始每增加一个墩旋转3～8°。

10.根据权利要求8所述的一种排水系统入海口墩栅涡流室复合消能设施，其特征在于，在入水口有水流导向设施包括：在对称扩散池中心轴线上横截面为三角形的底边与对称扩散池中心轴线垂直并为背水边的中心导向墩，在水流冲刷一侧的对称扩散池侧墙上设置有侧导向墩。

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