CN101736718B - 一种反向斜切挑坎 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种反向斜切挑坎，该斜切挑坎由底板和沿底板两侧竖立的侧墙构成，其特征在于山体一侧的侧墙和底板长度短于靠近河流一侧的侧墙和底板长度，使位于两侧墙端头间的底板边缘形成一斜边。该斜切挑坎的侧墙可选择为直线或曲线；底板可选择为等曲率的曲面或扭曲面；后者还可选择为等宽或不等宽。本发明提供的反向斜切挑坎既可在靠近河流一侧侧墙的作用下，减小水流与对岸的夹角，从而减弱水流对河流对岸的冲击，又可增大靠近山体一侧水流在水下到达对岸的距离，从而增大能量消耗，并且使靠近河流一侧的水流直冲河底，并在河中心形成一道水墙，阻止另一部分水流流向对岸，从而减弱水流对河流对岸的冲刷，保障对岸河堤的安全。

Description

一种反向斜切挑坎

技术领域

本发明属于水利工程中泄水建筑物下游修建的消能挑坎技术领域，具体涉及一种反向斜切挑坎。

背景技术

挑流消能是在泄水建筑物的下游修建一挑坎，以利用下泄水流的巨大动能即流速，将水流挑入空中，然后降落在远离建筑物的下游。由于水流出挑坎后失去固体边界(侧墙和底板)的约束，于是在湍动及空中阻力的作用下先损失一小部分动能，而大部分能量则是在水舌进入下游水体后，与下游水体相互碰撞、混掺，加之水的粘滞性，在强剪切及强紊动的作用下将动能转化为热能而耗散掉。这种方式是中高水头泄水建筑物中常采用的一种消能方式，其最大的优点就是结构简单，便于修建，工程造价相对较少。

现有的挑坎可分为两类，一类是斜切挑坎，另一类是窄缝挑坎。其中斜切挑坎在水利工程中应用最为普遍，该挑坎的共同体型特征是靠近山体一侧的挑坎底板及侧墙长度较长而靠近河流一侧的底板及侧墙长度较短，如图1所示。斜切挑坎设计的目的是在底板的作用下使得靠近山体一侧的水流挑射得远些，靠近河流一侧的水流挑射得近些，从而使水流的入水范围在沿河流的方向拉长，以减弱对下游河床的冲刷。但是，由于水流是从侧面进入河道，其水流方向必然与河道存在一定的夹角，水流进入下游河道后，一方面向河床底部运动，在河床底部形成冲刷坑，另一方面，水舌会沿着入水方向向前运动，当河道比较狭窄并且挑坎出口的水流速度较大时，就会使水流以较高流速冲击对岸的河岸，并且造成对岸出现很大的波浪，危及到对岸的安全。

目前，随着我国水电事业的蓬勃发展，泄洪建筑物的上、下游落差的不断增加，挑坎出口的水流速度也越来越大，如锦屏一级水电站泄洪洞出口的流速超过50m/s，使得斜切挑坎已不能适应这种泄水条件变化的消能了。

发明内容

本发明目的是针对现有斜切挑坎存在的缺陷，提供一种与现有斜切挑坎反向的斜切挑坎，该反向斜切挑坎可减弱单侧挑射水流对河流对岸的冲刷，并且减小冲击对岸的波浪。

本发明提供的反向斜切挑坎是在已有的由底板和沿底板两侧竖立的侧墙构成的挑坎基础上，将该挑坎山体一侧的侧墙和底板长度设计为短于靠近河流一侧的侧墙和底板长度，并使位于两侧墙端头间的底板边缘形成一斜边。

为了更好地达到发明目的，本发明还可根据各种不同的地质条件，如冲刷区的地质构造、地貌特征情况，和水力学条件，如挑坎上水的流量、流速等，采用以下技术措施调整挑坎的体型：

1、将该斜切挑坎的侧墙设计为直线或曲线。

2、将该斜切挑坎的底板设计为等曲率的曲面或扭曲面。

3、将该斜切挑坎的底板设计为等宽或不等宽。

若当侧墙采用直墙时，挑射的水舌入水点不理想，如水流方向直冲河对岸，或冲坑靠近对岸，即可采用曲线侧墙来调整入水点位置及水流方向。反之，则采用直线侧墙，这不仅便于施工，也可在一定程度上节省投资。

一般来说，当侧墙采用曲线时，若水流速度过高，水流的流向与侧墙方向不匹配，底板可采用扭曲面来帮助水流进行调整，其目的是使水流在出口处的分布更为均匀，反之则可采用等曲率的曲面。若下游河道比较狭窄，底板等宽出流容易冲刷两岸，此时流道可采取逐渐变窄的结构形式，即不等宽。反之，若下游河道较宽，流道也可采用逐渐变宽的结构形式，也为不等宽，这样可有效减轻下游河床的冲刷。若不出现这两种情况之一，则底板可采用等宽的结构形式。

采用本发明提供的反向斜切挑坎可产生两方面的作用：一是在靠近河流一侧侧墙的作用下，使挑坎出口水流方向略向山体一侧偏转，减小了水流与对岸的夹角，从而减弱了水流对河流对岸的冲击；二是可增大挑距较小、入水角较小、靠近山体一侧的这部分水流在水下到达对岸的距离，从而增大其途中的能量消耗，并且使挑距较大、入水角较大、靠近河流一侧的这部分水流直冲河底，并且在河中心形成一道水墙，阻止另一部分水流流向对岸，从而减弱水流对河流对岸的冲刷，如图3所示。因而本发明不仅为消能挑坎提供了一种新的结构形式，可以将其运用于泄水建筑物的下游中，而且特别适用于河道较狭窄，并且挑坎出口水流速度较大的情况，更为有效地减轻水流对对岸的冲刷破坏作用，保障对岸河堤的安全。

附图说明

图1为现有的斜切挑坎体形及其与河道关系示意图；

图2为本发明提供的反向斜切挑坎体形及其与河道关系示意图；

图3为本发明提供的等曲率曲面的反向斜切挑坎及水舌运动纵剖视结构示意图；

图4为图3提供的反向斜切挑坎俯视结构示意图；

图5为本发明提供的反向斜切挑坎中扭曲面底板的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例以对本发明作出进一步说明，但所给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本发明的保护范围。

实施例1

如图2所示，本实施例给出的反向斜切挑坎是由底板1和沿底板两侧竖立的侧墙2构成，山体一侧的侧墙2和底板1长度短于靠近河流一侧的侧墙2和底板1的长度，位于两侧墙2端头间的底板1边缘形成一斜边，且侧墙2是直线，底板1是等宽等曲率曲面的。

实施例2

如图3所示，本实施例给出的反向斜切挑坎也是由底板1和沿底板两侧竖立的侧墙2构成，山体一侧的侧墙2和底板1的长度短于靠近河流一侧的侧墙2和底板1的长度，位于两侧墙2端头间的底板1边缘形成一斜边，且底板1是等宽等曲率曲面的，但与实施例1不同的是其侧墙2为曲线，见图4。

实施例3

如图4所示，本实施例给出的反向斜切挑坎也是由底板1和沿底板两侧竖立的侧墙2构成，山体一侧的侧墙2和底板1的长度短于靠近河流一侧的侧墙2和底板1的长度，位于两侧墙2端头间的底板1边缘形成一斜边，且侧墙2为曲线，但与实施例2不同的是其底板1为不等宽的扭曲面，见图5。

Claims (5)

1.一种反向斜切挑坎，该斜切挑坎由底板(1)和沿底板两侧竖立的侧墙(2)构成，其特征在于山体一侧的侧墙(2)和底板(1)长度短于靠近河流一侧的侧墙(2)和底板(1)长度，使位于两侧墙(2)端头间的底板(1)边缘形成一斜边。

2.根据权利要求1所述的反向斜切挑坎，其特征在于该斜切挑坎的侧墙(2)为直线或曲线。

3.根据权利要求1或2所述的反向斜切挑坎，其特征在于该斜切挑坎底板(1)为等曲率的曲面或扭曲面。

4.根据权利要求1或2所述的反向斜切挑坎，其特征在于该斜切挑坎底板(1)为等宽或不等宽。

5.根据权利要求3所述的反向斜切挑坎，其特征在于该斜切挑坎底板(1)为等宽或不等宽。

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