CN103195016A - 一种控制水渠弯道水流超高的导流坎技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制水渠弯道水流超高的导流坎技术。包括在弯道底板上设置多组导流坎构成导流区和过流区，导流坎一端与弯道凹岸连接，另一端延伸至水渠中部，导流坎与凹岸边墙倾斜设置，包括挡水面和背水面，挡水面与凹岸和过流侧面平滑连接；背水面由平滑连接的凸形弧面和凹形弧面构成，过流侧面沿水流方向F布置。本发明在水渠弯道的底板上布置导流坎，导流坎的挡水面和背水面分别设计，顶部圆弧防止水流飞溅；背水面两段圆弧平滑连接，水流平顺地过渡到渠底，便于下一个导流坎有效地导流。本发明导流坎将水流顺利导到凸岸，流畅地流向下游，泄洪弯道能充分降低超高，同时又能顺利泄流，保证水流平顺和延长建筑物使用寿命。

Description

一种控制水渠弯道水流超高的导流坎技术

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其属于水利工程技术中河流河床治理结构设计技术领域，特别涉及一种控制弯道水流超高的导流坎布置与设计技术。

背景技术

在实际水利工程中，由于地形地质的原因，急流弯道广泛地存在于溢洪道、泄洪涵洞、引水工程、河流航道、溃坝等工程。急流弯道一般由于坡度陡、水流速度快、水流冲刷厉害等原因，导致生产事故频发。如部分弯道水流贴着凹岸壁面流动，而凸岸基本上却处于无水状态，导致凹岸水流翻出边墙，将下游泄水道冲毁，将陡坡底板基础掏空，严重影响工程的正常运行。

目前，对于弯道水流的超高更多的是关注其控制超高，而对于其过流能力和综合运行能力关注不够，如斜槛法不能有效地过流、复合曲线法只能适用于特定渠道，斜底法过流比较小等。导流坎设计结构也简单，如中国专利CN200720033539.2，其底坎由所述的长坎和短坎构成，其不符合流线型设计，容易遭到破坏，水流很难平顺地落在底部，导流的效果不好。底坎背面悬空，更容易遭受空蚀破坏。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种控制水渠弯道水流超高的导流坎技术。本发明要解决的问题是提供一种最大可能减少过流影响、结构更合理、控制水流超高更有效的弯道导流坎布置与设计技术。

本发明通过以下技术方案实现：

控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：

在弯道底板上设置多组导流坎构成导流区和过流区；

所述导流坎一端与弯道凹岸连接，另一端延伸至水渠中部与弯道凸岸最小距离为水渠宽度的二分之一至六分之一；导流坎纵向与弯道凹岸边墙半径方向的夹角θ为35°至65°；多组导流坎自水渠进口直道与弯道连接处开始布置至弯道出口，相邻两导流坎在弯道凹岸边墙上的间距为弯道半径的0.08倍至0.2倍；

进一步所述导流坎包括挡水面和背水面，挡水面是一垂直设置的平面，平面一端有凹形弧面与凹岸平滑连接，另一端有凸形弧面与导流坎过流侧面平滑连接；背水面顶部到底部由平滑连接的凸形弧面和凹形弧面构成，过流侧面沿水流方向F布置。

更进一步导流坎挡水面的高度是水渠水深的0.1至0.6倍。优选导流坎挡水面的高度是水渠水深的0.4倍。

更进一步导流坎挡水面有顶部圆弧过度面。

上述导流坎背水面凸形弧面的弧面半径是挡水面高度的1至5倍。

上述导流坎背水面凹形弧面的弧面半径是挡水面高度的3至9倍。

上述导流坎纵向与弯道凹岸边墙半径方向的夹角θ优选为50°。

上述导流坎延伸至水渠中部优选与弯道凸岸最小距离为水渠宽度的三分之一。

上述相邻两导流坎在弯道凹岸边墙上的间距为弯道半径的0.1倍。

上述背水面顶部到底部的凸形弧面半径是挡水面高度的1至2.5倍、凹形弧面半径是挡水面高度的1.5至6倍。

本发明有益性：本发明在水渠弯道的底板上，布置导流坎，导流坎将弯道底板分成2个区，即导流区和过流区，方便水流顺利通过。同时导流坎的挡水面和背水面分别设计，导流坎挡水面的顶部可以用圆弧过渡，防止水流飞溅；导流坎的背水面用两段圆弧平滑连接，水流平顺地过渡到渠底，便于下一个导流坎有效地导流。本发明导流坎技术能充分地发挥作用，将水流导到凸岸，水流能比较流畅地流向下游，泄洪弯道能充分降低超高，同时又能顺利泄流，保证水流平顺和延长建筑物使用寿命。

附图说明

图1是本发明弯道和导流坎布置示意图；

图2是本发明弯道和导流坎标示示意图；

图3是本发明导流坎底面形状示意图；

图4是本发明导流坎立体结构示意图；

图5是本发明导流坎横截面结构示意图，即图4EE截面结构示意图；

图6是本发明导流坎横截面另一结构示意图，即图4EE截面另一结构示意图；

图7是本发明本发明导流坎纵截面结构示意图，即图4CC截面结构示意图。

图中，1是导流坎，2是导流区，3是过流区，4是挡水面，5是背水面，6是弯道凹岸，7是弯道凸岸，8是凹岸连接侧面，9是过流侧面，B是河床宽度，B1是挡水面厚度，B2是背水面厚度，D是过流侧面与弯道凸岸最小距离，F是水流方向，L是导流坎长度，h2是导流坎挡水面高度，R是弯道凹岸半径，R1是挡水面凸形弧面，R2是背水面凸形弧面，R3是背水面凹形弧面，R4是挡水面顶部弧面，R5是挡水面凹形弧面，θ是导流坎纵向与弯道凹岸边墙半径方向的夹角，S是相邻两导流坎在弯道凹岸边墙上的间距。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

实施例1

控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，本发明技术在水渠弯道底板上设置多组导流坎1使水渠弯道构成导流区2和过流区3。

布置采用导流坎1一端与弯道凹岸6连接，另一端延伸至水渠中部与弯道凸岸7最小距离D为水渠宽度B的二分之一至六分之一，最佳是三分之一；导流坎1纵向与弯道凹岸6边墙半径方向的夹角θ为35°至65°，最佳是50°；多组导流坎1自水渠进口直道与弯道连接处开始布置至弯道出口，相邻两导流坎1在弯道凹岸边墙上的间距S为弯道半径R的0.08倍至0.2倍，优选0.1倍。

具体每组导流坎1包括挡水面4和背水面5，挡水面是垂直设置的平面，平面一端有凹形弧面R5与凹岸6平滑连接，另一端有凸形弧面R1与导流坎过流侧面9平滑连接；背水面5顶部到底部由平滑连接的凸形弧面R2和凹形弧面R3构成；过流侧面9沿水流方向F布置。

导流坎挡水面4的高度h2是水渠水深的0.1至0.6倍。优选导流坎挡水面4的高度h2是水渠水深的0.4倍。

导流坎背水面5凸形弧面R2的弧面半径是挡水面4高度h2的1至5倍，凹形弧面R3的弧面半径是挡水面4高度h2的3至9倍。

背水面5顶部到底部的凸形弧面R2半径是挡水面4高度h2的1至2.5倍、凹形弧面R3半径是挡水面4高度h2的1.5至6倍。

B1为挡水面厚度，取导流坎挡水面4高度h2的0.1至1倍。

B2为背水面的底部厚度，背水面底部厚度为导流坎挡水面4的高度h2的4至2倍，导流坎背面符合流线型单位为米。

结合图1、图2、图3、图4、图5和图7。

如图1、图2所示，图1是本发明弯道和导流坎布置示意图，图2是本发明弯道和导流坎标示示意图。图中导流坎1从水渠进口直道与弯道连接处开始布置至弯道出口，导流坎1一端与弯道凹岸6连接，另一端延伸至水渠中部，沿水流方向F布置的过流侧面9与凸岸7最小距离D本例为三分之一水渠宽度B，导流坎1与水流方向F倾斜布置纵向与弯道凹岸6边墙半径方向的夹角θ本例为50°，相邻两导流坎1在弯道凹岸边墙上的间距S为弯道半径R的0.08倍至0.2倍，根据上述要求，图中标示出4组导流坎1。

如图3所示，导流坎1的底面呈不规则的平行四边形，导流坎1的一侧面是与凹岸6连接的凹岸连接侧面8，挡水面4与凹岸6连接侧面8有凹形弧面R5连接，在图4中表示出凹形弧面R5为柱状弧形与凹岸6平滑连接；挡水面4与过流侧面9有凸形弧面R1连接，在图4中表示出凸形弧面R1为柱状弧形平滑连接挡水面4与过流侧面9。

如图4所示，导流坎1的立体结构示意图，结合图3，挡水面4的CC纵截面、即沿长度L方向的截面为矩形，挡水面4表面包括两端柱状弧形的凹形弧面R5和凸形弧面R1；结合图5，背水面5顶部到底部由平滑连接的凸形弧面R2和凹形弧面R3构成。

如图5、图7所示，图5是导流坎横截面结构示意图，即图4EE截面结构示意图；图7是本发明本发明导流坎纵截面结构示意图，即图4CC截面结构示意图。

根据实验证明如果过流侧面与弯道凸岸最小距离D小于B/6，则水流不顺畅，大于B/2则导流效果不好，本发明D为水渠宽度B的二分之一至六分之一最佳；根据理论计算推导实验数据及工程实例总结θ取值35°至65°，最佳50°为最佳布置角度。

实施例2

本例与实施例1各结构相同，不同在于如图6所示，导流坎1挡水面4顶部是圆弧过度的顶部弧面R4，导流坎1挡水面4的顶部用圆弧过渡，防止水流飞溅，减少阻力，更有利于过流。

具体工程例

某弯道设计水深为4米，弯道为急流，水渠宽度B为18米，弯道的转角为36°，弯道凹岸6半径R为108.5米。现在取θ为50°，D为1/3渠道宽度，即6米。导流坎1长度L为18.67米，取导流坎1的高度h2为0.4倍水深，即为1.6米。导流坎1间距S取0.1R为18.5米，整个弯道可设计4条综合导流坎，从进口开始布置，一直到出口结束。挡水面厚度B1取挡水面高度h2的0.25倍，即0.4米。背水面的厚度B2取挡水面高度h2的2倍，即3.2米。背水面顶部圆弧R2半径取挡水面高度h2的1倍，即1.6米。背水面底部圆弧R3半径取挡水面高度h2的1.5倍，即2.4米。挡水面顶部圆弧R4的半径取挡水面厚度B1的1倍，即0.4米。

经数值模拟，本发明斜坎形成的相对动水压强均大于0。这样减少负压的可能性，便于水流流畅；同时也有利于导流，减少超高。

Claims (10)

1.一种控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于： 

在水渠弯道底板上设置多组导流坎（1）构成导流区（2）和过流区（3）； 

所述导流坎（1）一端与弯道凹岸（6）连接，另一端延伸至水渠中部与弯道凸岸（7）最小距离（D）为水渠宽度（B）的二分之一至六分之一；导流坎（1）纵向与弯道凹岸（6）边墙半径方向的夹角（θ）为35°至65°；多组导流坎（1）自水渠进口直道与弯道连接处开始布置至弯道出口，相邻两导流坎（1）在弯道凹岸边墙上的间距（S）为弯道半径（R）的0.08倍至0.2倍。 

2.根据权利要求1所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎（1）包括挡水面（4）和背水面（5），挡水面是一垂直设置的平面，平面一端有凹形弧面（R5）与凹岸（6）平滑连接，另一端有凸形弧面（R1）与导流坎过流侧面（9）平滑连接；背水面（5）顶部到底部由平滑连接的凸形弧面（R2）和凹形弧面（R3）构成；过流侧面（9）沿水流方向（F）布置。 

3.根据权利要求2所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎挡水面（4）的高度（h2）是水渠水深的0.4倍。 

4.根据权利要求1或2或3所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎挡水面（4）有顶部圆弧（R4）过度面。 

5.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎背水面（5）凸形弧面（R2）的弧面半径是挡水面（4）高度（h2）的1至5倍。 

6.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎背水面（5）凹形弧面（R3）的弧面半径是挡水面（4）高度（h2）的3至9倍。 

7.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎（1）纵向与弯道凹岸（6）边墙半径方向的夹角（θ）为50°。 

8.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述导流坎（1）延伸至水渠中部与弯道凸岸（7）最小距离（D）为水渠宽度（B）的三分之一。 

9.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：相邻两导流坎（1）在弯道凹岸边墙上的间距（S）为弯道半径（R）的0.1倍。 

10.根据权利要求4所述的控制水渠弯道水流超高的导流坎技术，其特征在于：所述背水面（5）顶部到底部的凸形弧面（R2）半径是挡水面（4）高度（h2）的1至2.5倍、凹形弧面（R3）半径是挡水面（4）高度（h2）的1.5至6倍。 

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