CN103469772B - 水库竖井式溢洪道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库竖井式溢洪道。该溢洪道包括设置在水库库坝（1）上的竖井（2），竖井（2）包括上部的进水口（3）、连接进水口（3）的竖井段（4）和设置在竖井段（4）下方的消能井（5）；竖井（2）的下部设有退水洞（6），退水洞（6）连接有一台阶式泄槽（7），台阶式泄槽（7）连接有消力池（8）；本发明还对各段的结构和尺寸作了具体改进。本发明大大提高了泄流能力，且泄流水流平稳、顺畅，此外本发明还具有优越的消能效果。

Description

水库竖井式溢洪道

技术领域

本发明涉及一种竖井式溢洪道，特别是一种可以适用于各种地形水库的竖井式溢洪道。

背景技术

目前，随着我国山区性河流水力资源的逐步开发，我国水电工程建设事业发展进入了高潮阶段，尤其是在西部山区修建了大量的中小型水电站。天然河道中的水流一般多属于缓流，单宽流量沿河宽方向的分布较均匀。但当河道中修建了坝、闸等泄水建筑物后，河道中流动条件发生了较大变化，下泄水流(比未建坝前的水流)流速大，水流能量大，对下游河床具有较大破坏力。这个问题在实际工程中如果解决不好，不仅将在下游河床产生严重的冲刷、河道淤积，而且会造成恶劣的流态，影响枢纽中其他建筑物的正常运行，甚至会危及大坝的安全。因此，采取有效的工程措施，人为地控制泄水建筑物下游水流的衔接与消能，以确保建筑物的安全是十分必要的。

在山区河流峡谷地带兴建中小型水利枢纽工程时，为了方便水工建筑物布置需要，常常考虑修建溢洪道来泄放水库中多余水量。现有的溢洪道一般包括设置在水库库坝上的竖井、退水洞、泄槽和消力池组成；然而由于现有的溢洪道的结构较不合理，导致溢洪效率较为低下、存在着一定的安全隐患，此外现有的溢洪道的消能功能较为一般，使得下游局部冲刷问题较严重，堆积物较多，尾水波动与雾化都比较大。尤其是山区河流中的峡谷河道存在高陡边坡的稳定问题，如果岸边存在如松散崩滑体等不利地质条件时，也常常造成岸坡失稳崩滑等现象产生。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水库竖井式溢洪道。本发明大大提高了泄流能力，且泄流水流平稳、顺畅，此外本发明还具有优越的消能效果。

本发明的技术方案：一种水库竖井式溢洪道，该溢洪道包括设置在水库库坝上的竖井，竖井包括上部的进水口、连接进水口的竖井段和设置在竖井段下方的消能井；竖井的下部设有退水洞，退水洞连接有一台阶式泄槽，台阶式泄槽连接有消力池；所述的进水口为圆柱状平顶堰，且堰顶环形设置有6个分流墩，分流墩间设有入水孔；所述分流墩的高度为4m，且分流墩宽度为1.0m，分流墩的内圆弧半径为r＝4.5m、外圆弧半径为R＝5.5m；所述的入水孔两侧孔壁对应的圆心角为29.6°，且入水孔的宽度为2.3m；所述的平顶堰堰顶内沿与竖井之间采用斜坡直线段衔接，且斜坡坡比为1：3。

上述的水库竖井式溢洪道中，所述的竖井段的直径为5m，竖井的深度为39.5m；且在竖井井底面上方8m米处设置退水洞；所述的竖井下部的消能井的深度为8m。

前述的水库竖井式溢洪道中，所述的退水洞地面设有坡度为4.93％的斜坡，且退水洞的进口与出口之间的落差为3.5m；所述的退水洞的进口处设有压坡段，其余为明流段；压坡段的水平长度为6m，压坡段顶部设有一斜坡，且压坡段的进口高度为3m，出口高度为2m。

前述的水库竖井式溢洪道中，所述的明流段为城门洞型，且明流段的断面宽度和直墙高度分别为3.5m和4.5m。

前述的水库竖井式溢洪道中，明流段的端部设有一通气孔，通气孔直径为1m。

前述的水库竖井式溢洪道中，所述的台阶式泄槽宽度为8m，所述的每列台阶的高为0.5m、长为6.6m。

前述的水库竖井式溢洪道中，所述的消力池长度为35m；所述的消力池池底设有一尾坎，尾坎的高度为2m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明对溢洪道的竖井的结构和尺寸作了具体限定，该改进是申请人经过一系列的试验，反复筛选、比较、总结得到的，经过改进后本发明进水口的水流平稳、顺畅，没有出现回流、漩涡等不利水流现象，同时本发明的泄流能力大大提高，其流量系数可以达到0.4476-0.4853。以下是试验数据：

采用现有的水库溢洪道的实测数据如表1所示：

表1

从表1中可知，当洪水频率为0.05-5％(洪水频率：一般指某洪水特征值<如洪峰流量等>出现的累计频率。即在多年时期内，该特征值等于或超过某定量的可能出现次数，也可折合成每一年内可能出现的概率，以百分数表示，其倒数即为“重现期”。)、入库洪峰为115-326m³/s时，现有的水库溢洪道的流量系统为0.3606-0.3746。采用本发明的具体结构改进后，本发明的泄流能力的实测值如表2所示：

表2

从表2中可知，当洪水频率和入库洪峰相似的情况下，水库溢洪道的流量系数为0.4476～0.4835。由此可看出采用本发明后水库的溢洪道的溢洪系数得到了大幅度的提高。

从表1和表2得到本发明与现有的溢洪道之间的试验结果对比如表3所示：

表3

从表3中可以得出，洪水频率在0.05％-5％时，本发明的泄量比普通溢洪道大1.3％～10.6％。

综上本发明与普通溢洪道相比大大提高了泄流能力。

(2)本发明还对竖井的竖井段和消能井的结构和尺寸作了具体限定。采用本发明后，经试验，进口水舌正面对撞合并后沿竖井中心下落，没有出现水流冲击竖井边壁现象。竖井内水流掺气充分、水体呈现乳白色，水流掺混剧烈，消能充分。大流量时，消能井内水体透明，小流量时，消能井内水流掺气、水体呈现乳白色，没有出现水流明显冲击竖井底板现象。经试验竖井段具有非常良好的消能效果，经试验，当泄流量21.8m³/s～130.9m³/s时，竖井的消能率可达到86.6％～60.8％，且过流量越小，竖井的消能率越大。

(3)本发明还对退水洞、台阶式泄槽和消力池的结构和尺寸作为具体限定。采用该改进后进一步地提高了消能效率，经试验，台阶式泄槽和消力池的消能率达到94.9％～87.1％，过流量越小，该组合消能工的消能率越大。因此台阶面泄槽和消力池的消能效果良好。经试验还发现，当本发明采用优化后的竖井、退水洞、台阶式泄槽同时作用后，当泄流量为21.8m³/s～130.9m³/s时，整体水流的消能率可达到97.6％～92.1％，过流量越小，该组合消能效果的消能率越大。

表4

从表4可以看出，当上游库水位分别为342.69m、342.00m、340.86m时，且上游泄流量分别为130.9m³/s、81.9m³/s、21.8m³/s时，相应的溢洪道出口流速分别为5.3m/s、4.1m/s、3.0m/s。该组合消能效果非常优秀。

(4)本发明的退水洞包括压坡段和明流段，明流段的端部设有一通气孔，且经过试验得到通气孔的直径为1m。采用该改进后，当泄流量为21.8m³/s～130.9m³/s时，实测通气孔风速2.7m/s～16.8m/s，说明通气孔的通气效果非常理想。

本发明的结构和尺寸限定都是针对溢洪道的单独改进，并不涉及水库的其它地理特征和特定要求，因此本发明可适用于各种地形的普通水库，具有优越的实用性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的左侧局部放大图；

图3是进水口的局部放大图；

图4是本发明的右侧局部放大图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

实施例：一种水库竖井式溢洪道，构成如图1、图2和图4所示，该溢洪道包括设置在水库库坝1上的竖井2，竖井2包括上部的进水口3、连接进水口3的竖井段4和设置在竖井段4下方的消能井5；竖井2的下部设有退水洞6，退水洞6连接有一台阶式泄槽7，台阶式泄槽7连接有消力池8。如附图3所示，所述的进水口3为圆柱状平顶堰9，即进水口主体为平顶堰，且堰顶环形设置有6个分流墩10，分流墩10间设有入水孔11；所述分流墩10的高度为4m，且分流墩10的宽度为1.0m，分流墩10的内圆弧半径为r＝4.5m、外圆弧半径为R＝5.5m；所述的入水孔11两侧孔壁对应的圆心角为29.6°，且入水孔11的宽度为2.3m，入水孔的宽度是指两个分流墩之间的距离；所述的平顶堰9堰顶内沿与竖井2之间采用斜坡直线段12衔接，且斜坡坡比为1：3；所述的竖井段4的直径为5m，竖井2的深度为39.5m，这里指的深度是指竖井底面至平顶堰堰顶的高度，并不包括分流墩高度；且在竖井井底面上方8m米处设置退水洞6；所述的竖井2下部的消能井5的深度为8m，即退水洞以下的竖井部分全部为消能井。所述的退水洞地面设有坡度为4.93％的斜坡，且退水洞的进口与出口之间的落差为3.5m；所述的退水洞6的进口处设有压坡段13，其余为明流段14；压坡段13呈水平，且水平长度为6m，压坡段的顶面设有一斜坡且压坡段13的进口高度为3m，出口高度为2m。所述的明流段为城门洞型，且明流段的断面宽度和直墙高度分别为3.5m和4.5m。明流段14的端部设有一通气孔15，通气孔15直径为1m，通气孔的作用是使退水洞内气压与外部气压平衡。所述的台阶式泄槽7宽度为8m，所述的每列台阶的高为0.5m、长为6.6m。所述的消力池8长度为35m；所述的消力池8池底设有一尾坎16，尾坎16的高度为2m。

Claims (7)

1.水库竖井式溢洪道，其特征在于：该溢洪道包括设置在水库库坝(1)上的竖井(2)，竖井(2)包括上部的进水口(3)、连接进水口(3)的竖井段(4)和设置在竖井段(4)下方的消能井(5)；竖井(2)的下部设有退水洞(6)，退水洞(6)连接有一台阶式泄槽(7)，台阶式泄槽(7)连接有消力池(8)；所述的进水口(3)为圆柱状平顶堰(9)，且堰顶环形设置有6个分流墩(10)，分流墩(10)间设有入水孔(11)；所述分流墩(10)的高度为4m，且分流墩(10)宽度为1.0m，分流墩(10)的内圆弧半径为r＝4.5m、外圆弧半径为R＝5.5m；所述的入水孔(11)两侧孔壁对应的圆心角为29.6°，且入水孔(11)的宽度为2.3m；所述的平顶堰(9)堰顶内沿与竖井(2)之间采用斜坡直线段(12)衔接，且斜坡坡比为1：3。

2.根据权利要求1所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：所述的竖井段(4)的直径为5m，竖井(2)的深度为39.5m；且在竖井井底面上方8m米处设置退水洞(6)；所述的竖井(2)下部的消能井(5)的深度为8m。

3.根据权利要求1或2所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：所述的退水洞地面设有坡度为4.93％的斜坡，且退水洞的进口与出口之间的落差为3.5m；所述的退水洞(6)的进口处设有压坡段(13)，其余为明流段(14)；压坡段(13)的水平长度为6m，压坡段(13)顶部设有一斜坡，且压坡段(13)的进口高度为3m，出口高度为2m。

4.根据权利要求3所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：所述的明流段(14)为城门洞型，且明流段(14)的断面宽度和直墙高度分别为3.5m和4.5m。

5.根据权利要求4所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：明流段(14)的端部设有一通气孔(15)，通气孔(15)直径为1m。

6.根据权利要求1或2所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：所述的台阶式泄槽(7)宽度为8m，所述的每列台阶的高为0.5m、长为6.6m。

7.根据权利要求1或2所述的水库竖井式溢洪道，其特征在于：所述的消力池(8)长度为35m；所述的消力池(8)池底设有一尾坎(16)，尾坎(16)的高度为2m。