CN106013009A - 一种多反坡式消力池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多反坡式消力池。包括底板和底板两侧边墙，消力池下游末端设置有用于将消力池与下游河床衔接的海漫；消力池的底板上沿消力池两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且结构大小相同；两边墙反坡之间的消力池底板上等间距地设置有多个与边墙反坡结构大小相同，并与导流坡衔接的中间反坡；所述边墙反坡和中间反坡水流方向末端均设置有一个坡向与其相反且等高的、用于衔接该边墙反坡或中间反坡与海漫的衔接坡；消力池底板上边墙反坡与中间反坡之间、中间反坡与中间反坡之间、各衔接坡之间形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道。本发明的消力池能提高消能率，减轻消力池内泥沙淤积问题。

Description

一种多反坡式消力池
技术领域
本发明属于水利水电工程中泄洪消能设施领域，特别涉及一种用于多沙河流上低佛氏数、大单宽流量的低水头水电站的多反坡式消力池。
背景技术
在水利水电工程建设中，泄水建筑物的下游消能防冲是直接关系到工程安全的复杂问题之一。我国一些大江大河的中下游已建、在建和拟建的一批大型水利水电工程，大坝一般都不很高，但洪水流量却很大，同时受河道自然条件的限制，在工程设计中不得不采用很大的单宽流量，如五强溪和岩滩工程，过坝最大单宽流量达280m3/s。大单宽流量给下游的消能防冲带来了较大的困难，加之跃前断面水流的佛氏数低，进一步增大了下游消能防冲的难度。在很多水电站中，无论是河床式水电站的溢流坝、还是泄水闸或引水道，其底流水跃消能常被用作下游消能措施。但这种水跃往往是低佛氏数的，如引水闸或泄水闸的低堰上的水跃，大单宽中等高度的溢流坝下游的水跃，均是跃前佛氏数小于4.5的低佛氏数水跃。现有研究结果表明，当跃前佛氏数小于4.5时，底流水跃消能率在40％以下，消能率低下会带来一系列工程安全问题。并且，在多沙河流中采用底流消能往往会使消力池淤积大量泥沙，极大影响水利水电工程的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多反坡式消力池，以用于多沙河流上低佛氏数、大单宽流量的低水头水电站的底流消能，以提高消能率，减轻消力池内的泥沙淤积问题。
本发明所述多反坡式消力池，设置在拦河坝下游，通过导流坡与设有闸室的拦河坝衔接，消力池结构包括底板和底板两侧的边墙，消力池的下游末端设置有用于将消力池与下游河床衔接的海漫，其特征在于消力池的底板上沿消力池的两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且结构大小相同，在两边墙反坡之间的消力池底板上等间距地设置有与其结构大小相同、并与导流坡衔接的中间反坡，所述各边墙反坡和中间反坡的水流方向末端均设置有一个坡向与其相反且等高的、用于衔接该边墙反坡或中间反坡与海漫的衔接坡，消力池底板上边墙反坡与中间反坡之间、中间反坡与中间反坡之间、各衔接坡之间形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道，所述冲沙通道与海漫齐平。
上述多反坡式消力池，所述边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度相等。
上述多反坡式消力池，所述拦河坝闸室的个数为n，当n为奇数时，边墙反坡、中间反坡和冲沙通道的总数为n，并与闸室一一相对；当n为偶数时，边墙反坡、中间反坡和冲沙通道的总数为n+1。
上述多反坡式消力池，所述导流坡的长度为L1，导流坡的高度为h1，边墙反坡、中间反坡的长度为L2，边墙反坡、中间反坡高度为h2，衔接坡的长度为L3，导流坡的坡度i1＝h1/L1＝1:10～1:5，边墙反坡、中间反坡的坡度i2＝h2/L2＝1:50～1:20，衔接坡的坡度i3＝h2/L3＝1:10～1:5。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述多反坡式消力池内的水流为三元流，消力池内的水流不仅存在纵向漩滚还存在横向漩滚，漩涡有各种尺度，为三维漩涡；水流在通过反坡时发生跌落、左右扩散、反向漩滚，卷吸大量空气进入水体，水流掺气强烈；从反坡上跌落的水流与冲沙通道内的水流交汇碰撞，其水流紊动强烈；与传统平底消力池内的二元流水流相比，用于低佛氏数、大单宽流量的低水头水电站的底流消能也具有良好的消能效果较好。
2、本发明所述多反坡式消力池将消力池分割成若干部分，水流的剧烈运动带动了泥沙的运动，冲沙通道相当于输沙廊道，起到束水攻沙的作用，因此其排沙效果优良，基本不需要人工清淤。
3、本发明所述的多反坡式消力池，结构非常简单，体型优化容易，检修方便。
附图说明
图1是本发明所述多反坡式消力池的平面结构示意图；
图2是图1的I-I剖面图；
图3是图1的II-II剖面图；
图4是图1的III-III剖面图；
图5是图1的IV-IV剖面图；
图6是图1中多反坡式消力池的平面流态示意图；
图7是图6的A-A剖面流态示意图；
图8是图7的B-B剖面流态示意图；
图9实施例2中将本发明多反坡式消力池用于低水头闸坝式水电站闸室为4孔的底流消能的示意图；
图10实施例3中将多反坡式消力池用于低水头闸坝式水电站闸室为5孔的底流消能的示意图。
图中，1—导流坡，2-1—边墙反坡，2-2—中间反坡，4—冲沙通道，5—海漫，6—下游河床，7—闸室，8—边墙，9—底板，L1—导流坡的长度，h1—导流坡的高度，L2—边墙反坡、中间反坡的长度，h2—边墙反坡、中间反坡的高度，L3—衔接坡的长度，i1—导流坡的坡度，i2—边墙反坡、中间反坡的坡度，i3—衔接坡的坡度，b—边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度，B—消力池的宽度。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明所述多反坡式消力池的结构及应用作进一步详细说明。
以下实施例中，所述消力池宽度B，也即是闸室的总宽度。
实施例1
本实施案例中的将多反坡式消力池用于低水头闸坝式水电站。该低水头闸坝式水电站共有3孔的闸室7，每个闸室宽度为8.0m，闸墩宽度为3.0m，最大单宽流量为q＝100m3/s.m。
所述多反坡式消力池，结构如图1～5所示，设置在拦河坝下游，通过导流坡1与拦河坝衔接，消力池结构包括底板9和底板两侧的边墙8，消力池的下游末端设置有用于将消力池与下游河床6衔接的海漫5。由于水电站具有3孔闸室，则边墙反坡和冲沙通道的总数为3个，具体布置为消力池的底板上沿消力池的两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡2-1，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且两边墙反坡结构大小相同。所述各个边墙反坡水流方向末端均设置有一个坡向与其相反并与边墙反坡等高的、用于衔接该边墙反坡与海漫的衔接坡3。根据闸室个数为3，两边墙反坡2-1之间的消力池底板上不再设置中间反坡，而自然形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道4，所述冲沙通道与海漫齐平。所述边墙反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度相等。
消力池宽度B＝30m，所述边墙反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度均为b＝10m，导流坡坡度i1＝1:5，导流坡的长度L1＝10m，边墙反坡坡度i2＝1:25，边墙反坡长度L2＝50m，衔接坡度i3＝1:10，衔接坡的长度L3＝20m。
水流流态图如图6、图7、图8所示，消力池内为淹没水跃，水流紊动强烈，排沙效果良好，出池水流的波动传播距离短，对下游河床的冲刷轻微；其消能率为50％～75％。
实施例2
本实施案例中的将多反坡式消力池用于低水头闸坝式水电站。该低水头闸坝式水电站共有4孔闸室，每个闸室宽度为9m，闸墩宽度为3.0m，最大单宽流量为q＝80m3/s.m。
所述多反坡式消力池，设置在拦河坝下游，通过导流坡1与拦河坝衔接，消力池结构包括底板9和底板两侧的边墙8，消力池的下游末端设置有用于将消力池与下游河床6衔接的海漫5。由于水电站具有4孔闸室，则反坡和冲沙通道的总数为5个，具体布置为消力池的底板上沿消力池的两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡2-1，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且两边墙反坡结构大小相同，两边墙反坡2-1之间的消力池底板上等间距地设置有1个与边墙反坡2-1结构大小相同，并与导流坡衔接的中间反坡2-2，所述各个边墙反坡和中间反坡的水流方向末端均设置有一个坡向与其相反并与各个边墙反坡和中间反坡等高的、用于衔接该边墙反坡或中间反坡与海漫的衔接坡3，消力池底板上边墙反坡与中间反坡之间、各个衔接坡之间形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道4，共2个冲沙通道，所述冲沙通道与海漫齐平。所述边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度相等。
消力池宽度B＝45m，边墙反坡、中间反坡和冲沙通道的总数为5，则所述边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度均为b＝9m；导流坡坡度i1＝1:5，导流坡的长度L1＝10m，边墙反坡、中间反坡坡度i2＝1:30，边墙反坡、中间反坡的长度L2＝45m，衔接坡度i3＝1:6，衔接坡的长度L3＝9m。
水流流态图如图9所示，消力池内为淹没水跃，流态较为平稳，掺气强烈，消力池内基本没有泥沙淤积，出池水流平稳，波动较小，对下游河床和岸坡的冲刷轻微；其消能率为60％～75％。
实施例3
本实施案例中的将多反坡式消力池用于低水头闸坝式水电站。该低水头闸坝式水电站共有5孔闸室，每个闸室宽度为9m，闸墩宽度为3.0m，最大单宽流量为q＝110m3/s.m。
所述多反坡式消力池，设置在拦河坝下游，通过导流坡1与拦河坝衔接，消力池结构包括底板9和底板两侧的边墙8，消力池的下游末端设置有用于将消力池与下游河床6衔接的海漫5。由于水电站具有4孔闸室，则反坡和冲沙通道的总数为5个，具体布置为消力池的底板上沿消力池的两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡2-1，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且两边墙反坡结构大小相同，两边墙反坡2-1之间的消力池底板上等间距地设置有1个与边墙反坡2-1结构大小相同，并与导流坡衔接的中间反坡2-2，所述各个边墙反坡和中间反坡的水流方向末端均设置有一个坡向与其相反并与各个边墙反坡和中间反坡等高的、用于衔接该边墙反坡或中间反坡与海漫的衔接坡3，消力池底板上边墙反坡与中间反坡之间、各个衔接坡之间形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道4，共2个冲沙通道，所述冲沙通道与海漫齐平。所述边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度相等。
消力池宽度B＝57m，边墙反坡、中间反坡和冲沙通道的总数为5，则所述边墙反坡、中间反坡、衔接坡、冲沙通道的宽度均为b＝11.4m；导流坡坡度i1＝1:10，导流坡的长度L1＝20m，边墙反坡、中间反坡坡度i2＝1:45，边墙反坡、中间反坡的长度L2＝45m，衔接坡度i3＝1:6，衔接坡的长度L3＝9m。
水流流态图如图10所示，消力池内为淹没水跃，流态较为平稳，掺气强烈，消力池内基本没有泥沙淤积，出池水流平稳，波动较小，对下游河床和岸坡的冲刷轻微；其消能率为50％～70％。

Claims (5)

1.一种多反坡式消力池，设置在拦河坝下游，通过导流坡(1)与设有闸室(7)的拦河坝衔接，消力池结构包括底板(9)和底板两侧的边墙(8)，消力池的下游末端设置有用于将消力池与下游河床(6)衔接的海漫(5)，其特征在于消力池的底板上沿消力池的两边墙分别设置有一个与导流坡衔接的边墙反坡(2-1)，边墙反坡的坡向与两侧边墙平行，且结构大小相同，在两边墙反坡(2-1)之间的消力池底板上等间距地设置有与其结构大小相同、并与导流坡(1)衔接的中间反坡(2-2)，所述各边墙反坡和中间反坡的水流方向末端均设置有一个坡向与其相反且等高的、用于衔接该边墙反坡或中间反坡与海漫的衔接坡(3)，消力池底板上边墙反坡与中间反坡之间、中间反坡与中间反坡之间、各衔接坡之间形成纵向贯通消力池的水平冲沙通道(4)，所述冲沙通道与海漫齐平。
2.根据权利要求1所述多反坡式消力池，其特征在于所述边墙反坡(2-1)、中间反坡(2-2)、衔接坡(3)、冲沙通道(4)的宽度相等。
3.根据权利要求1或2所述多反坡式消力池，其特征在于拦河坝闸室(7)的个数为n，n大于1，当n为奇数时，边墙反坡(2-1)、中间反坡(2-2)和冲沙通道(4)的总数为n，并与闸室一一相对；当n为偶数时，边墙反坡、中间反坡和冲沙通道的总数为n+1。
4.根据权利要求1或2所述多反坡式消力池，其特征在于所述导流坡(1)的长度为L1，导流坡的高度为h1，边墙反坡(2-1)、中间反坡(2-2)的长度为L2，边墙反坡、中间反坡高度为h2，衔接坡(3)的长度为L3，导流坡的坡度i1＝h1/L1＝1:10～1:5，边墙反坡、中间反坡的坡度i2＝h2/L2＝1:50～1:20，衔接坡的坡度i3＝h2/L3＝1:10～1:5。
5.根据权利要求3所述多反坡式消力池，其特征在于所述导流坡(1)的长度为L1，导流坡的高度为h1，边墙反坡(2-1)、中间反坡(2-2)的长度为L2，边墙反坡、中间反坡高度为h2，衔接坡(3)的长度为L3，导流坡的坡度i1＝h1/L1＝1:10～1:5，边墙反坡、中间反坡的坡度i2＝h2/L2＝1:50～1:20，衔接坡的坡度i3＝h2/L3＝1:10～1:5。
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