CN108221843A - 一种水利的泄水建筑物结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水利的泄水建筑物结构，包括地基和下游渠道；所述地基上端设置有溢洪道，且溢洪道的左右两端设置有与其为一体结构的所述溢洪道侧墙；所述垂直段下方所连接的为第一陡坡段；所述第二陡坡段的中间部位处固定连接有一块所述第二挑流坎；所述第二陡坡段尾端通过一段所述弧形段与消力池相连接。本发明每组纵向前后均匀排列分布的第一阶梯块单元又与每组纵向前后间隔排列分布的第二阶梯块单元之间呈左右间隔排列分布，可保证水流在每经过相邻的第一阶梯块单元及第二阶梯块单元时，所产生的射流及由横轴旋涡所产生的旋滚水流相接触，起到一种剪切作用，使得相接触的水流之间发生紊动，以加强掺气效果，增强气泡在水流中的扩散。

Description

一种水利的泄水建筑物结构

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种水利的泄水建筑物结构。

背景技术

泄水建筑物，用以排放多余水量、泥沙和冰凌等的水工建筑物。泄水建筑物具有安全排洪，放空水库的功能。对于水库、江河、渠道或前池等的运行起太平门的作用，也可用于施工导流。溢洪道、溢流坝、泄水孔、泄水隧洞等是泄水建筑物的主要形式。和坝结合在一起的称坝体泄水建筑物；设在坝身以外的常统称为岸边泄水建筑物。

溢洪道用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物。水利工程中为了消除过堰或过坝所形成的水流能量，一般都是利用光面溢洪道或溢流坝进行挑流消能或在下游修建消力池进行水跃消能。并对溢洪道和溢流坝的局部不平整度做了严格的规定，以防产生空蚀破坏。特别是垂直水流方向的局部不平整度，则要求更加严格，但现有阶梯溢洪道在沿程水头损失和消能率方面均很难满足泄洪消能的要求，并且阶梯入口处至下游一定范围内无法获得掺气减蚀保护效果，从而导致对下游河道造成冲刷破坏及沿程壁面的空蚀破坏，并且对水流动能的消能较为低效。

例如申请号：CN201610362409.7本发明提供的复式连续阶梯溢洪道是由溢洪道侧墙1和溢洪道底板构成，溢洪道底板分为进口段2和阶梯段3，所述进口段2是由水平段与一个高程低于水平段，且从水平正投影看顶角朝向溢洪道上游的倒置等腰三角形台阶相接而成，其底边与溢洪道宽度相等，所述阶梯段3由至少2级结构相同的复式阶梯自上而下连续相接构成，该复式阶梯为一级4阶，具体由6个三角形依次按从高到低分4个台阶排布而成。本发明提供的复式连续阶梯溢洪道，可以扩大溢洪道对流泄流流量的适应范围，提高水流沿程的消能效果，从而避免溢洪道泄洪对下游河道造成冲刷破坏，保障水利工程泄洪安全运行。

例如申请号：CN201510047462.3本发明涉及一种组合式超泄消能溢洪单元，包括：进口溢流堰，进口溢流堰下游为陡槽，陡槽上设有水跌消能工，进口溢流堰是复合琴键溢流堰，复合琴键溢流堰包括：堰体，堰体顶部交错设置底面水平的正向三角墩和反向三角墩，正向三角墩和反向三角墩的底面沿水流方向的长度超过堰体顶端的厚度，形成堰前悬臂和堰后悬臂；正向三角墩和反向三角墩之间设置隔板。本发明采用复合琴键溢流堰，同传统溢流堰相比，流量系数显著增大，堰上作用水头明显降低，避免为应对溃坝、极端气候等引起超标洪水而导致的大坝加高。本发明结构简单，升级改造、维护成本低，开敞式布置易于排出泥沙，尤其适合已建宽顶堰或实用堰溢洪道的升级改造。

上述两个专利所设计的溢洪道还是存在掺气减蚀保护效果过低和对水流动能的消能较为低效的不足的问题。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种水利的泄水建筑物结构，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水利的泄水建筑物结构，以解决现有阶梯溢洪道在沿程水头损失和消能率方面均很难满足泄洪消能的要求，并且阶梯入口处至下游一定范围内无法获得掺气减蚀保护效果，从而导致对下游河道造成冲刷破坏及沿程壁面的空蚀破坏，并且对水流动能的消能较为低效的问题。

本发明水利的泄水建筑物结构的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种水利的泄水建筑物结构，包括地基、溢洪道侧墙、溢洪道、上游渠道、垂直段、第一陡坡段、第一阶梯块单元、第二阶梯块单元、平缓段、第一挑流坎、第二陡坡段、第二挑流坎、加强肋、弧形段、消力池和下游渠道；所述地基上端设置有溢洪道，且溢洪道的左右两端设置有与其为一体结构的所述溢洪道侧墙；所述溢洪道顶部上端为上游渠道，且上游渠道尾端为垂直段；所述垂直段下方所连接的为第一陡坡段；所述第一陡坡段上固定连接有若干组所述第一阶梯块单元和第二阶梯块单元；所述第一陡坡段的尾端连接有一段所述平缓段，且平缓段的尾端固定连接有一块所述第一挑流坎，且第一挑流坎的后端倾斜面连接有一段与其右端面相共面的所述第二陡坡段；所述第二陡坡段的中间部位处固定连接有一块所述第二挑流坎；所述第二陡坡段尾端通过一段所述弧形段与消力池相连接，且消力池的尾端为下游渠道。

进一步的，若干组所述第一阶梯块单元之间呈纵向前后均匀排列分布，每相邻两组所述第一阶梯块单元中位于前方的第一阶梯块单元的尾端与位于后方的第一阶梯块单元前端相贴合。

进一步的，所述第一阶梯块单元的上端面为弧形结构，且第一阶梯块单元的尾端为垂直结构，并且第一阶梯块单元的尾端高度高于第一阶梯块单元的前端的高度。

进一步的，若干组所述第二阶梯块单元之间呈纵向前后间隔排列分布，且每相邻两组之间的间隔距离与第二阶梯块单元的上端面的长度距离相一致。

进一步的，所述第二阶梯块单元上端面及尾端面之间呈度夹角，且第二阶梯块单元上端面的长度长于第二阶梯块单元尾端面的高度。

进一步的，所述第一阶梯块单元的上端面长度为两组所述第二阶梯块单元上端面之和。

进一步的，每组纵向前后均匀排列分布的所述第一阶梯块单元又与每组纵向前后间隔排列分布的所述第二阶梯块单元之间呈左右间隔排列分布。

进一步的，所述第二挑流坎的后端倾斜面与第二陡坡段端面之间呈间隔排列状固定连接有若干块所述加强肋。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明第一阶梯块单元的上端面为弧形结构，且第一阶梯块单元的尾端为垂直结构，并且第一阶梯块单元的尾端高度高于第一阶梯块单元的前端的高度，水流经过这些第一阶梯块单元的尾端事，即脱离边壁，形成射流，射流水股下面出现了空腔，便于形成掺气层，当它重新回落相邻的第一阶梯块单元的上端面时，又卷入部分空气，致使下游近壁水层成为掺气水流，在沿程一段距离内可保持其掺气浓度不小于某一防蚀有效的最低浓度值，这样这段距离内的过流面不致遭受空蚀破坏。

本发明第二阶梯块单元上端面及尾端面之间呈度夹角，且第二阶梯块单元上端面的长度长于第二阶梯块单元尾端面的高度，当流水经过第二阶梯块单元并脱离第二阶梯块单元上端面的边壁后，因每相邻两组之间的间隔距离与第二阶梯块单元的上端面的长度距离相一致，故水流在接触到第二组第二阶梯块单元的上端面之前水流流线发生并不明显的弯曲现象，然后接触到第二组第二阶梯块单元的上端面上，实现跌落水流与过渡水流的混合，使得每相邻两组第二阶梯块单元连接端与水流之间均有一个近似三角形空腔存在，且水流与第二阶梯块单元的接触端也均有横轴旋涡的形成，使得消能率和掺气率均可达95％左右。

本发明每组纵向前后均匀排列分布的第一阶梯块单元又与每组纵向前后间隔排列分布的第二阶梯块单元之间呈左右间隔排列分布，可保证水流在每经过相邻的第一阶梯块单元及第二阶梯块单元时，所产生的射流及由横轴旋涡所产生的旋滚水流相接触，起到一种剪切作用，使得相接触的水流之间发生紊动，以加强掺气效果，增强气泡在水流中的扩散，以降低水流对流道的空蚀破坏。

本发明第一挑流坎的后端倾斜面连接有一段与其右端面相共面的第二陡坡段，且第二陡坡段的中间部位处固定连接有一块第二挑流坎，使得经由第一挑流坎挑起的水流在射流状态下发生弯曲然后接触到第二挑流坎时，再次经由第二挑流坎形成射流，既便于掺气，也利于抵消水流的冲力，可对水流消除15％左右的动能，便于后续进入消力池时可有效的完成消能操作，使得对水的消能率可达到60％～90％左右。

附图说明

图1是本发明的纵向剖结构示意图。

图2是本发明的纵向剖状态轴视结构示意图。

图3是本发明的图2中A处局部放大结构示意图。

图4是本发明的第一阶梯块单元水流流动状态结构示意图。

图5是本发明的第二阶梯块单元水流流动状态结构示意图。

图6是本发明的第一挑流坎及第二挑流坎水流流动状态结构示意图。

图中：1-地基，2-溢洪道侧墙，3-溢洪道，301上游渠道，30101-垂直段，302-第一陡坡段，30201-第一阶梯块单元，30202-第二阶梯块单元，303-平缓段，304-第一挑流坎，305-第二陡坡段，306-第二挑流坎，307-加强肋，308-弧形段，309-消力池，310-下游渠道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图6所示：

本发明提供一种水利的泄水建筑物结构，包括地基1、溢洪道侧墙2、溢洪道3、上游渠道301、垂直段30101、第一陡坡段302、第一阶梯块单元30201、第二阶梯块单元30202、平缓段303、第一挑流坎304、第二陡坡段305、第二挑流坎306、加强肋307、弧形段308、消力池309和下游渠道310；所述地基1上端设置有溢洪道3，且溢洪道3的左右两端设置有与其为一体结构的所述溢洪道侧墙2；所述溢洪道3顶部上端为上游渠道301，且上游渠道301尾端为垂直段30101；所述垂直段30101下方所连接的为第一陡坡段302；所述第一陡坡段302上固定连接有若干组所述第一阶梯块单元30201和第二阶梯块单元30202；所述第一陡坡段302的尾端连接有一段所述平缓段303，且平缓段303的尾端固定连接有一块所述第一挑流坎304，且第一挑流坎304的后端倾斜面连接有一段与其右端面相共面的所述第二陡坡段305；所述第二陡坡段305的中间部位处固定连接有一块所述第二挑流坎306；所述第二陡坡段305尾端通过一段所述弧形段308与消力池309相连接，且消力池309的尾端为下游渠道310。

其中，若干组所述第一阶梯块单元30201之间呈纵向前后均匀排列分布，每相邻两组所述第一阶梯块单元30201中位于前方的第一阶梯块单元30201的尾端与位于后方的第一阶梯块单元30201前端相贴合。

其中，所述第一阶梯块单元30201的上端面为弧形结构，且第一阶梯块单元30201的尾端为垂直结构，并且第一阶梯块单元30201的尾端高度高于第一阶梯块单元30201的前端的高度，水流经过这些第一阶梯块单元30201的尾端事，即脱离边壁，形成射流，射流水股下面出现了空腔，便于形成掺气层，当它重新回落相邻的所述第一阶梯块单元30201的上端面时，又卷入部分空气，致使下游近壁水层成为掺气水流，在沿程一段距离内可保持其掺气浓度不小于某一防蚀有效的最低浓度值，这样这段距离内的过流面不致遭受空蚀破坏。

其中，若干组所述第二阶梯块单元30202之间呈纵向前后间隔排列分布，且每相邻两组之间的间隔距离与第二阶梯块单元30202的上端面的长度距离相一致。

其中，所述第二阶梯块单元30202上端面及尾端面之间呈90度夹角，且第二阶梯块单元30202上端面的长度长于第二阶梯块单元30202尾端面的高度，当流水经过第二阶梯块单元30202并脱离第二阶梯块单元30202上端面的边壁后，因每相邻两组之间的间隔距离与第二阶梯块单元30202的上端面的长度距离相一致，故水流在接触到第二组所述第二阶梯块单元30202的上端面之前水流流线发生并不明显的弯曲现象，然后接触到第二组所述第二阶梯块单元30202的上端面上，实现跌落水流与过渡水流的混合，使得每相邻两组所述第二阶梯块单元30202连接端与水流之间均有一个近似三角形空腔存在，且水流与所述第二阶梯块单元30202的接触端也均有横轴旋涡的形成，使得消能率和掺气率可达95％左右。

其中，所述第一阶梯块单元30201的上端面长度为两组所述第二阶梯块单元30202上端面之和。

其中，每组纵向前后均匀排列分布的所述第一阶梯块单元30201又与每组纵向前后间隔排列分布的所述第二阶梯块单元30202之间呈左右间隔排列分布，可保证水流在每经过相邻的第一阶梯块单元30201及第二阶梯块单元30202时，所产生的射流及由横轴旋涡所产生的旋滚水流相接触，起到一种剪切作用，使得相接触的水流之间发生紊动，以加强掺气效果，增强气泡在水流中的扩散。

其中，所述第二挑流坎306的后端倾斜面与第二陡坡段305端面之间呈间隔排列状固定连接有若干块所述加强肋307，对第二挑流坎306起到加固作用。

利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水利的泄水建筑物结构，其特征在于：该水利的泄水建筑物结构包括地基、溢洪道侧墙、溢洪道、上游渠道、垂直段、第一陡坡段、第一阶梯块单元、第二阶梯块单元、平缓段、第一挑流坎、第二陡坡段、第二挑流坎、加强肋、弧形段、消力池和下游渠道；所述地基上端设置有溢洪道，且溢洪道的左右两端设置有与其为一体结构的所述溢洪道侧墙；所述溢洪道顶部上端为上游渠道，且上游渠道尾端为垂直段；所述垂直段下方所连接的为第一陡坡段；所述第一陡坡段上固定连接有若干组所述第一阶梯块单元和第二阶梯块单元；所述第一陡坡段的尾端连接有一段所述平缓段，且平缓段的尾端固定连接有一块所述第一挑流坎，且第一挑流坎的后端倾斜面连接有一段与其右端面相共面的所述第二陡坡段；所述第二陡坡段的中间部位处固定连接有一块所述第二挑流坎；所述第二陡坡段尾端通过一段所述弧形段与消力池相连接，且消力池的尾端为下游渠道。

2.如权利要求1所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：若干组所述第一阶梯块单元之间呈纵向前后均匀排列分布，每相邻两组所述第一阶梯块单元中位于前方的第一阶梯块单元的尾端与位于后方的第一阶梯块单元前端相贴合。

3.如权利要求1或2所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：所述第一阶梯块单元的上端面为弧形结构，且第一阶梯块单元的尾端为垂直结构，并且第一阶梯块单元的尾端高度高于第一阶梯块单元的前端的高度。

4.如权利要求1所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：若干组所述第二阶梯块单元之间呈纵向前后间隔排列分布，且每相邻两组之间的间隔距离与第二阶梯块单元的上端面的长度距离相一致。

5.如权利要求1或4所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：所述第二阶梯块单元上端面及尾端面之间呈度夹角，且第二阶梯块单元上端面的长度长于第二阶梯块单元尾端面的高度。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：所述第一阶梯块单元的上端面长度为两组所述第二阶梯块单元上端面之和。

7.如权利要求1或2或4所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：每组纵向前后均匀排列分布的所述第一阶梯块单元又与每组纵向前后间隔排列分布的所述第二阶梯块单元之间呈左右间隔排列分布。

8.如权利要求1所述水利的泄水建筑物结构，其特征在于：所述第二挑流坎的后端倾斜面与第二陡坡段端面之间呈间隔排列状固定连接有若干块所述加强肋。