CN108612059B - 高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构,由坝体、附坝、护坦、嵌入式溢流孔、堰顶、卷扬机、钢索、闸门、进气管、喇叭口、支座、阀门、底板、雍水池组成，该内嵌式溢流坝结构保留了常规溢流坝坝顶溢流，闸门所受水压力小，配备小动力卷扬机即可启闭闸门的优点，利用附坝雍高下游水位、出水孔设置在底板上，向上泄流，水流上行需要克服上覆水体自重作用，可以达到高效消能的目的，且消能过程在雍水池水体内部完成，与大气接触少，能够避免造成水流过饱和问题，保护河道水生生态环境，解决鱼类患气泡病,导致水生生物大规模死亡的问题。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域 ,具体是一种高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构。
背景技术
我国高坝建设取得了巨大成就，其中，溢流坝广泛采用挑流消能，水流由坝前高水位通过挑流鼻坎后快速跌落至坝下低水位，形成强掺气水流，进入到消力池内时，由于水压增强迫使大量气体溶入水中成为总溶解气体过饱和水体；泄水产生的溶解气体过饱和可能直接导致河道内鱼类患“气泡病”，甚至造成水生生物大规模死亡，从而造成河道水生生态环境的破坏；而底流消能因消能效果不理想在溢流坝中少有使用，水利专业技术人员做了大量研究工作，对泄流消能进行改进，如中国专利 CN 101864754 B 用于溢洪道或泄洪洞出口的挑流斜鼻坎、CN 103321192 B 一种挑流和射流联合消能装置、CN 103469772 B 水库竖井式溢洪道、CN 104404925 B 水工建筑物多孔入流对冲消能结构、CN 101294378 B一种设置有水流对冲消能消力坎的泄洪陡槽、CN 205399359 U 一种螺旋对冲消能装置等等，这些专利技术或因消能效果欠佳、或因无法解决消能与水体水生生态保护兼顾而无法达到理想效果，因此发明一种既能高效消能，又不产生过饱和水体的坝体结构，对于消减急流能量和水体水生生态保护具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构, 由坝体、附坝、护坦、嵌入式溢流孔、堰顶、卷扬机、钢索、闸门、进气管、喇叭口、支座、阀门、底板、雍水池组成，所述的嵌入式溢流孔开设在坝体、底板内，嵌入式溢流孔出口开设在底板上，嵌入式溢流孔出口设置喇叭口，嵌入式溢流孔具有虹吸功能；坝体与附坝之间构成雍水池，卷扬机由支座固定设置在坝体顶面，闸门安置在嵌入式溢流孔前面；卷扬机通过钢索启闭闸门。
进一步的，所述的进气管与嵌入式溢流孔连通，进气管下端位于嵌入式溢流孔最高处，进气管上设置阀门。
进一步的，所述的坝体、附坝、底板由混凝土浇筑；护坦位于附坝下游，护坦由块石砌筑。
进一步的，所述的嵌入式溢流孔最高处为正常蓄水位，校核洪水位低于坝体顶面高程。
高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构使用方法是：关闭闸门，库水位上升，库水位超过正常蓄水位后，可以随时按需求提闸泄水，库水通过嵌入式溢流孔以虹吸管流方式快速下泄，下泄水流与大气不接触，水流不会出现过饱和溶解气体，经过出口设置的喇叭口时，水流突扩进行第一次消能；水流继续上行与上覆水体发生强烈碰撞、搅扰、掺合，可以达到高效消能的目的，其消能过程全部在雍水池水体内部完成，与大气没有接触，水流也不会出现过饱和溶解气体，使得河道水生生态环境免遭破坏。
本发明的高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构的有益效果是：保留了常规溢流坝坝顶溢流，闸门所受水压力小，配备小动力卷扬机即可启闭闸门、泄流时间、泄流流量可以控制的优点，利用附坝雍高下游水位，出水口设置在底板上向上泄流，水流上行需要克服上覆水体自重压力作用，与上覆水体发生强烈碰撞、搅扰、掺合，可以达到高效消能的目的；因其消能过程全部在雍水池水体内部完成，与大气接触少，能够避免造成水流过饱和问题，保护了河道水生生态环境，解决了鱼类患“气泡病”,导致水生生物大规模死亡的问题；下泄水流通过附坝时会有部分气体溶入水中，但由于水流通过嵌入式溢流孔时处于真空环境，水体中一部分气体会因负压而释放，水流处于低于正常饱和度状态，二者可相互抵消，保障泄入下游河道的水流气体饱和度保持正常状态，使得河道水生生态环境免遭破坏。
附图说明
图1是高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构沿嵌入式溢流孔剖面示意图；
图2是泄流时该结构沿嵌入式溢流孔剖面示意图；
图3是该结构俯视示意图；
图4是该结构坝顶放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-4所示，本发明的高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构,由坝体1、附坝2、护坦3、嵌入式溢流孔4、堰顶5、卷扬机6、钢索7、闸门8、进气管9、喇叭口10、支座11、阀门12、底板13、雍水池14组成,所述的嵌入式溢流孔4开设在坝体1、底板13内，嵌入式溢流孔4出口开设在底板13上，嵌入式溢流孔4出口设置喇叭口10，通过水流突扩达到消能；嵌入式溢流孔4进水口上沿低于嵌入式溢流孔4最高处，具有虹吸功能，虹吸产生的管流远大于堰流，在相同泄流量的情况下，嵌入式溢流孔4的截面积可以远小于常规溢流坝闸孔过水面积，可以使闸门8面积较小—节省材料、可以配备较小动力的卷扬机6—节省设备投资、减小能耗；坝体1与附坝2之间构成雍水池14，通过附坝2雍高雍水池内水位，增大对下泄水流的阻力，下泄水流在雍水池水深范围内基本完成能量消减，达到高效消能；卷扬机6由支座11固定设置在坝体1顶面，闸门8安置在嵌入式溢流孔4前面；卷扬机6通过钢索7启闭闸门8，设置闸门可更好地控制泄水，否则泄水不受控制，无法达到设有闸门溢洪道按需求泄水的效果。
所述的进气管9与嵌入式溢流孔4连通，进气管9下端位于嵌入式溢流孔4最高处，水位处于正常蓄水位与嵌入式溢流孔4进口上沿之间泄流时，根据需要可随时打开阀门12，空气进入嵌入式溢流孔4，虹吸消失、自动停止泄流，进气管9上设置阀门12；所述的坝体1、附坝2、底板13由混凝土浇筑；护坦3位于附坝2下游，护坦3由块石砌筑；所述的嵌入式溢流孔4最高处为正常蓄水位，库水位高于正常蓄水位后，根据需要可随时提起闸门8开始虹吸管流泄水，如果将堰顶设计为正常蓄水位，库水位高于正常蓄水位、低于嵌入式溢流孔4最高处后，需要泄流时，嵌入式溢流孔4的泄水属于堰流，堰流远小于管流；校核洪水位低于坝体1顶面高程。
本发明的高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构使用时，关闭闸门，库水位上升，库水位超过正常蓄水位后，可以随时按需求提闸泄水，库水通过嵌入式溢流孔以虹吸管流方式快速下泄，水流在嵌入式溢流孔真空环境下，大气压力下溶在水中的气体被释放，下泄水流经过出口设置的喇叭口时，水流突扩进行第一次消能；水流继续上行需要克服上覆水体自重压力作用，与上覆水体发生强烈碰撞、搅扰、掺合，可以达到高效消能的目的，其消能过程全部在雍水池水体内部完成，与大气接触少，水流不会出现过饱和问题，下泄水流通过附坝时会有部分气体溶入水中，由于通过嵌入式溢流孔后水流处于低于正常饱和度状态，二者可相互抵消，泄入下游河道的水不会出现过饱和情况，使得河道水生生态环境免遭破坏；根据需要随时可以关闭闸门停止泄水；库水位处于正常蓄水位与嵌入式溢流孔进口上沿之间泄流时，根据需要可随时打开阀门，空气进入嵌入式溢流孔，虹吸消失、自动停止泄流。
Claims (1)
1.一种高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构,由坝体(1)、附坝(2)、护坦(3)、嵌入式溢流孔（4)、堰顶(5)、卷扬机(6)、钢索（7）、闸门(8)、进气管(9)、喇叭口(10)、支座（11)、阀门(12)、底板（13）、雍水池（14）组成,其特征在于：所述的嵌入式溢流孔（4)开设在坝体(1)、底板（13）内，嵌入式溢流孔（4)出口开设在底板（13）上，嵌入式溢流孔（4)出口设置喇叭口(10)，嵌入式溢流孔（4)具有虹吸功能；坝体(1)与附坝(2)之间构成雍水池（14），卷扬机(6)由支座（11)固定设置在坝体(1)顶面，闸门(8)安置嵌入式溢流孔（4)前面；卷扬机(6)通过钢索（7）启闭闸门(8)；所述的进气管(9)与嵌入式溢流孔（4)连通，进气管(9)下端位于嵌入式溢流孔（4)最高处，进气管(9)上设置阀门(12)；所述的坝体(1)、附坝(2)、底板（13）由混凝土浇筑；护坦(3)位于附坝(2)下游，护坦(3)由块石砌筑；所述的嵌入式溢流孔（4)最高处为正常蓄水位，校核洪水位低于坝体(1)顶面高程；高效消能且不产生过饱和水体的内嵌式溢流坝结构使用方法是：关闭闸门(8)，库水位上升，库水位超过正常蓄水位后，随时按需求提闸泄水，库水通过嵌入式溢流孔（4)以虹吸管流方式快速下泄，下泄水流与大气不接触，水流不会出现过饱和溶解气体，经过出口设置的喇叭口(10)时，水流突扩进行第一次消能；水流继续上行与上覆水体发生强烈碰撞、搅扰、掺合，达到高效消能的目的，其消能过程全部在雍水池水体内部完成，与大气没有接触，水流也不会出现过饱和溶解气体，使得河道水生生态环境免遭破坏。
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