CN109487763A - 一种适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构,包括：消力池、宽尾墩、闸孔和分流墩；消力池设置在闸墩下游；宽尾墩和闸孔的数量为多个，设置在闸墩出口端,宽尾墩和闸孔间隔设置；分流墩位于消力池内部，正对闸孔的出口设置，分流墩的数量与闸孔的数量一致；分流墩的上游缘与宽尾墩的末端位于同一水平线上；分流墩的上游起始宽度与正对的闸孔的出口宽度相等；分流墩的高度为闸孔出口水深的1/5～1/3。上述方案通过在闸孔出口处设置分流墩，使得通过闸孔下泄的水流在分流墩微挑、导流作用下水流迅速发生横向扩散，各股水流之间相互碰撞实现消能，有效降低了消力池的消能压力，因此可以缩小消力池的设计尺寸，节约工程成本。
Description
技术领域
本发明涉及水工建筑物设计技术领域，尤其涉及一种适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构。
背景技术
溢流坝在泄洪时，经溢流孔口下泄的水流由于惯性作用，流出闸孔后不能迅速发生横向扩散，当水流的流速越大时，这种扩散不充分的现象就越明显。而当闸墩向下游延伸长度较长，水流进入消力池后还未能充分扩散，水流会相对集中，跃前单宽流量较大。为了满足消能要求，消力池的长度和深度都需要相应地增加，这样必然会增加工程的投资，并且对于设置了尾坎的消力池来说，由于尾坎高度的增加，会造成出池跌水的增加，对下游建筑物和河道安全不利。尤其对于采用宽尾墩的溢流坝，水舌被横向束窄，水流横向扩散更加不易，需要的消力池的池深和池长更大，相应的工程投资也更为庞大。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构。
本发明提供的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，包括：消力池、宽尾墩、闸孔和分流墩；
消力池设置在闸墩下游；宽尾墩和闸孔的数量为多个，设置在闸墩出口端,宽尾墩和闸孔间隔设置；
分流墩位于消力池内部，正对闸孔的出口设置，分流墩的数量与闸孔的数量一致；
分流墩的上游缘与宽尾墩的末端位于同一水平线上；分流墩的上游起始宽度与正对的闸孔的出口宽度相等；分流墩的高度为闸孔出口水深的1/5～1/3。
如上所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，优选地，分流墩的上游面为高度逐渐增加的坡面，分流墩上游面的坡比为1：2～1：4。
如上所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，优选地，分流墩的两侧面为斜坡面，分流墩两侧面的坡比为1：1～1：2。
如上所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，优选地，分流墩的顶面为平面，分流墩顶面的宽度为0.5～1.0m。
本发明提供的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，具有以下优点：
1、通过在闸孔出口外设置分流墩，经闸孔下泄的水流在分流墩微挑、导流作用下，水流迅速发生横向扩散，各股水流之间相互碰撞实现部分消能。
2、通过分流墩起挑水流与消力池内其余水流发生混掺，同样有利于消能。
3、通过在消力池入口处多途径对水流进行预消能，水流的跃前单宽流量减小，相应跃后水深减小，可有效降低消力池消能压力，从而可以缩小消力池的设计尺寸，节约工程成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构的俯视图；
图2为图1中A-A面的剖面图。
图中：1、消力池；2、宽尾墩；3、闸孔；4、分流墩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构的俯视图，图2为图1中A-A面的剖面图。参考图1和图2所示，本发明提供的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，包括：消力池1、宽尾墩2、闸孔3和分流墩4。其中，消力池1设置在闸墩下游；宽尾墩2和闸孔3的数量为多个，设置在闸墩出口端,宽尾墩2和闸孔3间隔设置；分流墩4位于消力池1内部，正对闸孔3的出口设置，分流墩4的数量与闸孔3的数量一致；分流墩4的上游缘与宽尾墩2的末端位于同一水平线上；分流墩4的上游起始宽度与正对的闸孔3的出口宽度相等；分流墩4的高度为闸孔3出口水深的1/5～1/3。
如上所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，优选地，分流墩4的上游面为高度逐渐增加的坡面，分流墩4上游面的坡比为1：2～1：4；分流墩4的两侧面为斜坡面，分流墩4两侧面的坡比为1：1～1：2；分流墩4的顶面为平面，分流墩4顶面的宽度为0.5～1.0m。
由于消力池1位于闸孔下游，水流通过闸墩2之间的闸孔3下泄，在消力池1内形成水跃消能，从而对下游建筑物及河道起到保护作用。而消力池深度和长度与闸孔3下泄水流的单宽流量成正相关关系，单宽流量越大，需要的消力池池深和池长均越大。在水流不能迅速横向扩散的情况下，一方面由于单宽流量大，需要的消力池消力池尺寸相应较大；另一方面各股水流以急流形态行进一段距离后才发生水跃消能，消力池首部未能被充分利用于消能，同时高速水流冲刷底板，对消力池本身安全不利。本发明通过分流墩分流作用使水流进入消力池后即迅速发生横向扩散，从而在降低单宽流量的同时增加消能水体，实现较好的消能效果。继续参考图1和图2所示，由于在消力池1内设置了分流墩4，分流墩4的数量与闸孔3的数量相同，分流墩4轴线与相应闸孔3轴线一致，通过闸孔3下泄的水流在分流墩4的引导下迅速发生横向扩散，水流发生横向扩散后，一方面各股水流之间相互碰撞消耗一部分能量；另一方面，随着单宽流量减小，消力池长度和尾坎高度得到降低。此外，由于分流墩4兼具一定挑流效果，经过分流墩4的水流跌落消力池后，与下部水垫形成强烈混掺，同样对消能有利。
由于分流墩4正对闸孔3中间，若分流墩4的上游面为竖直面或坡度较陡时，分流墩4所受冲击力较大，同时分流墩4后会形成水少甚至空白区，对分流墩4安全不利。相反，若分流墩4上游面过缓，则起不到对水流的分流作用。本发明中采用高度逐渐增加的坡面作为分流墩4的上游面，可有效降低水流对分流墩4的冲击力，确保分流墩4不被冲毁，又能起到较好的导流作用，且便于施工。分流墩4上游面的坡比设为1：2～1：4为佳，在此范围内可保证水流较佳的横向扩散效果。同时将分流墩4的两侧面都设为斜坡面，这样不仅能引导不同闸孔3下泄水流之间扩散碰撞，同时也能增加分流墩4两侧面的压力，从而减小分流墩两侧面遭受空蚀破坏的风险；分流墩4两侧面的坡比设为1：1～1：2为佳。为了施工方便，分流墩4的顶面设为宽度为0.5～1.0m的平面。
为了使从闸孔3下泄的水流尽早发生横向扩散，分流墩4的上游缘与闸墩的末端位于同一水平线上，分流墩4的上游起始宽度与对应闸孔3的出口宽度相等，分流墩4的高度为闸孔3出口水深的1/5～1/3。
下面给出的是本发明的一个应用实施例：
以某水电站右岸的三孔泄洪闸消力池为例，消力池尾坎高度为6.0m，原方案通过闸孔下泄的水流在消力池内形成远趋式水跃，消力池前端水流的流速大，消能效果较差，水流有直冲尾坎的趋势，工程运行一段时间后消力池底板被严重冲毁。对该消力池进行修复时，由于消力池底板不具备下挖条件，或者下挖代价较大，单纯加高尾坎高度，会造成较大的坎后跌水，对底板冲刷不利，同时较高水头势必会增大进入河道的流速，加剧下游河道冲刷。基于本发明提供的技术方案，在闸孔出口处各设置一个高度为2.0m的分流墩后，通过闸孔下泄的水流进入消力池后由于分流墩的分流作用，迅速发生横向扩散，一方面，横向扩散的各股水流之间相互碰撞，增加了消能效果。另一方面，随着单宽流量的减小，跃后水深减小，需要的尾坎高度和消力池长度减小，在尾坎高度不变的条件下取得了较好的消能效果。可以获得较佳的经济效益和安全效益。
综上所述，本发明提供的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，一方面通过在闸孔出口外设置分流墩，通过闸孔下泄的水流在分流墩微挑、导流作用下，水流迅速发生横向扩散，各股水流之间相互碰撞实现部分消能。另一方面，通过分流墩起挑水流与消力池内其余水流发生混掺，同样有利于消能。因此，通过在消力池入口处多途径对水流进行预消能，水流的跃前单宽流量减小，相应跃后水深减小，可有效降低消力池消能压力，从而可以缩小消力池的设计尺寸，节约工程成本，且能提高工程的安全性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，其特征在于，包括：消力池(1)、宽尾墩(2)、闸孔(3)和分流墩(4)；
消力池(1)设置在闸墩下游；宽尾墩(2)和闸孔(3)的数量为多个，设置在闸墩出口端,宽尾墩(2)和闸孔(3)间隔设置；
分流墩(4)位于消力池(1)内部，正对闸孔(3)的出口设置，分流墩(4)的数量与闸孔(3)的数量一致；
分流墩(4)的上游缘与宽尾墩(2)的末端位于同一水平线上；分流墩(4)的上游起始宽度与正对的闸孔(3)的出口断面宽度相等；分流墩(4)的高度为闸孔(3)出口水深的1/5～1/3。
2.根据权利要求1所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，其特征在于，分流墩(4)的上游面为高度逐渐增加的坡面，分流墩(4)上游面的坡比为1：2～1：4。
3.根据权利要求2所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，其特征在于，分流墩(4)的两侧面为斜坡面，分流墩(4)两侧面的坡比为1：1～1：2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于宽尾墩延伸至消力池的底流消能结构，其特征在于，分流墩(4)的顶面为平面，分流墩(4)顶面的宽度为0.5～1.0m。
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