CN109750640A - 窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，包括泄槽和鼻坎，泄槽位于鼻坎的上游，包括由直线段、抛物线段、斜切线段和圆弧段组成的泄槽底板，以及由直线段和圆弧段组成的两侧边墙，两侧圆弧段边墙均向邻河侧小角度偏转；所述鼻坎位于泄槽的下游，包括底板和设置在底板靠山体侧并与泄槽圆弧边墙相切的鼻坎边墙，以及位于底板上并与鼻坎边墙相切的扭曲贴角体和设置在底板邻河侧边缘的楔形小挑坎。本发明出口消能结构，可使水舌纵向拉开和横向扩散，减少对狭窄河谷岸坡的冲刷，降低水舌轨迹，减弱泄洪雾化，同时降低了鼻坎边墙高度。

Description

窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构

技术领域

本发明涉及水工建筑物的消能结构，尤其是一种窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构。

背景技术

水利水电工程泄水建筑物出口的水流流速一般都比较大，泄洪时常出现水流冲刷岸坡、泄洪雾化等问题，当河谷狭窄、出口高程高出河道水位较多时，岸坡冲刷和雾化问题更为突出。

为解决此问题，工程中常采用异型挑坎、窄缝挑坎、曲面贴角窄缝挑坎等结构。异型挑坎有舌型挑坎、燕尾挑坎、斜切挑坎等，控制挑流水舌方向、入水落点及冲刷坑位置。窄缝挑坎是通过侧墙收缩使挑射水舌沿纵向拉开，以达到提高消能效果较少冲刷的目的。这些挑坎结构控制的水舌，或是横向扩散，或是纵向拉开，或是通过多个挑坎过流实现纵向拉开与横向扩散的结合。当采用窄缝挑坎消能时，挑坎段的边墙常常较高。

曲面贴角窄缝鼻坎可以实现水流的纵向拉开与导向作用，但对于要求水舌底部跨岸距离大的工程，曲面贴角鼻坎底部溜槽的导向作用非常有限，而加大溜槽导向作用，又必然增加上部水体的流量，上部水体流量的增加会导致顶部水舌纵向拉开幅度受到限制，且水舌对撞后形成的抛洒水舌又产生砸岸问题，另外曲面贴角窄缝鼻坎形成的水舌雾化问题也比较严重。因此对于河谷狭窄同时要求水舌底部跨岸距离大的工程，曲面贴角窄缝鼻坎并不适合。

当河谷狭窄、出口高程高且泄槽轴线与河道中心线夹角较大时，即要考虑水流冲刷对岸，又要兼顾水舌跨越本岸以避免本岸冲刷；当泄水建筑物出口附近存在居民及潜在滑坡体等情况时，还应控制下泄水流带来的雾化问题。减少冲刷需要充分消能，而消能的同时又不可避免的带来雾化问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，解决狭窄河谷泄水建筑物出口水流冲刷岸坡、降低鼻坎边墙高度及减轻雾化问题。

本发明所采用的技术方案是：一种窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，包括泄槽和鼻坎，泄槽位于鼻坎的上游，泄槽部分位于山体内，部分位于山体外，其下游设置兼顾导向和扩散作用的鼻坎；鼻坎包括鼻坎底板、设置在鼻坎底板靠山体侧并与泄槽边墙相切的鼻坎边墙、设置在鼻坎底板邻河侧边缘的楔形小挑坎，在鼻坎底板上设置有贴角体，贴角体由不同高度、不同半径、不同圆心的系列圆弧扭曲而成，系列圆弧与鼻坎边墙相切；系列圆弧的圆心均在垂直于鼻坎边墙的垂线上，各圆心的高程不同；系列圆弧的起点均在鼻坎边墙的起点处，系列圆弧的末端点在与鼻坎边墙垂直的出口断面上，鼻坎边墙为前段等高后段变高，楔形小挑坎为高出鼻坎底板并向鼻坎底板方向倾斜的楔形体。

所述泄槽包括作为泄槽主体的直线段泄槽，位于泄槽出口部位依次连接的泄槽抛物线段底板、泄槽斜切线段底板和泄槽圆弧段底板，以及位于泄槽抛物线段底板和泄槽斜切线段底板两侧的直线段边墙和位于泄槽圆弧段底板两侧的圆弧段边墙，两侧的圆弧段边墙均向邻河侧偏转。

所述直线段泄槽、泄槽抛物线段底板、泄槽斜切线段底板、泄槽直线段边墙位于山体内，泄槽圆弧段底板和圆弧段边墙位于山体外。

本发明的有益效果是：

(1)窄河谷岸边泄水建筑物出口的消能结构，采用了一种导向与扩散相结合的布置结构，即通过泄槽边墙和鼻坎贴角体的导向扩散作用，以及鼻坎底板邻近河道一侧边缘楔形小挑坎的挑流作用，解决了水舌跨岸、冲刷对岸问题，减轻了雾化问题。

(2)由于泄槽底板抛物线段、斜切线段和圆弧段的组合布置，即有效地降低了鼻坎高程，保证了泄槽与鼻坎的可靠连接，又降低了鼻坎边墙高度，确保了复杂流态震动和有限地形条件下边墙的稳定。

附图说明

图1为本发明窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构的平面示意图。

图2为图1的纵剖视图。

图3为本发明窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构贴角体部位的立体图。

图中：1—直线段泄槽；2—泄槽抛物线段底板；3—泄槽斜切线段底板；4—泄槽圆弧段底板；5—直线段边墙；6—圆弧段边墙；7—鼻坎贴角体；8—鼻坎底板；9—鼻坎边墙；10—楔形小挑坎。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-3所示，本发明的窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，包括泄槽和鼻坎，泄槽位于鼻坎的上游，泄槽部分位于山体内，部分位于山体外，其下游设置兼顾导向和扩散作用的鼻坎；鼻坎包括鼻坎底板8、设置在鼻坎底板8靠山体侧并与泄槽边墙相切的鼻坎边墙9、设置在鼻坎底板8邻河侧边缘的楔形小挑坎10，在鼻坎底板8上设置有贴角体7，贴角体7由不同高度、不同半径、不同圆心的系列圆弧扭曲而成，系列圆弧与鼻坎边墙9相切；系列圆弧的圆心均在垂直于鼻坎边墙9的垂线上，各圆心的高程不同；系列圆弧的起点均在鼻坎边墙9的起点处，系列圆弧的末端点在与鼻坎边墙9垂直的出口断面上，鼻坎边墙9为前段等高后段变高，楔形小挑坎10为高出鼻坎底板8并向鼻坎底板8方向倾斜的楔形体。

所述泄槽包括作为泄槽主体的直线段泄槽1，位于泄槽出口部位依次连接的泄槽抛物线段底板2、泄槽斜切线段底板3和泄槽圆弧段底板4，以及位于泄槽抛物线段底板2和泄槽斜切线段底板3两侧的直线段边墙5和位于泄槽圆弧段底板4两侧的圆弧段边墙6，两侧的圆弧段边墙6均向邻河侧偏转。

所述直线段泄槽1、泄槽抛物线段底板2、泄槽斜切线段底板3、泄槽直线段边墙5位于山体内，泄槽圆弧段底板4和圆弧段边墙6位于山体外。

下面结合实施例进行详细说明：

某大(2)型水电站工程，河谷狭窄岸坡陡峻，洞式溢洪道布置在岸边，出口鼻坎下游约300m有一个村庄。溢洪道出口鼻坎高出下游河道水位60m左右，泄槽轴线与河道中心线夹角较大，约为40～45°，溢洪道出口消能结构布置需要解决大流量时冲刷对岸，小流量时冲刷本岸的问题，以及降低泄洪雾化对下游村庄的影响问题。由于本工程河道狭窄，溢洪道出口若只采用纵向拉开、无横向扩散的鼻坎，必然存在高水位、大流量水舌主体顶冲对岸，以及低水位难以跨岸等问题。另外传统的窄缝鼻坎，完全依靠边墙收缩形成对冲后的纵向拉开水舌，不但边墙高，而且雾化也比较严重。为解决上述问题，该工程采用了本发明的出口消能结构，把纵向拉开与横向扩散相结合。

如图1-3所示，溢洪道出口消能结构包括泄槽和鼻坎，作为泄槽主体的直线段泄槽1、泄槽抛物线段底板2和泄槽斜切线段底板3、直墙段边墙5位于洞内，泄槽圆弧段底板4、圆弧段边墙6位于洞外，泄槽圆弧段底板4和圆弧段边墙6与鼻坎连接。

泄槽抛物线段底板2的抛物线方程为Y＝0.0056x²，水平投影长度14m，与其下游的泄槽斜切线段底板3相切连接。泄槽斜切线段底板3水平投影长度9.2m，随后采用半径R＝32m的圆弧底板4将底板导向至高程为2265.48m的鼻坎底板8，同时两侧的圆弧段边墙6向邻河侧进行小角度偏转，转角角度均为5°44′27″，邻河侧圆弧段边墙6圆弧半径为72m，另一侧圆弧段边墙6圆弧半径为80m。

鼻坎段布置在圆弧段泄槽下游，包括鼻坎底板8、鼻坎边墙9、贴角体7和楔形小挑坎10。鼻坎底板8的高程为2265.48m，其邻河侧不设边墙，靠山体侧设鼻坎边墙9。贴角体7位于鼻坎底板8上面，并与鼻坎边墙9相连。楔形小挑坎10设置在鼻坎底板8的邻河一侧边缘。

贴角体7由不同高度、不同半径、不同圆心的系列圆弧扭曲形成，高4m；系列圆弧均与鼻坎边墙9相切，切点均位于鼻坎边墙9的起点；系列圆弧的圆心均在垂直于鼻坎边墙9的垂线上，圆弧半径分别为8.9m、11.64m、18.05m、38.8m，圆心高程分别比鼻坎底板8高0m、1m、2m、3m；系列圆弧的末端点，在与鼻坎边墙9垂直的出口断面上，该出口断面为一个半径为12.8m，圆心角为29°的圆弧面。鼻坎边墙9为直线布置并与泄槽靠山体侧圆弧段边墙6相切，其中3.92m长度段高度均为7m，然后按1:1.5的坡比降低至末端的4.8m。楔形小挑坎10高处鼻坎底板8并向底板方向倾斜，坡比为1:3；挑坎高度，上游侧为0.43m，下游侧为0，中间呈线性变化。

窄河谷岸边洞式溢洪道出口的消能结构，采用了导向与扩散相结合的布置，解决了水舌跨岸、冲刷对岸问题，减轻了雾化问题。同时利用泄槽底板抛物线段、斜切线段和圆弧段的组合布置，即有效的降低了鼻坎高程，保证了泄槽与鼻坎的可靠连接，又降低了鼻坎边墙高度，确保了复杂流态震动和有限地形条件下边墙的稳定。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍会在本发明的专利范围内。

Claims (3)

1.一种窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，包括泄槽和鼻坎，泄槽位于鼻坎的上游，其特征在于，泄槽部分位于山体内，部分位于山体外，其下游设置兼顾导向和扩散作用的鼻坎；鼻坎包括鼻坎底板(8)、设置在鼻坎底板(8)靠山体侧并与泄槽边墙相切的鼻坎边墙(9)、设置在鼻坎底板(8)邻河侧边缘的楔形小挑坎(10)，在鼻坎底板(8)上设置有贴角体(7)，贴角体(7)由不同高度、不同半径、不同圆心的系列圆弧扭曲而成，系列圆弧与鼻坎边墙(9)相切；系列圆弧的圆心均在垂直于鼻坎边墙(9)的垂线上，各圆心的高程不同；系列圆弧的起点均在鼻坎边墙(9)的起点处，系列圆弧的末端点在与鼻坎边墙(9)垂直的出口断面上，鼻坎边墙(9)为前段等高后段变高，楔形小挑坎(10)为高出鼻坎底板(8)并向鼻坎底板(8)方向倾斜的楔形体。

2.根据权利要求1所述窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，其特征在于，所述泄槽包括作为泄槽主体的直线段泄槽(1)，位于泄槽出口部位依次连接的泄槽抛物线段底板(2)、泄槽斜切线段底板(3)和泄槽圆弧段底板(4)，以及位于泄槽抛物线段底板(2)和泄槽斜切线段底板(3)两侧的直线段边墙(5)和位于泄槽圆弧段底板(4)两侧的圆弧段边墙(6)，两侧的圆弧段边墙(6)均向邻河侧偏转。

3.根据权利要求2所述窄河谷岸边泄水建筑物出口消能结构，其特征在于，所述直线段泄槽(1)、泄槽抛物线段底板(2)、泄槽斜切线段底板(3)、泄槽直线段边墙(5)位于山体内，泄槽圆弧段底板(4)和圆弧段边墙(6)位于山体外。