CN111197302B - 一种输水洞消能结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输水工程的技术领域，尤其是涉及一种输水洞消能结构，包括护坦、消力池和消力槛，护坦位于消力池的上游，消力槛位于消力池的末端，消力槛竖直凸出消力池的底部，消力槛内埋设有水平的测流管道，测流管道与消力槛的两侧空间连通，测流管道上连通设置有流量计。本发明中，消力槛上游水压较大，消力槛下游的水压就相对较小，因此消力槛上游会有水流从测流管道流入消力槛下游，利用流量计能够测量从测流管道内流动的水流流量，从而推断出消力槛两侧水压的压差，进而判断消力槛是否因长时间使用冲刷而导致消力效果降低，从而实现远程监控输水洞消能结构可靠性的效果，便于水利局统筹管理各个地方的水利设施，便于排查和检修。

Description

一种输水洞消能结构

技术领域

本发明涉及输水工程的技术领域，尤其是涉及一种输水洞消能结构。

背景技术

水库通常由挡水建筑物、泄水建筑物和输水建筑物三部分组成，成为水库的“三大件”，其中输水建筑物的作用是从水库向下游输水，用于灌溉、发电和供水需要，输水洞是水库向外部输水所经过的第一道结构。

在用于灌溉和供水需要的地方，输水洞流出的水流必须要具有较高的稳定性，水流的流速和水位要求比较平稳，因此必须在输水洞内对输水洞上游的水流进行消能处理。输水洞消能结构主要采用消能阀和消力池，其中消力池能够将下泄水流的动能消除40%～70%，是一种有效而经济的消能设施。

现有的输水洞消能结构包括从上游到下游依次为护坦、消力池、消力槛和海漫，护坦是保护河床免受水流冲刷或者其他侵蚀破坏的刚性结构设施，用于提升消能结构的使用寿命，水流从护坦流入消力池之后，经消力槛的阻挡作用，在消力池内形成水跃，消除大部分的水流动能，之后水流经过海漫消除水流的余能，调整流速分布，均匀的扩散出池水流，使之与天然河道的水流状态接近。

上述现有技术的不足之处在于，输水洞消能结构一般使用的年限都比较久，并且由于水库也缺乏专人对各个部位进行管理，经常会出现输水洞年久失修的情况，而一旦输水洞的消能效果不佳，水流对下游的堤坝的冲击是非常大的，严重甚至会导致溃堤的情况发生。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种输水洞消能结构，达到了实时监控输水洞消能结构可靠性的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种输水洞消能结构，包括护坦、消力池和消力槛，护坦位于消力池的上游，消力槛位于消力池的末端，消力槛竖直凸出消力池的底部，消力槛内埋设有水平的测流管道，测流管道与消力槛的两侧空间连通，测流管道上连通设置有流量计。

通过采用上述技术方案，进入消力池内的水流，在冲击到消力槛上时产生水跃，因此在消力槛上游水压较大，消力槛下游的水压就相对较小，因此消力槛上游会有水流从测流管道流入消力槛下游，利用流量计能够测量从测流管道内流动的水流流量，从而推断出消力槛两侧水压的压差，进而判断消力槛是否因长时间使用冲刷而导致消力效果降低，从而实现远程监控输水洞消能结构可靠性的效果，便于水利局统筹管理各个地方的水利设施，便于排查和检修。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：护坦从上游向下游倾斜向下设置。

通过采用上述技术方案，护坦沉降能够提升消力槛处的尾水深度，促使下泄急流在池中产生底流式水跃，增大消能的效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：护坦与消力池的底部存在折角，消力池的底部埋设有第二测流管，所述第二测流管的一端连通在护坦与消力池的折角处，第二测流管的另一端连通在消力槛的下游，第二测流管内连通设置有第二流量计。

通过采用上述技术方案，护坦与消力池的底部折角处容易受到冲刷，由于护坦和消力池处的水流流速较高，因此水压较小，消力槛下游的水流流速相对较慢，水压较大，因此会有部分水流从消力槛下游经第二测流管进入到消力池，第二测流管上的第二流量计能够检测从第二测流管内流动的水流量；而一旦消力池和护坦的折角处受到冲刷导致产生沉坑，那么该处的水压会增大，第二流量计测得的流量会降低，从而达到了实时监控护坦和消力池折角处的冲蚀情况。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：消力槛的下游设置有缓冲段和第二消力段，第二消力段的两侧面成鼓型，第二消力段的侧边的下游末端设置有第二消力槛，所述第二消力槛竖直设置。

通过采用上述技术方案，水流从缓冲段进入到第二消力段之后，有部分水流沿第二消力段的侧边流动，在第二消力段的末端汇集，从第二消力段侧边汇集的水流流向是倾斜的，因此会在第二消力段的末端产生水跃，并且在第二消力槛的作用下会增大水跃的程度，消除部分水流的能量，起到缓流的作用。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：第二消力段底边末端固定设置有第三消力槛，第三消力槛水平设置。

通过采用上述技术方案，第三消力槛能够提升第二消力段在末端的水跃程度，有助于进一步消能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：第二消力段的上游一体设置有导流板，所述导流板位于第二消力段流道的中间位置，并且导流板能够将水流导向至第二消力段的两个侧边。

通过采用上述技术方案，在导流板的作用下，能够有更多的水流能够沿第二消力段的侧边流动，从而提升第二消力槛的消能效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：消力池的底部设置有反滤层。

通过采用上述技术方案，反滤层的铺设能够降低水流带动消力池底部泥沙流动的可能性，提升消力池底部耐冲刷的性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：反滤层上开设有多个竖直的排水孔，所述排水孔贯穿反滤层。

通过采用上述技术方案，由于反滤层上方的水流流速较快，水压较低，反滤层下方的水能够在水压的作用下从排水孔排入到反滤层的上方，降低反滤层上下两侧的水压的压差，从而避免反滤层上下压差过大导致反滤层被掀翻。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、通过在消力槛上设置测流管道和流量计，达到了实时监控消能结构可靠性的效果；

2、通过设置第二测流管和第二流量计，达到了实时监控护坦和消力池折角处冲蚀情况的效果；

3、通过设置缓冲段和第二消力段，达到了进一步消能的效果。

附图说明

图1是本实施例的剖面结构示意图；

图2是本实施例的俯视图；

图3是图1中的局部A处放大图。

图中，1、护坦；2、消力池；21、反滤层；22、排水孔；23、第二测流管；231、盖板；3、消力槛；32、测流管道；4、缓冲段；5、第二消力池；51、第二消力槛；52、第三消力槛；53、导流板。

具体实施方式

如图1所示，本实施例介绍了一种输水洞消能结构，包括从上游往下游依次设置的护坦1、消力池2、消力槛3、缓冲段4和第二消力池5，护坦1位于消力池2的上游，消力槛3位于消力池2的末端，消力槛3竖直凸出消力池2的底部，水流首先流经护坦1进入到消力池2内，水流在消力槛3的阻拦作用下，在消力槛3的上游形成水跃，消除大部分的水流能量，之后进入到缓冲段4和第二消力池5，利用第二消力池5再进行第二次消能，使得水流能够平稳缓慢地流出。

如图1所示，护坦1最好能够从上游向下游倾斜向下设置，这样就能够提升消力槛3处的尾水深度，促使下泄急流在消力池2中产生底流式水跃，增大消能的效率。

如图2所示，第二消力段5的两侧面成鼓型，第二消力段5的侧边的下游末端设置有第二消力槛51，所述第二消力槛51竖直设置，第二消力段5底边末端固定设置有第三消力槛52，第三消力槛52水平设置。水流进入到第二消力段5之后，水流的截面积先增大后减小，一部分水流沿第二消力段5侧边流动，一部分水流沿从上游向下游直线流动，因此水流会在第二消力段5的末端产生水跃现象，而第二消力槛51和第三消力槛52的设置，是为了提升第二消力段5末端的水跃程度，提升消能效果。

如图2所示，为了提升沿第二消力段5侧边流动的水流量，从而提升第二消力槛51的消能作用，可以在第二消力段5的上游一体设置导流板53，所述导流板53位于第二消力段5流道的中间位置，并且导流板53能够将水流导向至第二消力段5的两个侧边，即导流板53从上游往下游由内向外倾斜设置。

如图3所示，消力池2的底部设置有反滤层21，反滤层21上开设有多个竖直的排水孔22，所述排水孔22贯穿反滤层21。反滤层21从下往上为2-4层颗粒大小不同的砂、碎石或者卵石等材料做成的，并且反滤层21从下往上每层颗粒逐渐增大，每一层颗粒都不允许穿过上方颗粒之间的孔隙，从而保持消能池1底部的土壤，更加耐冲刷。由于反滤层21上方的水流流速较快，水压较低，反滤层21下方的水能够在水压的作用下从排水孔22排入到反滤层21的上方，降低反滤层21上下两侧的水压的压差，从而避免反滤层21上下压差过大导致反滤层21被掀翻，破坏反滤层21结构。

如图3所示，消力槛3内埋设有水平的测流管道32，测流管道32与消力槛3的两侧空间连通，测流管道32上连通设置有流量计。进入消力池2内的水流，在冲击到消力槛3上时产生水跃，因此在消力槛3上游水压较大，消力槛3下游的水压就相对较小，因此消力槛3上游会有水流从测流管道32流入消力槛3下游，利用流量计能够测量从测流管道32内流动的水流流量，从而推断出消力槛3两侧水压的压差，进而判断消力槛3是否因长时间使用冲刷而导致消力效果降低，从而实现远程监控输水洞消能结构可靠性的效果，便于水利局统筹管理各个地方的水利设施，便于排查和检修。

如图1所示，还可以在消力池2的底部埋设第二测流管23，所述第二测流管23的一端连通在护坦1与消力池2的折角处，第二测流管23的另一端连通在消力槛3的下游，第二测流管23内连通设置有第二流量计。护坦1与消力池2的底部折角处容易受到冲刷，由于护坦1和消力池2处的水流流速较高，因此水压较小，消力槛3下游的水流流速相对较慢，水压较大，因此会有部分水流从消力槛3下游经第二测流管21进入到消力池2，第二测流管23上的第二流量计能够检测从第二测流管23内流动的水流量；而一旦消力池2和护坦1的折角处受到冲刷导致产生沉坑，那么该处的水压会增大，第二流量计测得的流量会降低，从而达到了实时监控护坦1和消力池2折角处的冲蚀情况。

如图1所示，第二测流管23与消力池2连通的一端上方最好设置一个盖板231，盖板231将第二测流管23的上方盖住，第二测流管23的出口朝向水流的流动方向，此时就能够避免水流沿水流方向直接灌入第二测流管23，导致测量不精确。

本发明的工作过程为：

水流首先流经护坦1进入到消力池2内，水流在消力槛3的阻拦作用下，在消力槛3的上游形成水跃，消除大部分的水流能量，之后进入到缓冲段4和第二消力池5，在导流板53的作用下，将水流分成三股，其中两股分别冲击到第二消力池5的鼓型侧边，中间一股沿直线流动，水流在第二消力槛51和第三消力槛52的作用下，会在第二消力段5的末端产生水跃现象，提升消能效果。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种输水洞消能结构，包括护坦（1）、消力池（2）和消力槛（3），护坦（1）位于消力池（2）的上游，消力槛（3）位于消力池（2）的末端，消力槛（3）竖直凸出消力池（2）的底部，其特征在于，消力槛（3）内埋设有水平的测流管道（32），测流管道（32）与消力槛（3）的两侧空间连通，测流管道（32）上连通设置有流量计；护坦（1）从上游向下游倾斜向下设置，护坦（1）与消力池（2）的底部存在折角，消力池（2）的底部埋设有第二测流管（23），所述第二测流管（23）的一端连通在护坦（1）与消力池（2）的折角处，第二测流管（23）的另一端连通在消力槛（3）的下游，第二测流管（23）内连通设置有第二流量计，第二测流管（23）与消力池（2）连通的一端上方设置有盖板（231）。

2.根据权利要求1所述的一种输水洞消能结构，其特征在于，消力槛（3）的下游设置有缓冲段（4）和第二消力段（5），第二消力段（5）的两侧面成鼓型，第二消力段（5）的侧边的下游末端设置有第二消力槛（51），所述第二消力槛（51）竖直设置。

3.根据权利要求2所述的一种输水洞消能结构，其特征在于，第二消力段（5）底边末端固定设置有第三消力槛（52），第三消力槛（52）水平设置。

4.根据权利要求2所述的一种输水洞消能结构，其特征在于，第二消力段（5）的上游一体设置有导流板（53），所述导流板（53）位于第二消力段（5）流道的中间位置，并且导流板（53）能够将水流导向至第二消力段（5）的两个侧边。

5.根据权利要求1所述的一种输水洞消能结构，其特征在于，消力池（2）的底部设置有反滤层（21）。

6.根据权利要求5所述的一种输水洞消能结构，其特征在于，反滤层（21）上开设有多个竖直的排水孔（22），所述排水孔（22）贯穿反滤层（21）。

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