CN117552388A - 一种溢洪道分岔结构及设计方法 - Google Patents

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CN117552388A CN202311515604.5A CN202311515604A CN117552388A CN 117552388 A CN117552388 A CN 117552388A CN 202311515604 A CN202311515604 A CN 202311515604A CN 117552388 A CN117552388 A CN 117552388A
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柯明辉
高梦露
胡朝阳
俸维晓
王新强
何承农
付开雄
胡志英
张登杨
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Abstract

本发明涉及一种溢洪道分岔结构及设计方法，包括第二溢洪道，所述第二溢洪道弯曲延伸，以适应各种地形环境；第一溢洪道从第二溢洪道一侧分流出并直线延伸；第一溢洪道和第二溢洪道的交叉处设置有分流墩；在原先天然冲沟溢洪通道位置增设一条第二溢洪道以适应各种地形环境，通过弧形导流墩一级分洪，分流墩二级分洪，实现了分岔式溢洪道的分时、分级、分岔泄洪，保障后续水库长期泄洪问题。实现了分洪调流技术在城建工程中的高度灵活性和适应性。

Description

一种溢洪道分岔结构及设计方法
技术领域
本发明涉及一种溢洪道分岔结构及设计方法，属于水利工程技术领域。
背景技术
溢洪道是水库等水利建筑物的泄洪建筑，多筑在水坝的一侧，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。溢洪道作为水利工程的重要设施，在洪水期调整库容、宣泄洪水、确保水库安全方面起着至关重要的作用。
生活中最常见的溢洪道是一条笔直的通道，笔直结构的溢洪道溢洪、泄洪效果最好；然而不适用在弯曲的环境中；
比如CN217325274U一种带辅助消能结构的溢洪道。虽然具有弯曲延伸的溢洪道能适应各种场地，然而弯曲的溢洪道溢洪、泄洪效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种溢洪道分岔及设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案如下：
一种溢洪道分岔结构，包括：
第二溢洪道，所述第二溢洪道弯曲延伸，以适应各种地形环境；
第一溢洪道，所述第一溢洪道从第二溢洪道一侧分流出并直线延伸；
所述第一溢洪道和第二溢洪道的交叉处设置有分流墩。
优选的，所述第一溢洪道与上游天然泄洪通道同一轴线设置。
优选的，所述第二溢洪道包含一逆时针弯曲的逆时针弯道，所述逆时针弯道底部水平设置。
优选的，所述逆时针弯道沿水流前进方向渐扩式设计，所述逆时针弯道进出口宽度比1.5～1.7。
优选的，所述逆时针弯道中线处设置有弧形导流墩将进流分隔成两个部分。
优选的，所述逆时针弯道后端依次连接有消力池和消力池尾坎。
优选的，所述第二溢洪道经过弯曲延伸后再回流合并至第一溢洪道。
优选的，所述第一溢洪道靠近第二溢洪道的一侧边墙采用渐扩式弧形导墙设计。
一种溢洪道分岔结构的设计方法，包括以下步骤：
在天然冲沟溢洪通道一侧新增一条并联的第二溢洪道；
水流经第二溢洪道弯曲延伸后再与第一溢洪道水流合并下泄至下游河道，第一溢洪道与上游原有天然泄洪通道同一轴线设置；
第一溢洪道和第二溢洪道的交叉处设置分流墩。
优选的，通过调整分流墩的体型、位置控制第一溢洪道和第二溢洪道的流量比为0.9-1.1。
本发明具有如下有益效果：
在原先天然冲沟溢洪通道位置增设一条第二溢洪道，原先天然冲沟溢洪通道与第一溢洪道位于同一轴线上，通过笔直的第一溢洪道和第二溢洪道的配合，不仅可在地形复杂的地区实现溢洪，而且能保证溢洪效果；
通过弧形导流墩一级分洪，分流墩二级分洪，实现了分岔式溢洪道的分时、分级、分岔泄洪，保障后续水库长期泄洪问题。实现了分洪调流技术在各种地形中的高度灵活性和适应性。
对特定条件下的溢洪道进行的分洪、消能防冲及水流导向设计，利用山体地形特点，采用因地制宜、“见缝插针”的技术思路，实现天然冲沟分岔泄洪。减少了对自然环境的破坏，以及降低工程难度。
在结构上，采用弧形导流墩导流防止弯道水力集中，并进行一级分洪，采用消力池坎对弯道中的水流进行了调整和消能，均衡了弯道左右岸的水流分布；通过对分流墩长度及位置的调整，对水流进行二级分洪并调控了第一、第二溢洪道的分流比；采用渐扩式弧形导墙增大了第一溢洪道出口的宽度，减小了泄洪水舌跌落的入水单宽流量，减小了下游的消能防冲的压力。
附图说明
图1为本发明溢洪道分岔结构立体示意图；
图2为本发明溢洪道分岔结构俯视图。
图中附图标记表示为：
2、弧形导流墩；3、消力池；4、消力池尾坎；5、分流墩；6、第一溢洪道；7、第二溢洪道；71、逆时针弯道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
如图1-2所示：
包括第一溢洪道6和第二溢洪道7，第二溢洪道7进口是衔接原有的天然冲沟溢洪通道，在第二溢洪道7一侧分岔出一条第一溢洪道6，并且第一溢洪道6与原有的天然冲沟溢洪通道位于同一轴线，第一溢洪道6和第二溢洪道7交叉处设置的分流墩5，通过调整分流墩5的体型来调节临时第一溢洪道6和第二溢洪道7的分洪流量，实现溢洪道分洪结构设计。
第二溢洪道7转向偏离原泄洪通道轴线形成一个逆时针弯道71，逆时针弯道71底部水平设计成渐扩式使水流充分扩散减小单宽流量。逆时针弯道71中线处设计一个弧形导流墩2将进流分隔成两个部分，弧形导流墩2可减小因弯道离心力造成的不均衡的水流分布，防止逆时针弯道71水流集中；
逆时针弯道71后依次设置有消力池3和消力池尾坎4，消力池尾坎4对弯道中的水流进行了调整和消能，均衡了左右岸的水流分布；
分岔出的第一溢洪道6底坡水平，减小了泄洪水舌跌落的起始流速，降低下游的消能防冲的压力。靠近第二溢洪道7的左侧边墙采用渐扩式弧形导墙设计，扩大了溢洪道出口宽度，减小了出口的单宽流量，减轻了下游消能防冲的压力。
逆时针弯道71进出口宽度比1.5～1.7，逆时针弯道71中线处设计一个弧形导流墩2：弧形导流墩2半径r＝R(逆时针弯道71中心线曲率半径)；宽度b墩＝最小结构宽度，墩宽度应尽量取小值以避免占用过流宽度并节省工程投资；长度L＝弯道中心线长度；弧形导流墩2头部为流线型设计连线型半径为r流＝1.71b墩，流线型长度为L流＝1.21b墩，尾部设计成半圆，半圆直径d＝b墩，流线型头部能较好地分割水流，不会引起墩头局部水位雍高的现象。弧形导流墩2起到了导向和分洪两个作用：首先是将泄洪通道进流分隔成两个部分，防止弯道凸岸水流向凹岸集中；其次是将进流进行一级分洪，将弧形导流墩2左侧水流直接引导到第二溢洪道7下游，右侧水流导引到右侧导墙进行下一级分洪。
逆时针弯道71后设置有消力池3，消力池3设计为突槛式消力池下游无淹没出流，消力池池长Lk＝(0.7～0.8)Lj，Lj为自由水跃的长度，消力池尾坎4高度c＝hc"(跃后水深)-H1(尾坎顶水深)。消力池3对逆时针弯道71中的水流进行了调整和消能，均衡了左右岸的水流分布；
第一溢洪道6与第二溢洪道7交叉处设置一个分流墩5，分流墩5头部为流线型设计，半径为r流＝1.71b墩，流线型长度为L流＝1.21b墩，分流墩5墩身根据右边墙体型仍然采用弧形形状，半径r＝R(弯道右边墙曲率半径)；分流墩5的位置在一定范围内可自由调整，通过调整分流墩5的位置对先前进入弧形导流墩2右侧的水流进行二级分洪控制，实现预设的第一溢洪道6与第二溢洪道7的分流比；
第一溢洪道6底部水平i＝0，第一溢洪道6底宽B，根据第一溢洪道6分流量Q永和分岔处的平均水位H永、平均流速V永确定，B＝Q永/H永V永。第一溢洪道6左导墙前段采用了直墙布置，后衔接渐扩式弧形导墙，来减小溢洪的的出口单宽流量。导墙弧形半径r≈30～40B，第一溢洪道6进出口宽度比取B进口：B出口≈1:3～4，进出口宽度不宜相差太大，容易造成水流脱壁现象。第一溢洪道6后续继续直线延伸并向下倾斜，消力池尾坎4后续继续弯曲延伸并回流至第一溢洪道6；消力池尾坎4后续也可以向其他地方延伸。
实施例：
逆时针弯道71进口宽度6m，出口宽度12m，进出口宽度比1：2；中线处设计一个弧形导流墩2：弧形导流墩半径r＝R＝27.0m；宽度b墩＝0.8m；长度L＝逆时针弯道71中心线长度；
弧形导流墩2头部为流线型设计，半径r流＝1.71×0.8＝1.37m，流线型长度为L流＝1.21×0.8＝0.97m，尾部设计成半圆，半圆直径d＝0.8m。弧形导流墩2起到两个作用：①将逆时针弯道71水流分隔成两个部分，减小因弯道离心力造成的不均衡的水流分布；②将进流进行一级分洪，把弧形导流墩2左侧水流直接引导到第二溢洪道7下游，右侧水流导引到右侧导墙处进行下一级分洪。
某工程校核工况流量为38.37m3/s，第二溢洪道7设计泄洪流量为20年一遇流量Q＝24.06m3/s，约占校核工况流量的62.71％，后期考虑到第二溢洪道7不在原天然冲沟的轴线上，又采用的是弯曲延伸适应各种地形，泄洪流态相对较差，初定第一溢洪道6与第二溢洪道7的分流流量各占50％，即第二溢洪道7下泄最大流量控制在19.19m3/s左右。
由于溢洪道进口主流位于右侧，虽然弧形导流墩2位于逆时针弯道71中线处，试验测得弧形导流墩2左侧通道引导水流约为9.2m3/s，弧形导流墩2右侧引导的水流约29.17m3/s。一级分洪比例为1:4.17。
第二溢洪道7弯道后衔接位置设置消力池尾坎4，坎高1.2m，消力池3设计为突槛式消力池下游无淹没出流，消力池池长Lk取0.8倍的Lj为14m，消力池尾坎高度c＝1.2m。消力池3对弯道中的水流进行了调整和消能，均衡了左右岸的水流分布；
分流墩5头部为流线型设计连线型半径为r流＝1.71×0.8＝1.37m，流线型长度为L流＝1.21×0.8＝0.97m，墩身根据右边墙体型仍然采用弧形形状，半径r＝R右边墙＝32.6m；分流墩5的位置在一定范围内可自由调整，加长分流墩5长度会将更多的流量导引到第二溢洪道7，反之则进入第一溢洪道6。通过调整分流墩5的位置对先前进入弧形导流墩2右侧的水流再次分流，通过试验对分流墩5位置的调整，使得第二溢洪道7和第一溢洪道6二者的分流比为1:1，(19.19m3/s左右)，基本达到了预期的效果。
第一溢洪道6底板坡度i＝0。底宽B＝Q永/H永V永，Q永＝20m3/s，出口平均流速V永≈3.69m/s，水深H永取2m。计算得出底板宽度B＝2.71m，取整数B＝3m。第一溢洪道6左导墙前段采用了直墙布置，后衔接渐扩式弧形导墙，来减小溢洪的的出口单宽流量。导墙弧形半径r≈30～40B，r＝90～120m，圆弧导墙半径取100m；防止水流脱壁现象B进口：B出口≈1:3～4，则B出口＝9～12m，取B出口＝11m。第一溢洪道6进口与出口宽度比为1:3.67；溢洪道出口单宽流量由原来的6.67m3/s减小到1.82m3/s，减轻了下游消能防冲的负担。
若单独使用弯曲结构的第二溢洪道7，溢洪道泄洪能力不足；若单独使用与原天然冲沟的轴线上对齐的第一溢洪道6，第一溢洪道6的宽度、长度、深度则需要较大，由于弯曲地形的限制常常难以办到，工程难度较大；因此，通过接近直线延伸的第一溢洪道6和弯曲适应地形的第二溢洪道7共同配合不仅可以满足工程泄洪、分散下游消能防冲的压力，还可减小工程投资。
应当说明的是，常态下第一溢洪道6和第二溢洪道7均可单独使用进行溢洪，有利于对第一溢洪道6/第二溢洪道7进行施工的同时不会影响正常的溢洪；第一溢洪道6和第二溢洪道7配合起来使用可大大提高溢洪效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种溢洪道分岔结构，其特征在于，包括：
第二溢洪道(7)，所述第二溢洪道(7)弯曲延伸，以适应各种地形环境；
第一溢洪道(6)，所述第一溢洪道(6)从第二溢洪道(7)一侧分流出并直线延伸；
所述第一溢洪道(6)和第二溢洪道(7)的交叉处设置有分流墩(5)。
2.如权利要求1所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述第一溢洪道(6)与上游天然泄洪通道同一轴线设置。
3.如权利要求1所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述第二溢洪道(7)包含一逆时针弯曲的逆时针弯道(71)，所述逆时针弯道(71)底部水平设置。
4.如权利要求3所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述逆时针弯道(71)沿水流前进方向渐扩式设计，所述逆时针弯道(71)进出口宽度比1.5～1.7。
5.如权利要求4所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述逆时针弯道(71)中线处设置有弧形导流墩(2)将进流分隔成两个部分。
6.如权利要求5所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述逆时针弯道(71)后端依次连接有消力池(3)和消力池尾坎(4)。
7.如权利要求1所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：泄洪水流经第二溢洪道(7)弯曲延伸后再与第一溢洪道(6)水流合并下泄至下游河道。
8.如权利要求1所述的一种溢洪道分岔结构，其特征在于：所述第一溢洪道(6)靠近第二溢洪道(7)的一侧边墙采用渐扩式弧形导墙设计。
9.一种溢洪道分岔结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
在天然冲沟溢洪通道一侧新增一条并联的第二溢洪道(7)；
水流经第二溢洪道(7)弯曲延伸后再与第一溢洪道(6)水流合并下泄至下游河道；
第一溢洪道(6)与上游原有天然泄洪通道同一轴线设置；
第一溢洪道(6)和第二溢洪道(7)的交叉处设置分流墩(5)。
10.如权利要求9所述的一种溢洪道分岔结构的设计方法，其特征在于：通过调整分流墩(5)的体型、位置控制第一溢洪道(6)和第二溢洪道(7)的流量比为0.9-1.1。
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