CN203654245U - 一种水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构，包括布置于岸边的泄洪洞和设置在泄洪洞出口的混凝土护坦，在混凝土护坦下游侧顺下泄水流方向设置有依次增高的混凝土潜没式台阶。潜没式台阶顶高程位于下泄水流水面线以下，每级台阶高度与泄洪洞断面出口高度之比为1/5～1/9，每级台阶高度为1.5～3m。台阶数量为2～4级。下泄水流通过潜没式台阶的导向、扩散及碰撞作用，将下泄水流的能量分散、进行辅助消能，提高了消能率，减小了下游河道及岸边冲刷程度，从而减小了防护工程量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水利水电工程中的泄洪洞出口消能结构，尤其是涉及一种中低水头、较大流量、低弗汝德数、下泄水流与河道水流衔接不佳的水利水电工程中的泄洪洞出口消能结构。
背景技术
一般而言，低弗汝德数的水流消能问题是较难解决的，由于属于波状水跃状态，即使是采取了工程措施，也往往是消能率只能达10％左右、且在下游大范围形成水面波动，消能效果较差；而由于布置条件所限，当下泄水流与河道内水流不能良好衔接时，更是加剧了消能的难度，常规措施往往只能是加强下游两岸大范围的防护，工程量较大。这是中低水头、低弗汝德数、大单宽流量泄洪洞工程中最常见的工程技术难题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能适应中低水头、较大流量、低弗汝德数、避免下泄水流能量过于集中，使水流消能较为充分的水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构。
本实用新型所采用的技术方案是：一种水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构，包括布置于岸边的泄洪洞和设置在泄洪洞出口的混凝土护坦，在混凝土护坦下游侧顺下泄水流方向设置有依次增高的混凝土潜没式台阶。
潜没式台阶顶高程位于下泄水流水面线以下，每级台阶高度与泄洪洞断面出口高度之比为1/5～1/9，每级台阶高度为1.5～3m。
台阶数量为2～4级。
所述下泄水流的单宽流量为150～210m3/s；弗汝德数为1～2；下泄水流流速为15～25m/s。
本实用新型的有益效果是：
（1）利用泄洪洞布置在岸边的地形条件，在岸边设置混凝土潜没式台阶进行辅助消能，将下泄水流能量加以分散，提高了消能率，有效地缓解了河道冲刷程度。
（2）下泄水流越大或下游水位较低时，水流横向扩散作用越为明显。
（3）本实用新型的消能结构，型式新颖、结构简单，经济且有效地缓解了大流量、低弗汝德数的泄洪洞出口水流集中、消能不充分、下游水流连接不佳、下游冲刷较为严重的问题，有效地提高了消能率；减小了下游河道岸边防护工程量和工程投资，获得了良好的经济效益，也为类似泄水建筑物的消能设计提供了设计思路及参考，具有借鉴意义。
附图说明
图1为本实用新型水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构的平面示意图。
图2为本实用新型图1的剖面图。
图3为本实用新型的流速分布矢量图。
图中：
1—泄洪洞；
2—混凝土护坦；
3—潜没式台阶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
如图1-3所示，本实用新型的水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构，包括岸边采取挑流消能方式消能的泄洪洞1、其出口的混凝土护坦2、护坦下游侧顺下泄水流方向依次增高的混凝土潜没式台阶3。下泄水流与各级台阶3碰撞，台阶起到导向、水流扩散及碰撞消能的作用。
所述潜没式台阶3位于混凝土护坦2下游侧，其顶高程位于下泄水流水面线以下。
所述潜没式台阶3每级高度与泄洪洞断面出口高度之比为1/5～1/9，且每级台阶高度为1.5～3m。
所述潜没式台阶3的台阶数量，依据下泄水流能量程度，以2～4级为宜。台阶级数过多则消能率提高的程度减弱、经济性差。设置台阶后大流量或下游水位较低时水流横向扩散作用明显。
所述泄洪消能结构中下泄水流的单宽流量较大，为150～210m3/s，弗汝德数为1～2，流速为15～25m/s。
具体地说，通过泄洪洞1挑流消能后下泄的水流，进入混凝土护坦2及其下游侧顺下泄水流方向依次增高的混凝土潜没式台阶3范围，下泄水流与各级台阶3碰撞，台阶起到导向、水流扩散及碰撞消能的作用。如果不设置潜没式台阶3进行辅助消能，则下泄水流落点较为集中，对下游河床的冲刷程度较为严重，而导致防护量增加。
由于本实用新型将下泄水流能量进行了分散，从而有效地提高了消能率，缓解了下游冲刷较为严重的问题。大流量或下游水位较低时水流横向扩散作用明显，效果更佳。
下面结合具体实施例进行详细说明：
某大（2）型水电站工程，最大泄洪水头36m。工程布置有岸边溢洪道及泄洪洞，通过泄洪洞挑流消能下泄的流量校核洪水时为2170m3/s、设计洪水时流量为2087m3/s，汛期运行限制水位为1896m3/s。
泄洪洞宽度为10m，随下泄流量的变化，洞内水流单宽流量较大，最大单宽流量达217m3/s；下泄水流弗汝德数较低，为1～2左右，流速为15～25m/s。泄洪洞出口挑坎顶高程2087.50m，下游河道尾水水深整体较浅，水深变幅较大，为4.39～20.31m，最低尾水位2081.39m。泄洪洞采用常规的挑流消能措施，存在的主要问题是消能不充分，水流过于集中，且与下游河道水流衔接不佳，下游河床的冲刷程度较为严重，防护量较大。
利用本工程泄洪洞下游侧地基岩性较好的条件，设计了混凝土潜没式台阶做为挑流消能的辅助措施，以分散下泄水流能量、进一步提高消能率，从而减小对下游河床的冲刷及减少防护量。
如图1-2所示，泄洪洞1采用挑流消能，其出口处设置混凝土护坦2在护坦下游侧设置了潜没式台阶状导向消能工做为辅助消能措施，下泄水流在混凝土护坦2及依次增高的混凝土潜没式台阶3上进行辅助消能。潜没式台阶的功能一是将泄洪洞出流导向河床方向并形成横向扩散，二是使水流挑向下游河道，水流表面形成面流消能态势，三是水流与台阶进行碰撞消能。泄洪洞出口采用台阶导向消能体型后，消能体导向、扩散作用明显，对于减轻下游河道冲刷起到了较好效果。
如图3所示，泄洪洞采用上述辅助消能型式后，在校核洪水工况下，泄洪洞出口台阶消能体第一道台阶顶部流速V=17.27m/s，第二道台阶顶部流速V=14.41m/s，其后递减。
设计洪水位工况下，下游河道冲刷范围较校核洪水位时减小。仅采用挑流消能时，泄洪洞后冲坑底高程为2053.5m，相对冲刷深度26.5m，且存在一较大范围的淤积体；设置潜没式台阶辅助消能措施后，冲坑底部高程为2071.4m，相对冲刷深度8.6m，淤积范围明显减小，说明设置潜没式台阶作用显著。
各运行工况下游河道尾水衔接流态较好，下游河道左岸一侧回流区范围减小，回流强度减弱，校核洪水位工况下，泄洪洞后冲坑底部高程为2067.0m，相对冲刷深度13.0m；50年一遇以下常遇洪水工况，冲坑深度不超过10m。
本工程由于采用了本实用新型所述的辅助消能工结构型式，较好的解决了中低水头、大流量、低弗汝德数、下游水流连接不佳而使下游冲刷较为严重的问题，不仅提高了消能率，也有效地减少了对下游河床的冲刷，从而减小了工程量和工程投资，获得了良好的经济效益。
以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍会在本实用新型的专利范围内。
Claims (3)
1.一种水利水电工程中的泄洪洞出口辅助消能结构，包括布置于岸边采取挑流消能方式消能的泄洪洞（1）和设置在泄洪洞出口的混凝土护坦（2），其特征在于，在混凝土护坦（2）下游侧顺下泄水流方向设置有依次增高的混凝土潜没式台阶（3），所述下泄水流的单宽流量为150～210m3/s；弗汝德数为1～2；下泄水流流速为15～25m/s。
2.根据权利要求1所述的水利水电工程的泄洪洞出口辅助消能结构，其特征在于，潜没式台阶顶高程位于下泄水流水面线以下，每级台阶高度与泄洪洞断面出口高度之比为1/5～1/9，每级台阶高度为1.5～3m。
3.根据权利要求1或2所述的水利水电工程的泄洪洞出口辅助消能结构，其特征在于，台阶数量为2～4级。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104674773A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-03 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种反台阶消力池整流消能方法及消力池 |
| CN105887775A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-24 | 国网新疆电力公司疆南供电公司 | 消能凸棱式泄洪装置 |
| CN106120674A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-11-16 | 李康 | 一种改进的水库泄洪装置及其泄洪方法 |
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2013
- 2013-10-14 CN CN201320632667.4U patent/CN203654245U/zh not_active Expired - Lifetime
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