CN212772230U - 一种堰坝 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种堰坝，属于水利工程技术领域，其包括设置在河床上的地基，地基上设有圆弧状的堰坝主体，堰坝主体包括朝向上游一侧的迎水面以及朝向下游一侧的背水面，堰坝主体的两端分别与河岸相连后截断河床，堰坝主体的背水面向上游一侧凹陷，沿着堰坝主体的顶部轮廓设置有用于通过河水的溢流堰面，溢流堰面包括靠近上游一侧的劣弧凸面、靠近下游一侧且与劣弧凸面相切的劣弧凹面，劣弧凸面开口向下，劣弧凹面开口向上，劣弧凸面与劣弧凹面在与河流横断面垂直的平面上的投影均为劣弧线。本申请具有拓宽普通堰坝泄洪宽度，多种消能措施叠加，减少下游的消能负担，降低下游的消能措施成本的效果。

Description

一种堰坝

技术领域

本申请涉及水利工程技术领域，尤其是涉及一种堰坝。

背景技术

堰坝，是人们根据对河流流水的不同需要而设置在河床上、并阻挡或导流的水利建筑，随着科技的发展，堰坝的结构也一直在不断的改进中。具体的说，堰是一种横越河川的障碍设施，其可以改变水流的特性，常用来引水进入灌溉圳道、防范洪水、量测流量及增加水深以利于通航等。坝是一种建筑在河川上的屏障，用来防止洪水泛滥，生产水力发电，或是储水以作饮食或灌溉，人们通常在河流上设置直线型或拱形的重力坝，其可以满足河道蓄水的基本功能，在洪水期也可以配合放水。

但是，直线型的堰坝结构的泄洪宽度常不能满足泄洪需求，容易导致过流能力不足，当河水较多并进行泄洪时，从整个堰坝上泄下的洪水会使得下游的消能措施负担大，最终使得下游的消能措施成本增高。

实用新型内容

为了拓宽普通通堰坝的泄洪宽度，减少下游的消能负担，降低下游的消能措施成本，本申请提供一种堰坝。

本申请提供的一种堰坝采用如下的技术方案：

一种堰坝，包括设置在河床上的地基，所述地基上设有圆弧状的堰坝主体，所述堰坝主体包括朝向上游一侧的迎水面以及朝向下游一侧的背水面，所述堰坝主体的两端分别与河岸相连并截断河床，所述堰坝主体的背水面向上游一侧凹陷，沿着所述堰坝主体的顶部轮廓设置有用于通过河水的溢流堰面，所述溢流堰面包括靠近上游一侧的劣弧凸面、靠近下游一侧且与所述劣弧凸面相切的劣弧凹面，所述劣弧凸面开口向下，劣弧凹面开口向上，所述劣弧凸面与劣弧凹面在与河流横断面垂直的平面上的投影均为劣弧线。

通过采用上述技术方案，堰坝主体朝向上游方向弯曲而不形成直线型，这相比于直线型的堰坝结构，延长了泄洪结构边缘的总长度，也就是拓宽了泄洪宽度，由此提高了过流河水的能力；并且，该凹陷的形状和方向，使得堰坝主体边缘侧流下的河水在横断河流的方向上具有相向的流速分量和水流冲击力分量，如此，当河水从堰坝上流下时，堰坝主体边缘侧流下的河水可以相互抵消在横断河流的方向上的水流流速和水流冲击力，仅留下水流冲击力在顺应河流方向上的分量，以及另一部分直接从堰坝主体中部流下的、在横断河流的方向上不具有分量的河水的流速和水流冲击力，下游的消能措施仅需针对剩下的、顺应河流方向的一部分水流流速和水流冲击力进行消能；

同时，该溢流堰面的劣弧凹面具有挑流消能的作用，可以将从劣弧凸面上泄下的水流抛向空中、以使得水流分别与劣弧凹面和空气发生摩擦、消耗一部分水流的冲击力，并且，被抛于空中的水流会掺入空气、形成多个散落的射流后没入下游河水中、以分散冲击的方式减小了水流对同一处河床在一瞬间的冲击强度，具有更加显著、良好的挑流消能效果，在整体上减少了泄洪水流流向下游的流速和水流冲击力，也由此，减少了下游整体的消能负担，缩短下游消能措施的建设长度，降低了下游消能措施的总成本。

优选的，所述堰坝主体的溢流堰面上间隔布置有用于枯水期行人过河的石质汀步，所述石质汀步的两端分别位于迎水面和背水面，所述石质汀步位于背水面的高度为所述堰坝主体的三分之一。

通过采用上述技术方案，石质汀步的设置可沟通两岸行人交通，使堰坝具有交通便民功能；石质汀步具有足够的高度可以避免堰坝在泄流时，流水漫过石质汀步的顶部，保持石质汀步顶部的干燥，如果有人在踩着石质汀步过河，安全性可以得到保障。

优选的，所述石质汀步位于迎水面的一端比位于背水面的一端窄,相邻的石质汀步之间形成从迎水面到背水面逐渐变窄的缝隙，相邻的石质汀步构成窄缝式鼻坎。

通过采用上述技术方案，石质汀步构成了窄缝式鼻坎，在堰坝主体的顶部由窄到宽的石质汀步将原本常规的二元薄层过堰水流改变成了三元窄而高的收缩射流沿坝面下泄，水流具有明显的三维特性，水流在经过窄缝式鼻坎的时候受到三方面的作用，一是在重力作用下水流在下行的溢流堰面内急速扩散，二是受到劣弧凹面的挑流作用，它使水流在横向沿程收缩，三是在侧向压力梯度作用下，水流在横向沿程扩散，形成窄而厚的射流，水流先收缩后由于受到的侧向挤压力增大开始扩散，从石质汀步背水面流出时形成出射角比较大的射流，石质汀步的背水面一端的出流具有下述特点：三面接触空气，水流与空气的接触面积大大增加，且两个侧面的水流都是紊流，水流的掺气量随之增加，有利于堰坝主体背水面的防蚀，石质汀步背水面一端大面积的无水区域可降低对施工平整度的要求，相邻窄缝式鼻坎流出的射流相互碰撞使得水流动能损失增加，空中消能率大幅度提高。

优选的，在所述堰坝主体下游紧临所述背水面一侧以阶梯状设置有多层级的跌水，所述跌水分层设置在不同高度上，同一高度上的跌水沿着所述堰坝主体截断河床的延伸方向连续设置。

通过采用上述技术方案，多层级的跌水对水流的冲击力进行叠加消能，多级跌水顺次而下，可形成落差变化多样的人工瀑布。

优选的，所述跌水包括跌水壁和跌水塘，靠近所述堰坝主体的跌水为位于第一层级的跌水，第一层级的跌水的跌水壁与堰坝主体围成了第一层级的跌水塘，上一层级的跌水壁和紧临的下一层级的跌水壁围成了下一层级的跌水塘。

通过采用上述技术方案，设置多级跌水消能塘，跌水塘的平面形状可以按照设计意图自由变化组合，造型丰富多样，进一步解决了堰坝下游的消能防冲问题，从而可取得较好的综合效益。

优选的，各级所述跌水塘内设置有水生植物和景观置石。

通过采用上述技术方案，营造了多层级的景观跌水，通过在跌水塘中种植不同类型的水生植物，在跌水墙顶上布置景观置石，使跌水形成的人工瀑布更具自然的形态，从而提高了堰坝的平面以及立面的景观效果，提升了堰坝整体景观层次。

优选的，所述堰坝主体的迎水面上设置有上游防冲槽。

通过采用上述技术方案，堰坝主体的迎水面常年受水冲刷，上游防冲槽对堰坝主体的迎水面有一个加固的作用，也提高了迎水面一侧的抗渗漏性。

优选的，所述多层级的跌水下游还设有消力池。

通过采用上述技术方案，通过消力池消除从多层级跌水流下的水流的多余能量，减少下游河道的冲刷，对河床及岸坡起到了保护作用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请提供的一种堰坝拓宽了普通堰坝的泄洪宽度，减少了下游的消能负担，降低了下游的消能措施成本；

2.在溢流堰面上将两种消能方式相结合，流水在经过窄缝式鼻坎时，变为挑流并受到侧向挤压力，从堰坝主体的背水面流出时形成出射角比较大的射流，相邻窄缝式鼻坎流出的射流相互碰撞使得水流动能损失增加，消能效果大幅度提高。

附图说明

图1是本申请堰坝主体的结构示意图；

图2是本申请的一种堰坝的结构示意图；

图3是图2的A部放大图。

附图标记说明，1、堰坝主体；11、迎水面；12、背水面；2、溢流堰面；21、劣弧凸面；22、劣弧凹面；3、石质汀步；4、窄缝式鼻坎；5、跌水；51、跌水壁；52、跌水塘；6、消力池；7、河岸；8、上游防冲槽。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

实施例：

参照图1，本申请实施例公开一种堰坝，根据河势在河床上建立砂卵砾石地基，并在地基上设有圆弧状的堰坝主体1，堰坝主体1采用埋石砼，堰坝主体1包括朝向上游一侧的迎水面11以及朝向下游一侧的背水面12。

参照图1、图2，堰坝主体1的两端分别与河岸7相连并截断河床，堰坝主体1的背水面12向上游一侧凹陷，沿着堰坝主体1的顶部轮廓设置有用于通过河水的溢流堰面2，溢流堰面2包括靠近上游一侧的劣弧凸面21、靠近下游一侧且与劣弧凸面21相切的劣弧凹面22，劣弧凸面21开口向下，劣弧凹面22开口向上，劣弧凸面21与劣弧凹面22在与河流横断面垂直的平面上的投影均为劣弧线。

堰坝主体1朝向上游方向弯曲而不形成直线型，这相比于直线型的堰坝结构，延长了泄洪结构边缘的总长度，也就是拓宽了泄洪宽度，由此提高了过流河水的能力；并且，该凹陷的形状和方向，使得堰坝主体1边缘侧流下的河水在横断河流的方向上具有相向的流速分量和水流冲击力分量，如此，当河水从堰坝上流下时，堰坝主体1边缘侧流下的河水可以相互抵消在横断河流的方向上的水流流速和水流冲击力，仅留下水流冲击力在顺应河流方向上的分量，以及另一部分直接从堰坝主体1中部流下的、在横断河流的方向上不具有分量的河水的流速和水流冲击力，下游的消能措施仅需针对剩下的、顺应河流方向的一部分水流流速和水流冲击力进行消能。

同时，当堰坝主体1迎水面11一侧的水面高度漫过溢流堰面2的劣弧凸面21时，沿着劣弧凸面21与劣弧凹面22相切处顺流而下，开口向上的劣弧凹面22使得水流经过时，有一个挑流消能的作用，可以将从劣弧凸面21上泄下的水流抛向空中、以使得水流分别与劣弧凹面22和空气发生摩擦、消耗一部分水流的冲击力，并且，被抛于空中的水流会掺入空气、形成多个散落的射流后没入下游河水中、以分散冲击的方式减小了水流对同一处河床在一瞬间的冲击强度，具有更加显著、良好的挑流消能效果，在整体上减少了泄洪水流流向下游的流速和水流冲击力，也由此，减少了下游整体的消能负担，缩短下游消能措施的建设长度，降低了下游消能措施的总成本。

堰坝主体1的溢流堰面2上间隔布置有用于枯水期行人过河的石质汀步3，石质汀步3的两端分别位于迎水面11和背水面12，便于沟通两岸行人交通，使堰坝具有交通便民功能；石质汀步3位于背水面12的高度为堰坝主体1的三分之一，石质汀步3具有足够的高度可以避免堰坝在泄流时，流水漫过石质汀步3的顶部，保持石质汀步3顶部的干燥，如果有人在踩着石质汀步3过河，安全性可以得到保障。

参照图2、图3，石质汀步3位于迎水面11的一端比位于背水面12的一端窄,相邻的石质汀步3之间形成从迎水面11到背水面12逐渐变窄的缝隙，相邻的石质汀步3构成窄缝式鼻坎4，在堰坝主体1的顶部由窄到宽的石质汀步3将原本常规的二元薄层过堰水流改变成了三元窄而高的收缩射流沿坝面下泄，水流具有明显的三维特性，水流在经过窄缝式鼻坎4的时候受到三方面的作用，一是在重力作用下水流在下行的溢流堰面2内急速扩散，二是受到劣弧凹面22的挑流作用，它使水流在横向沿程收缩，三是在侧向压力梯度作用下，水流在横向沿程扩散，形成窄而厚的射流，水流先收缩后由于受到的侧向挤压力增大开始扩散，从石质汀步3背水面12流出时形成出射角比较大的射流，石质汀步3的背水面12一端的出流具有下述特点：三面接触空气，水流与空气的接触面积大大增加，且两个侧面的水流都是紊流，水流的掺气量随之增加，有利于堰坝主体1背水面12的防蚀，石质汀步3背水面12一端大面积的无水区域可降低对施工平整度的要求，相邻窄缝式鼻坎4流出的射流相互碰撞使得水流动能损失增加，空中消能率大幅度提高。

参照图1、图2，在堰坝主体1下游紧临背水面12一侧以阶梯状设置有多层级的跌水5，对水流的冲击力进行叠加消能，跌水5分层设置在不同高度上，同一高度上的跌水5沿着堰坝主体1截断河床的延伸方向连续设置，水流从多层级的跌水5顺次而下，可形成落差变化多样的人工瀑布。

跌水5包括跌水壁51和跌水塘52，靠近堰坝主体1的跌水5为位于第一层级的跌水5，第一层级的跌水5的跌水壁51与堰坝主体1围成了第一层级的跌水塘52，上一层级的跌水壁51和紧临的下一层级的跌水壁51围成了下一层级的跌水塘52。设置多级跌水5消能塘，跌水塘52的平面形状可以按照设计意图自由变化组合，造型丰富多样，进一步解决了堰坝下游的消能防冲问题，从而可取得较好的综合效益。

为了营造多层级的景观跌水5，通过在跌水塘52中种植不同类型的水生植物，在跌水壁51顶上布置景观置石，使跌水5形成的人工瀑布更具自然的形态，从而提高了堰坝的平面以及立面的景观效果，提升了堰坝整体景观层次。

堰坝主体1的迎水面11上设置有上游防冲槽8，堰坝主体1的迎水面11常年受水冲刷，上游防冲槽8对堰坝主体1的迎水面11有一个加固的作用。

多层级的跌水5下游还设有池深1.0m的消力池6，池底采用厚度为80cm的钢筋混凝土铺设而成，通过消力池6消除从多层级跌水5流下的水流的多余能量，减少下游河道的冲刷，对河床及岸坡起到了保护作用。

本申请实施例的实施原理为：河道位于堰坝主体1迎水面11一侧的高度超过溢流堰面2劣弧凸面21的最高处时，水流从劣弧凸面21上向劣弧凹面22流并形成挑流，在挑流的形成过程中水流还会受到石质汀步3的挤压，再从窄缝式鼻坎4位于背水面12一侧形成收缩射流流下，再经跌水5层层下流，紧接着通过消力池6消除从多层级跌水5流下的水流的多余能量，减少对下游河道的冲刷。

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

Claims (8)

1.一种堰坝，包括设置在河床上的地基，其特征在于：所述地基上设有圆弧状的堰坝主体（1），所述堰坝主体（1）包括朝向上游一侧的迎水面（11）以及朝向下游一侧的背水面（12），所述堰坝主体（1）的两端分别与河岸（7）相连并截断河床，所述堰坝主体（1）的背水面（12）向上游一侧凹陷，沿着所述堰坝主体（1）的顶部轮廓设置有用于通过河水的溢流堰面（2），所述溢流堰面（2）包括靠近上游一侧的劣弧凸面（21）、靠近下游一侧且与所述劣弧凸面（21）相切的劣弧凹面（22），所述劣弧凸面（21）开口向下，劣弧凹面（22）开口向上，所述劣弧凸面（21）与劣弧凹面（22）在与河流横断面垂直的平面上的投影均为劣弧线。

2.根据权利要求1所述的一种堰坝，其特征在于：所述堰坝主体（1）的溢流堰面（2）上间隔布置有用于枯水期行人过河的石质汀步（3），所述石质汀步（3）的两端分别位于迎水面（11）和背水面（12），所述石质汀步（3）位于背水面（12）的高度为所述堰坝主体（1）的三分之一。

3.根据权利要求2所述的一种堰坝，其特征在于：所述石质汀步（3）位于迎水面（11）的一端比位于背水面（12）的一端窄，相邻的石质汀步（3）之间形成从迎水面（11）到背水面（12）逐渐变窄的缝隙，相邻的石质汀步（3）构成窄缝式鼻坎（4）。

4.根据权利要求1所述的一种堰坝，其特征在于：在所述堰坝主体（1）下游紧临所述背水面（12）一侧以阶梯状设置有多层级的跌水（5），所述跌水（5）分层设置在不同高度上，同一高度上的跌水（5）沿着所述堰坝主体（1）截断河床的延伸方向连续设置。

5.根据权利要求4所述的一种堰坝，其特征在于：所述跌水（5）包括跌水壁（51）和跌水塘（52），靠近所述堰坝主体（1）的跌水（5）为位于第一层级的跌水（5），第一层级的跌水（5）的跌水壁（51）与堰坝主体（1）围成了第一层级的跌水塘（52），上一层级的跌水壁（51）和紧临的下一层级的跌水壁（51）围成了下一层级的跌水塘（52）。

6.根据权利要求5所述的一种堰坝，其特征在于：各级所述跌水塘（52）内设置有水生植物和景观置石。

7.根据权利要求1所述的一种堰坝，其特征在于：所述堰坝主体（1）的迎水面（11）上设置有上游防冲槽（8）。

8.根据权利要求4所述的一种堰坝，其特征在于：所述跌水（5）下游还设有消力池（6）。

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