溢洪道低堰进口翼墙

摘要

本发明涉及一种新型溢洪道低堰进口翼墙体形,它由短直墙1、曲线段内凸弧面墙2和后直墙3三部分组成,其中短直墙位于翼墙头部,它的末端与弧面墙始端连接,弧面墙末端与后直墙平顺衔接。该翼墙体形具有在不同库水位泄量时能以自身调节翼墙段流态功能。

说明书

本发明内容属于水利工程技术领域，涉及一种具有调节溢洪道低堰进口水流流态功能的溢洪道进口翼墙。

溢洪道低堰进口在不具备设置长引渠条件下，为了使进流平顺归槽，低堰两侧设置一定长度的翼墙是十分必要的。但目前国内外对翼墙体形特别是翼墙墙面曲线尚未有成熟的研究，工程所采用的翼墙体形一般只能根据该工程进口边界条件，依赖于水工模型试验并经过多方案的试探摸索得出。这种方式由于缺乏理论指导，试验中带有一定的盲目性，往往花费了大量的时间、经费和人力却还不能得到满意的结果，而有的试验方案虽能满足某一水位时流量，但在其它水位流量时却并不能适应，因此就整个学科而言，仍然未能获得一个真正解决的方案。

翼墙墙面曲线只所以迄今尚未有成熟的可供设计的计算方法，归因于目前在翼墙体形的实际设计方面一直困绕本领域技术人员的一些难点问题，其主要表现在：由于进入翼墙的水流在墙头内侧必然形成局部绕流，若翼墙头部之曲率设计不合适，就会在头部内侧形成脱壁性绕流，其流态特征是沿翼墙墙面水面形成突然降低又以很陡水面横向比降回升再逐渐与中部水面过渡的恶劣流态，绕流进入翼墙段的回转水流冲在翼墙面上后形成强冲击波，而两侧翼墙的冲击波交错地向下游传播，既造成堰顶水深分布不均匀而减小泄流能力，又恶化了整个溢洪道流态；另外，水流在翼墙头绕流，其流线轨迹随着进流量的不同而不同，这也就出现了以往的按某一流量试验得出的翼墙曲线形式可能对此流量和水深时基本适应，而对其它流量和水深时就不适应的情况。从学科上讲，翼墙段水流是由库水位到急变流又转向渐变流的二个过渡问题，而如何设计翼墙体形使之能在不同泄量时平顺的实现这种过渡，正是本领域技术人员尚待解决的难点问题。

一个理想的翼墙体形大体应具备以下条件，即：(一)、翼墙头部水流绕流不产生分离壁面的脱壁绕流和由此形成的折冲波，以免恶化溢洪道进口及泄水道内流态，降低低堰泄流能力；(二)、在不同库水位泄流时，翼墙具有较好的自我调节能力，流态保持较佳状态；(三)、翼墙头部宜在流速小的区域平顺绕流，翼墙长度考虑到工程量适宜，但不宜过短，对于混凝土溢流坝和重力坝表孔翼墙长度应不超过规范对悬臂的要求来确定。

本发明的目的在于根据翼墙体形所应具备的上述条件，解决翼墙体形实际设计中的难点问题，进而研究设计出一种具有的溢洪道低堰进口翼墙。

附图为本发明所述溢洪道低堰进口翼墙单侧墙体的俯视结构示意图。

如附图所示，这种新型翼墙体形由短直墙1、曲线段内凸弧面墙2和后直墙3三部分组成，其中短直墙1位于翼墙头部，它的末端与弧面墙2始端连接，弧面墙2末端与后直墙3平顺衔接。在实际设计中，翼墙体形各组成部分段的尺寸可由以下计算公式确定：

短直墙长度      L₁＝0.0828B

弧面墙曲线方程  X＝0.3183B[1.238-(1-cosθ)tgθ]

                Y＝0.3183B(cosθ-0.423)

后直墙长度      L₂＝0.394B式中：B为低堰宽或进水口宽；X轴方向平行于溢洪道中线，向上游为正方向；Y轴方向垂直于溢洪道中线，向外侧为正方向；θ为弧面墙曲线段曲线计算点与Y轴的交角(锐角)。

本发明设计者设计这种新型翼墙体形的主导思路是在充分考虑到翼墙进口绕流的特性得出的。鉴于墙头孔口出流的侧收缩水边曲线能反映出无曲线直墙头部绕流曲线，对于明流矩形缺口泄流，其收缩水边曲线随泄量的变化略有变化，这也正是以往试验中所遇到的满足某一流量时流态平顺要求的曲线边墙在对其它流量时流态并不理想的问题所在。本发明设计者在考虑翼墙体形时，充分注意到上述现象，故将翼墙头部设计为方头短直墙，保持孔口出流边界条件；短直墙1末端接向内侧凸起的曲线段弧面墙2，目的是使头部绕流水流脱开直墙和曲线段大部，逐渐地拟合于边墙曲线段末端，在水流边缘和曲线段边墙大部分区间造成被水体充满的“静水区”，对绕流水边线而言形成“弹性边界”，这样在不同库水位泄量时它能起到调节绕流水边线流态作用，而弧面墙曲线段的作用正是为绕流收缩水边线配置拟合的边墙曲线，因此，弧面墙2的曲线和绕流水边线一样是孔口出流侧收缩水边线，它为两者曲率平顺衔接创造了条件；在本发明设计方案中，弧面墙曲线段后部曲率是逐渐增大的，曲线随之变缓，这样便于水边线十分圆滑地与边墙衔接，避免了折冲波产生；后直墙段长度是为衔接后水流留有一定的调整余地。以上设计思路既充分考虑到翼墙体形流态的自身调节功能，又充分考虑到翼墙衔接部位的流态过渡问题，可确保在不同泄量时翼墙段内始终处于最佳流态，水流平顺。而该翼墙体形的这种特有功能是以往其它翼墙体形所没有的，它成功地解决了翼墙体形实际设计中的难点问题，在学科上也提出了一种新的思路，因此本发明所述翼墙体形是理想的进口翼墙体形。

本发明技术解决方案的应用范围包括对滑雪式溢洪道低堰前翼墙、明流取水口翼墙、溢流坝表孔隔墩翼墙等的设计领域。