采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构

摘要

本发明提供了一种采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构，包括：沿垂直方向由上至下依次设置的表孔和底孔，所述表孔包括设置在中间的宽墩和所述宽墩两侧的溢流表孔，所述底孔包括设置在所述表孔下方中间的泄洪底孔，并且所述泄洪底孔的出口位于所述两个溢流表孔的相连区域内。将溢流表孔和泄洪底孔通过垂直方向由上至下联合布置，在小泄量时，仅通过底孔开闸泄水；在大泄量时，通过同时开启溢流表孔和泄洪底孔泄洪，增大了消能率和流量系数。表底孔出挑水流空中碰撞，水舌横向扩散，能量耗散，对消力池冲击强度降低，挖深可相应减小；同时纵向挑距减小，消力池长度可相应减小。因此泄洪建筑物和消力池布置更紧凑，便于管理，节省工程投资。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中泄洪消能技术领域，具体涉及一种采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构。

背景技术

我国河流的中下游一般都修建有大量的中小型闸坝、溢流坝等一些水利水电工程，这些水利工程作为泄洪建筑为当地提供了大量的防洪、灌溉、引水效益。但是，这些工程往往会因为受到坝址的地形地质等的影响导致泄洪过流宽度受到限制。因此，泄洪过流建筑物的单宽流量就会相对较大，而这些水利工程一般来说水头较低，所以工程的消能防冲问题尤为凸显。这种大流量、低水头的中小型水利工程在国内外一般采用底流消能。底流消能主要是通过水跃来实现的，但是当来流弗氏数较小时，其消能率比较低，水流容易直接冲刷下游河岸，对下游岸坡稳定有较大影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构，通过挑流和底流消能相结合的方式，提高了消力池内消能率，能显著减小下泄水流对岸坡的冲刷作用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构，该泄洪结构包括：沿泄洪建筑的垂直方向由上至下依次设置的表孔泄洪单元和底孔泄洪单元，

其中，所述表孔泄洪单元包括设置在中间位置的宽墩和设置在所述宽墩两侧的两个溢流表孔，

所述底孔泄洪单元包括设置在所述表孔泄洪单元下方的泄洪底孔，并且所述泄洪底孔的出口位于所述两个溢流表孔的相连区域内。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述溢流表孔的溢流堰堰面曲线依次由克-奥非真空堰面曲线段、表孔直线段、反弧段以及表孔挑坎组成。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述泄洪底孔的泄洪路径由进口渐变段、底孔直线段、出口渐变段、出口明流段以及底孔挑坎组成。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述出口明流段低于所述表孔泄洪单元的溢流坝面预定距离，并且所述底孔挑坎呈扩散式结构。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述底孔挑坎的高程位置低于所述表孔挑坎从而形成差动式挑流鼻坎。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述宽墩的首部为椭圆形或半圆形。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述底孔泄洪单元的泄洪起始位置位于两个表孔的中间部位，其高程由实际工程决定。

较佳地，在该采用底孔与表孔联合泄洪消能的泄洪结构中，所述底孔泄洪单元的出口设置在所述表孔泄洪单元的溢流堰堰面的中下部位。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：将泄洪底孔和溢流表孔通过垂直方向由上至下联合布置，在泄洪流量小时，可以仅通过底孔进行泄流；在泄洪流量大时，通过溢流表孔和泄洪底孔同时进行泄流，增大了消能率和流量系数。表底孔出挑水流空中碰撞，水舌横向扩散，能量耗散，对消力池冲击强度降低，挖深可相应减小；同时纵向挑距减小，消力池长度可相应减小。因此泄洪建筑物和消力池布置更紧凑，便于管理，节省工程投资。

附图说明

图1是本发明的实施例中泄洪建筑的立体图；

图2是本发明的实施例中泄洪建筑的上游立面图；

图3是本发明的实施例中泄洪建筑沿泄洪方向的剖面图。

其中，10—表孔泄洪单元 20—底孔泄洪单元 11—宽墩 12—溢流表孔 13—克-奥非真空堰面曲线 14—表孔直线段 15—反弧段 16—表孔挑坎 21—泄洪底孔 22—进口渐变段 23—底孔直线段 24—出口渐变段 25—出口明流段 26—底孔挑坎

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。

如附图1至3所示，本实施例公开了一种泄洪建筑，作为一种水利水电工程，用来进行泄洪消能，它具有采用底孔与表孔联合的泄洪结构，通过挑流和底流消能相结合的方式，提高了消力池内消能率，能显著减小下泄水流对岸坡的冲刷作用。

具体地，如图1和2所示，该泄洪结构包括：表孔泄洪单元10和底孔泄洪单元20，两者沿泄洪建筑的垂直方向由上至下依次设置，这样，便于在泄洪流量小时仅使用位于下方的底孔泄洪单元20进行泄洪消能；而当泄洪流量大时能够通过上方的表孔泄洪单元10和下方的底孔泄洪单元20同时进行泄洪消能。

如图1和3所示，表孔泄洪单元10包括：设置在泄洪建筑的中间位置的宽墩15和设置在宽墩11两侧的两个溢流表孔12，使得经过两个溢流表孔12泄洪的水流经过宽墩11后汇合在溢流坝面的中下部位。溢流表孔12的溢流堰堰面曲线依次由克-奥非真空堰面曲线段13、表孔直线段14、反弧段15以及表孔挑坎16组成，由表孔挑坎16将水流挑射入消力池中。这里，宽墩11的首部为椭圆形或半圆形。

具体如图1和3所示，底孔泄洪单元20包括设置在表孔泄洪单元10下方的泄洪底孔21，泄洪底孔21设置于宽墩11内部，泄洪底孔21的出口位于两个溢流表孔12的连通区域内，也就是泄洪底孔21的出口设置在溢流表孔12的溢流堰堰面上，具体为两个溢流表孔12在中下部相接的部位。泄洪底孔21由进口渐变段22、底孔直线段23、出口渐变段24、出口明流段25以及底孔挑坎26组成。其中，泄流底孔21整体的出口由泄流底孔21的体型要求控制，出口明流段24低于表孔泄洪单元10的溢流坝面预定距离，具体可以为1至2米。另外，如图1和2所示，底孔挑坎26呈扩散式结构，底孔挑坎26的高程位置低于表孔挑坎16，具体可以为1至2米，从而使整体形成差动式挑流鼻坎。

基于上述泄洪结构的泄洪建筑，可针对不同来流量进行消能。具体地，

当来流量小时，底孔泄流能力足够泄洪，只开启泄洪底孔进行泄流，水流通过泄流底孔，由扩散式挑坎挑流进入消力池进行消能，可以实现小流量挑流扩散消能。

当来流量较大时，底孔下泄能力不足，开启表孔进行联合泄洪，同时开启溢流表孔和泄洪底孔进行泄流，表孔下泄水流和底孔下泄水流在溢流坝面泄流底孔的出口处汇合，经差动式挑流鼻坎挑流进入消力池进行消能。在表孔挑坎和底孔挑坎形成的高低坎作用下，表孔泄流和底孔泄流在空中冲击扩散，进一步提高消能率。

另外，在本实施例的泄洪结构中，将泄洪底孔出口布置在溢流堰堰面，省去了布置底孔消能的设施，不止节省了大量的工程投资，适用于某些河道狭窄、不适合在下游布置大体形消能工的工程。经过实验验证，该泄洪结构过流能力强、消能率高、水流稳定、对下游河床冲刷不大、不影响坝体的抗滑稳定要求，很好的发挥了挑流消能的优点。

本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。