一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法。該方法是將重力壩下游壩面從某一位置截斷，從壩面截斷處向內(nèi)凹陷的，隨之壩址橫向內(nèi)縮，并將原本下游消力池轉(zhuǎn)化為水墊塘。重力壩表孔泄洪跌射流消能方法能使水流傾斜著以較大角度跌射進(jìn)入下游水墊塘內(nèi)，形成強(qiáng)剪切消能，然后水流在此區(qū)通過強(qiáng)紊動進(jìn)一步消能，提高了消能效果，并能夠降低重力壩施工成本。
【專利說明】一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利水電工程中重力壩泄洪消能領(lǐng)域，具體涉及一種重力壩表孔泄洪 跌射流消能方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水利水電工程中，經(jīng)泄水建筑物下泄的水流帶有較大的能量，為了避免水流的能 量對建筑物和下游造成較大的影響，常常在泄水建筑物末端采用消力池形成水躍消能，或 者采用挑流的方式將水流挑到下游一定的位置，利用下游水體與挑射水流之間的強(qiáng)剪切作 用來消能，但具體采用哪種方式來消能，一般與壩型有關(guān)。重力壩、拱壩和土石壩屬于三種 很重要的常用壩型，其泄洪消能方式與有較大差異，一般來說，重力壩的建筑材料是混凝 土，常常采用壩身泄洪，在壩后修建消力池，采用水躍的方式來消能。
[0003] 隨著大壩高度的增加，下泄水流的速度也迅速增加，剩余能量也就相應(yīng)增加，為了 避免剩余能量對下游的沖刷破壞，常常需將消力池修建得非常大，并且在消力池尾坎后還 要修建一段護(hù)坦來保護(hù)河床。為了盡可能減小消力池長度及其下游的工程造價，寬尾墩在 重力壩表孔中得到廣泛應(yīng)用，寬尾墩的作用原理是，將表孔水流沿縱向拉伸，從而一部分水 流從空中跌入下游消力池內(nèi)，一部分水流仍貼著壩面進(jìn)入消力池內(nèi)形成水躍消能，由于在 消力池首部，跌落水流會對貼壁水流造成沖擊作用，因此可以使此區(qū)域的水流更加紊亂，從 而增加能量的消耗。
[0004] 但是，隨著大壩高度的增加，被寬尾墩拉伸的水流在空中的運(yùn)動過程中會出現(xiàn)集 中現(xiàn)象，這主要是由于，寬尾墩出口處的水流速度下大上小，因此，當(dāng)空中運(yùn)動距離較大后， 不同位置出射的水流運(yùn)動軌跡會相交，從而導(dǎo)致水流拉伸后又再次集中，而水流集中后，對 消力池首部的沖擊作用會大大增加，而過大的沖擊壓力會使底板產(chǎn)生破壞，另外，水流集中 后，消能效果也會變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的之一在于提供一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，本消能方法能形 成自由跌射水流，傾斜著以較大角度進(jìn)入下游水墊塘內(nèi)消能，提高了消能效果，并能夠降低 重力壩施工成本。
[0006] 本發(fā)明提供的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，是將重力壩下游壩面截斷， 形成縱向截斷面。
[0007] 進(jìn)一步的，將所述重力壩下游壩面從截斷處向內(nèi)凹陷，隨之壩址橫向內(nèi)縮。
[0008] 進(jìn)一步的，將原本下游消力池轉(zhuǎn)化為水墊塘。
[0009] 進(jìn)一步的，所述重力壩截斷面高程Z2可根據(jù)壩頂高程為Z1計算得出，即 Z2 =Z1 ，其中V為空蝕空化控制流速。 2g
[0010] 進(jìn)一步的，跌射水流出射后橫向運(yùn)動距離L可根據(jù)下游壩面出口傾角Θ求得，即 L=Vtcosθ，其中V為空蝕空化控制流速，t為水體從下游壩面截斷處流到下游水墊塘所 用時間，所述出口傾角Θ為下游壩面與水平面的夾角。
[0011] 進(jìn)一步的，所述跌射水流出射后橫向運(yùn)動距離L與壩趾橫向內(nèi)縮長度a的和大于 1. 5倍下游水深Z3。
[0012] 進(jìn)一步的，將上游壩面設(shè)計為向上游傾斜的曲面，同時增大上游壩踵位置的重量。
[0013] 進(jìn)一步的，將所述重力壩下游壩面的曲線增胖。
[0014] 本發(fā)明的有益效果為，重力壩表孔泄洪跌射流消能方法能使水流傾斜著以較大角 度跌射進(jìn)入下游水墊塘內(nèi)，形成強(qiáng)剪切消能，然后水流在此區(qū)通過強(qiáng)紊動進(jìn)一步消能，提高 了消能效果，并能夠降低重力壩施工成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1所示為本發(fā)明表孔泄洪跌射流消能重力壩結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2所示為本發(fā)明表孔泄洪跌射流消能重力壩各項參數(shù)示意圖。
[0017] 圖3所示為本發(fā)明表孔泄洪跌射流消能重力壩增寬后結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下文將結(jié)合具體實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中描述的技 術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的 技術(shù)效果。
[0019] 本發(fā)明的消能方法采用如圖1所示的表孔泄洪跌射流消能重力壩，該重力壩下游 壩面2從某一位置截斷，從壩面截斷處向內(nèi)凹陷的，隨之壩址5橫向內(nèi)縮，并將原本下游消 力池轉(zhuǎn)化為水墊塘。
[0020] 使沿著下游壩面2下泄的水流形態(tài)從原本的貼壁行進(jìn)水流轉(zhuǎn)換成跌射水流，原本 下游消力池轉(zhuǎn)化為如拱壩挑射水流消能形式的水墊塘6,跌射水流在進(jìn)入水墊塘6時形成 強(qiáng)剪切消能，大量能量在此得到耗散，在射流入水點(diǎn)四周形成旋滾，此區(qū)水流紊動劇烈，水 流在此區(qū)通過強(qiáng)紊動進(jìn)一步消能。
[0021] 采用本消能方法使水流進(jìn)入消力池的方式與原來存在很大的差異。原來水流基本 水平的進(jìn)入消力池，較大的水流速度會將水流推向下游，而采用跌射流技術(shù)后，水流近乎垂 直的進(jìn)入消力池，因此消力池長度可以大大縮短，降低重力壩施工成本。
[0022] 常規(guī)壩面表孔下泄的水流到達(dá)下游壩面一定位置后流速變得很高，特別是一些高 水頭重力壩，壩面流速有時可達(dá)到40m/s以上，此時過流壩面存在空蝕破壞的危險，而采用 表孔跌射流消能方法，使可在壩面存在空蝕可能的位置之前，使得高流速水體臨空，此后水 流脫離壩面，形成空中自由跌射水流，有效避免了壩身可能出現(xiàn)的空蝕破壞。
[0023] 為保證所有下泄的水流都形成跌射的形態(tài)，從下游壩面2截斷處向內(nèi)凹陷，形成 凹角，隨之壩址5橫向內(nèi)縮，使壩趾5遠(yuǎn)離跌射水流入水區(qū)域，這樣的布置形式有利于避免 下泄強(qiáng)紊動水體掏刷壩趾位置5。
[0024] 下面結(jié)合圖2的各項參數(shù)，詳細(xì)介紹重力壩下游截斷面3高程Z2選取原則： V2
[0025] 截斷面3高程Z2可根據(jù)壩頂1的高程Z1計算得出，即忑=Z1 -$，其中V為空蝕 空化控制流速。
[0026] 跌射水流出射后橫向運(yùn)動距離L可根據(jù)下游壩面2出口傾角Θ求得，即L=Vt cosΘ，其中t為水體從下游壩面2截斷處流到下游水墊塘6所用時間，出口傾角Θ為下游 壩面2與水平面的夾角，其角度選取以40°到60°為宜。
[0027] 跌射水流出射后橫向運(yùn)動距離L與壩趾5橫向內(nèi)縮長度a的和大于1. 5倍下游水 深Z3,即L+a>l. 5Z3。
[0028] 從重力壩壩身穩(wěn)定考慮，由于本發(fā)明將下游壩面2截斷以形成跌射的水流形態(tài)， 故自身重量有所減小，這對大壩的穩(wěn)定有一定不利影響。所以可將上游堅直壩面改為適當(dāng) 向上游傾斜，適量增大上游壩踵位置4的重量，并利用傾斜面以上水體的壓重來增加壩身 的穩(wěn)定，同時，還可以將重力壩下游壩面2的曲線適當(dāng)增胖來增加壩身體積來增加其穩(wěn)定 性，修改后的表孔泄洪跌射流消能重力壩如圖3所示（圖中虛線為改進(jìn)前壩身體型）。
[0029] 本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進(jìn)行改變。上述實施例只是示例性的，不 應(yīng)以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，將重力壩下游壩面截斷，形成縱 向截斷面。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，將所述重 力壩下游壩面從截斷處向內(nèi)凹陷，隨之壩址橫向內(nèi)縮。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，將原本下 游消力池轉(zhuǎn)化為水墊塘。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，所述重力 壩截斷面高程Z2可根據(jù)壩頂高程為Zi計算得出，S卩
，其中V為空蝕空化控制流 速。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，跌射水流 出射后橫向運(yùn)動距離L可根據(jù)下游壩面出口傾角0求得，即L=Vtc〇S0，其中V為空蝕空 化控制流速，t為水體從下游壩面截斷處流到下游水墊塘所用時間，所述出口傾角0為下 游壩面與水平面的夾角。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，所述跌射 水流出射后橫向運(yùn)動距離L與壩趾橫向內(nèi)縮長度a的和大于1. 5倍下游水深Z3。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，將上游壩 面設(shè)計為向上游傾斜的曲面，同時增大上游壩踵位置的重量。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種重力壩表孔泄洪跌射流消能方法，其特征在于，將所述重 力壩下游壩面的曲線增胖。
【文檔編號】E02B7/10GK104404928SQ201410746369
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】鄧軍, 許唯臨, 田忠, 張法星, 劉善均, 張建民, 曲景學(xué), 劉 文, 周茂林, 王韋 申請人:四川大學(xué)