[发明专利]一种高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，涉及一种掺气槽设置方法，具体的说是一种高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法。

背景技术

泄水建筑物高速水流泄槽，从进口到出口因地形地质原因，或流态结构设计需要，变坡是一种常用坡度衔接的布置方式。如泄洪洞进口位置较高时，无论用龙抬头或龙落尾方式，均有一段由较缓底坡变为较陡底坡的现阶段，同样在溢洪道泄槽中，一坡到底较少，比较多的是由缓坡变为陡坡的设计方法。众所周知，掺气槽是高速水流减少空化空蚀的有效手段。通常泄槽底坡不变时，掺气槽只要通过掺气槽体形变化与优化达到通气足、空腔长、掺气浓度满足防止空化空蚀要求的效果，同时也能达到坎后泄槽流态平稳的目的。

对于由缓底坡变为陡底坡衔接段设置的掺气槽，除掺气槽体形要适应变坡的特点外，还需对变坡点区域内底板形状加以优化。变坡分为两种情况:一种变坡交点前后段均为直线，另一种变坡交点前段底板前为直线，交点之后底板为渥奇曲线或其他形状连接曲线。底坡变化点亦是曲率的畸变点，水流特别是高速水流流动时易发生脱离边壁现象而产生低压区或负压区，导致水流发生空化，以致空蚀。掺气槽作为防止空化空蚀的一种设施，也因为变坡掺气槽的体型相对常规体型要复杂些。

当前我国高坝水库大量建设，泄水建筑物的高速水流水力学问题是必然要有效解决的技术问题，同时亦要求措施易于实现以及便于施工和管理，在泄水建筑物中溢洪道、溢流坝及泄水隧洞中，高速水流空化空蚀，就是这类严重的需有效解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提出一种高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法，体型简单，易施工，空腔大，掺气足，挑坎段泄槽流态好。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法，该高速水流泄槽底坡包括位于上游的前直线坡和位于下游的后直线坡，且前直线坡高于后直线坡并形成由缓变陡的结构，前直线坡的长度i1小于后直线坡的长度i2，前直线坡末端接有挑坎；

当前直线坡与后直线坡的延长线夹角α≥150°时，后直线坡顶端通过一段水平线或斜向上的折线交于挑坎的末端向下的垂线形成位于挑坎末端与后直线坡顶端之间的掺气槽；

当前直线坡与后直线坡的延长线夹角α＜150°时，后直线坡顶端先通过一段斜向上的曲线连接一段水平线或斜向上的折线，然后水平线或斜向上的折线交于挑坎的末端向下的垂线形成位于挑坎末端与后直线坡顶端之间的掺气槽；

掺气槽的槽深h2为挑坎末端与水平线或斜向上的折线之间的垂直距离，槽深h2为1～10m；

通过调整掺气槽上游前直线坡结束点和掺气槽下游后直线坡起始点相对高差和水平距离以及掺气槽的坎下槽底的形状，达到掺气空腔最长最大，掺气量最足，使挑坎下水流下缘水面线与掺气槽下游底坡交角最小，冲击下游底板作用弱化到最小；所述相对高差是5～10m，所述水平距离是30～50m。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法，其中曲线为抛物曲线，曲线表达式为：y=0.05x+0.00425x²，或曲线表达式：y=0.023x+0.0025x²；以水平线或斜向上的折线与抛物曲线的交点为原点，作水平线为横坐标x。

前述的高速水流泄槽底坡由缓变陡的掺气槽设置方法，其中挑坎的坎高h1为挑坎的末端至坡底的垂直距离，坎高h1为0.3～1.5m。

本发明的有益效果是：

本发明变底坡掺气体形及布置，体型简单，易施工，空腔大，掺气足，挑坎段泄槽流态好。本发明掺气槽的设置方法是解决高速水流空蚀空化有效可行的方法，而常规通用挑坎体形和布置方法适用于不变底坡的条件，而本发明适用于变坡掺气槽。

由于本发明不仅优化挑坎形状，保证坎下泄槽流态好，而且调整掺气槽上游坡结束点和掺气槽下游坡起始点相对高差和水平距离以及掺气槽的坎下槽底的坡度与形状，达到掺气空腔最长最大，掺气量最足，而且使挑坎下水流下缘水面线与掺气槽下游底坡交角最小，冲击下游底板作用弱化到最小。换言之，掺气槽下游底坡上没压力峰值，且脉动最小，同时又能确保坎下没有回溯水流，掺气槽后水流平稳。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1