[发明专利]一种高水头船闸分散输水系统

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程中消减通航船闸闸室内水流能量的技术领域，具体是一种高水头船闸分散输水系统。

背景技术

船闸是设置在通航河流上帮助船只克服因筑坝引起的水位差的通航建筑物。其原理是通过埋设在闸室两侧或底部的输水系统控制闸室内的水位在上下游水位之间升降，完成闸室充水或泄水过程，在这个过程中闸室内的船只随水位上升或下降，达到克服水位差的目的。

在船闸充水过程中，上游高位置水体通过输水系统进入闸室，水体所具有的势能部分转变为动能进入闸室，若进入闸室内的水体能量过大，或耗散不良，则运动的水体会产生过大的翻滚和紊动，危害闸室内停泊的过闸船舶安全。

随着船闸设计水头的不断提高，进入闸室的水流能量也越来越大，为了更好的分散进入闸室的水流能量，闸室内输水系统变得越来越复杂，由低水头船闸集中输水系统变为中高水头船闸分散输水系统，由于分散式输水系统的水流是从较大范围内进入闸室，因而与集中输水系统相比，作用在船舶上的动水作用力（波浪力、流速力、局部力）都相对较小。

现有的型式众多的分散输水系统，其闸室内出水口型式分为两种，一种出水孔布置在出水廊道侧壁，称为侧向出水口；一种出水孔布置在出水廊道顶板上，称为顶部出水口。这两种出水口型式的出口水流消能设施均布置在出水孔外（顺充水水流向看）。其中侧向出水口采用明沟消能，所谓明沟为顶部没有盖板的开敞式消力池，水流由出水孔进入闸室内，首先通过水流在明沟内扩散生成大量漩涡及水流相互剧烈混掺及水流与明沟内设置的消力墩和消力梁等消能设施碰撞消减部分能量；而顶部出水口采用盖板消能，盖板设置在出水孔顶部，水流由出水孔进入闸室内，首先通过冲击盖板形成水流分散和生成漩涡消减部分能量。现在所有采用的输水系统闸室内出口型式，均采用的是出水孔外置消能设施，即水流出出水孔后在外部消能。

明沟消能的机理是，出孔口进入明沟的水流，因突扩生成大量的漩涡以及水流的相互剧烈掺混摩擦消能，水流同时还与明沟内消力墩、消力坎等消能设施碰撞消除部分能量；盖板消能的机理是，水流出出水孔后的突扩和消能盖板阻挡水流形成的水流分散和生成漩涡，水流在盖板空腔内碰撞、摩擦消除部分能量。

当出水孔在闸室平面上布置格局一定的情况下，出口水流消能效果取决于明沟或盖板型式，同时还与明沟或盖板的淹没深度有关。因工程量的控制，明沟或盖板的初始淹没深度不可能太大，而船闸空间有限，使得明沟尺度及盖板形成的空间有限，使得出口水流消能有限，消能后闸室内的剩余能量仍较大，表现为闸室内水流紊动及水面动荡较为激烈，从而使船舶受到不均衡的水流紊动及水面波动力。一般情况下，通过调整输水阀门运行方式、出水孔布置型式以及明沟或盖板体型可使闸室内船舶停泊条件满足要求，但对于水头极高、规模较大的船闸，仅靠上述措施很难满足要求。

大藤峡船闸为水头超过40m的单级船闸，采用四区段八分支廊道出水的输水系统，水流出出水孔后通过盖板消能。初步研究表明其输水最大流量在1000m³/s左右，超过三峡船闸600m³/s的最大运用流量，因而进入闸室的能量超过三峡船闸，初步研究发现其闸室内船舶系缆力最大值超过规范要求一倍，若对输水系统出水孔布置型式进行修改，则输水系统会过于复杂。因此需要一种结构相对简单而消能效果较好的输水系统型式，这对今后的高水头船闸设计意义重大。

前人进行过内消能工在高水头船闸输水系统中的应用研究，但研究的内消能工型式均布置在输水系统进口部位，如竖井式内消能工布置在输水阀门段后输水主廊道上。竖井式内消能工因水面开敞，水流在消能竖井内跌落时产生的水流掺气问题较难解决（掺气水流进入闸室影响闸室内船舶停泊安全）而未获推广应用。

发明内容

本发明提供一种高水头船闸分散输水系统，该系统在输水系统闸室内出口区域设置了内部和外部两套消能设施，能有效消减进入闸室的水流能量，提高闸室内船舶停泊安全，从而达到提高船闸设计水头的目的。

为实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种高水头船闸分散输水系统，包括船闸闸室、输水主廊道、分流口、输水支廊道、消力池、出水孔、消能盖板，输水支廊道的侧壁设有多个进入消力池的分流孔，消力池内设有消力墩、消力梁，消力池顶部设有多个进入船闸闸室内的出水孔，每个出水孔上部设有消能盖板。