[发明专利]分级入池的高坝泄洪底流消能工与消能方法有效
申请号: | 201410159036.4 | 申请日: | 2014-04-21 |
公开(公告)号: | CN103898882A | 公开(公告)日: | 2014-07-02 |
发明(设计)人: | 许唯临;张法星;邓军;田忠;张建民;刘善均;王韦;曲景学 | 申请(专利权)人: | 四川大学 |
主分类号: | E02B8/06 | 分类号: | E02B8/06 |
代理公司: | 成都科海专利事务有限责任公司 51202 | 代理人: | 黄幼陵 |
地址: | 610065 四川*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 分级 泄洪 底流消能工 方法 | ||
技术领域
本发明属于水利水电工程泄洪技术领域,特别涉及高坝泄洪底流消能工与消能方法。
背景技术
早期的高坝泄洪底流消能工由重力坝和消力池组成(见图1),利用坝顶溢流、下游接消力池的方式实现消能,下泄水流在消力池内产生水跃,主流冲击消力池内水体,表面产生旋滚,池内水流产生的强烈掺混、剪切、掺气,从而把下泄水流的动能转化为热能而使水流流速降低,流态由急流变为缓流,水流出消力池后与下游水流平顺衔接。随着重力坝高的增加,消力池临底流速变大,而混凝土的抗冲耐磨性能不能满足要求,需要降低消力池临低流速,因而出现了设有跌坎的消力池(见图2)及采用差动式水平射流方式与消力池设跌坎相组合的技术方案〔见图3(a)、(b)〕。当在多沙河流上修建重力坝,考虑到排沙和降低库水位的要求,则采用了进口高程低的中孔或者底孔泄洪,下游利用消力池消能(见图4)。尽管如此,从国内外的已建工程来看,采用底流消能的高水头、大流量泄水建筑物在运行中发生破坏的实例不少。究其原因,主要是现有高坝泄洪底流消能工存在“水流在同一断面集中入池”的问题,由于水流在同一断面集中入池,消力池前部的消能负荷大,中后部大量水体没有被利用来消能,这样强紊动水流对消力池前部底板产生强烈的脉动荷载作用,该荷载可能直接造成板块失稳破坏,或者造成板块间止水的破坏后,因高速水流动水压力的传递引起板块失稳破坏。再则,水流进入消力池后,高速主流位于底部,容易对消力池底板产生磨蚀破坏(见图1、图2、图4)。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供分级入池的高坝泄洪底流消能工与消能方法,以解决高水头、大流量底流消能存在的问题,提高高坝泄洪底流消能工的使用寿命和消能率。
本发明所述分级入池的高坝泄洪底流消能工,包括重力坝和消力池,所述重力坝坝体内至少两个不同高程处分别设置有向下游延伸的泄流通道,所述泄流通道出口下方带有跌坎,跌坎内设置通气廊道和通气孔,所述消力池内从上游至下游依次设置有至少三级台阶;当坝顶和坝内同时过流时,各泄流通道的出口按其高程从高至低依次位于消力池内从上游至下游相应级数台阶的竖面,即第一高程(又称最高高程)泄流通道的出口位于消力池内最上游第一级台阶的竖面,第二高程泄流通道的出口位于消力池内第二级台阶的竖面,……,第n高程泄流通道的出口位于消力池内第n级台阶的竖面;当仅坝内过流时,各泄流通道的出口按其高程从高至低依次位于消力池内第一级台阶起始处的竖面、消力池内从上游至下游相应级数台阶的竖面,即第一高程(又称最高高程)泄流通道的出口位于消力池内最上游第一级台阶起始处的竖面,第二高程泄流通道的出口位于消力池内最上游第一级台阶的竖面,第三高程泄流通道的出口位于消力池内第二级台阶的竖面,……,第n高程泄流通道的出口位于消力池内第(n-1)级台阶的竖面。
上述高坝泄洪底流消能工,在进行泄流通道设计时,需满足的条件是:高程最高的泄流通道进口的中心线与水库水面之间的距离h1应使该进口处不形成吸气漩涡,高程最低的泄流通道进口底部应不低于水库死水位。对于高程最高的泄流通道与高程最低的泄流通道之间的泄流通道,无特殊要求,一般以分布均匀进行设计。为了提高消能率,位于同一高程的泄流通道至少为两条。
所述泄流通道的具体尺寸需要综合考虑水流流量、水流流速和下游水域的体积等参数、根据消能多少和下游水流流态要求由水力学模型试验确定。不同高程的泄流通道尺寸可以相同,也可以不同,同一高程的泄流通道尺寸也可以相同、可以不同。泄流通道的横截面一般为圆形,壁面光滑,采用混凝土或者钢板衬砌。
上述分级入池的高坝泄洪底流消能工,其消力池内每一级台阶面向下游延伸的长度以该台阶面上的水流动量沿该台阶面的横向扩散均匀为准。
上述分级入池的高坝泄洪底流消能工,其泄流通道进口处设置有控制水流进入泄流通道的阀门,当下泄常年洪水时,可根据水库水温分层的自然规律,开启不同高程的泄流通道放水,以满足下游生物对下泄水温的要求。
上述分级入池的高坝泄洪底流消能工,所述跌坎的高度与泄流通道横截面的尺寸(直径或高度)有关,一般为泄流通道横截面直径或高度的0.5倍~2倍。跌坎内设置的通气孔的截面为圆形或方形,内壁面优选螺纹状,以利于水流被卷吸走,从而方便空气进入。跌坎内设置的通气廊道的截面为圆形、城门洞型(直墙顶拱型)或者方形,也可为两种断面形式的组合,主要由施工是否方便决定。
上述分级入池的高坝泄洪底流消能工,其消力池内的各级台阶及台阶下游的底板一般为钢筋混凝土结构,表面要求光滑,可以采用钢板衬砌。
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