[发明专利]悬挂底流式梯级消力池消能系统

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，特别涉及一种适用于狭窄河谷、下游河道逐渐缩窄的小流量高水头水利工程的消力池与底流消能结合的消能系统。

背景技术

高水头电站建设中，为保证水利工程在运行中的安全，需要采用一系列泄洪消能措施。传统的消能措施包括传统的底流消能，挑流消能和面流消能，新型消能设施包括竖井旋流消能，宽尾墩，阶梯消能，洞塞孔板消能等。但对于狭窄河谷、两岸山体垂直、上游较宽，下游河道逐渐缩窄、岸坡岩体地质条件复杂的工程，难以按现有技术中的模式布置消力池以及大单宽流量的泄洪隧洞，或采用现有技术的消能设施布置方式，工程耗费较高，工期增长。

发明内容

本发明的目的在于针对现有消能方式受到地形地貌布置条件限制的不足，提供一种适用于狭窄河谷，下游河道逐渐缩窄的小流量高水头水利工程的悬挂底流式梯级消力池消能系统，以提高消能率及安全性和经济性，减小枢纽布置的困难程度。

本发明所述悬挂底流式梯级消力池消能系统，包括设置在水库坝体侧面山体不同高程处的多级消力池，将水库中的水引出的上游引水渠、各级消力池对应的溢洪道和将最低高程消力池中的水引入河道的岸边引水渠，相邻两级消力池的下游端方向相反，各级消力池的下游端边墙上均设置有溢流堰；上述设施的布置方式：最高高程消力池对应的溢洪道进水端与上游引水渠衔接，出水端与最高高程消力池上游端衔接；第二高程消力池对应的溢洪道进水端与最高高程消力池下游端边墙设置的溢流堰衔接，出水端与第二高程消力池上游端衔接；第三高程消力池对应的溢洪道进水端与第二高程消力池下游端边墙设置的溢流堰衔接，出水端与第三高程消力池上游端衔接；……，最低高程消力池对应的溢洪道进水端与次低高程消力池下游端边墙设置的溢流堰衔接，出水端与最低高程消力池上游端衔接；所述岸边引水渠的进水端与最低高程消力池下游端边墙设置的溢流堰衔接，其末端与河道相连，从而使水库中的水经上游引水渠、各级消力池对应的溢洪道、各级消力池、岸边引水渠流入河道。在这个过程中水流发生强烈的旋滚、紊动、混掺及剪切，消除部分能量，达到提高消能率，避免工程破坏的目的。

上述悬挂底流式梯级消力池消能系统，各级消力池的轴线相互平行，相邻两级消力池的水平投影部分重叠或不重叠。

上述悬挂底流式梯级消力池消能系统，相邻两级消力池之间的高程差△x＝30～45m，以防止水流流速过大破坏消力池，并保证工程量最小及各级消能率，达到最优消能效果。相邻消力池之间的高程差根据地质条件进行选择，可以相等，也可以不等。消力池和泄洪道大部分或全部放在山体上，以保证整体结构的稳定性。

上述悬挂底流式梯级消力池消能系统，所述消力池的长度l＝20～40m,宽度b₁＝15～30m，深度h₁＝最大水位高度+波动高度+安全超高，所述最大水位高度为最大泄流量对应的消力池中的水位高度，所述波动高度为水流剧烈翻滚引起的水位变化，所述安全超高为保证水流不会翻出消力池所需高度。为避免消力池发生破坏，应避免消力池中混凝土产生拉应力，消力池应修建在挖方中，尽量避免填方，且消力池应当做好防渗措施，避免渗漏引起消能系统的破坏。同时各级消力池内应保证一定水深，防止泄洪时最大流量水流直接冲击消力池底板引发消力池破坏，进而冲刷山体导致不可修复的破坏，危及枢纽运行安全。

上述悬挂底流式梯级消力池消能系统，所述岸边引水渠末端的水流方向与下游河道的水流方向相交的角度为锐角，以保证水流平顺进入河道，防止出现冲刷。

上述悬挂底流式梯级消力池消能系统，所述溢流堰的宽度b₂≤消力池的宽度b₁，第二高程至最低高程的各级消力池对应的水平溢洪道入水口宽度＝上一级消力池的溢流堰宽度，由于是底流消能，溢洪道的出水口与对应的消力池宽度相同，因而连接于于两级消力池之间的溢洪道的断面从上游到下游可以是等宽的也可以是渐扩的，与上游引水渠相接的溢洪道根据泄流流量的大小从上游到下游可以是等宽的也可以是渐扩的。

上述底流式梯级消力池消能系统，上游引水渠按照泄洪最大流量设计，保证安全余量，通常采用梯形断面或矩形断面，明渠内部需要衬砌。

本发明具有以下有益效果：