[发明专利]坝面挑坎分流消能的溢流坝

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中水工建筑物泄洪消能领域，具体涉及一种坝面设计有挑坎分流消能结构的溢流坝。

背景技术

在水利水电工程中，重力坝是一种常用的坝型，一般来说，重力坝的建筑材料是混凝土，因此常采用坝身泄洪。对于以坝身泄洪的溢流坝，一般都在坝后修建消力池，采用水跃的方式来消能。但是，水跃的消能率一般较低，理想情况下约为60～70％，有时甚至更小。

随着大坝高度的增加，下泄水流的速度也迅速增加，其能量也迅速增加，为了避免水流能量对下游的冲刷破坏，常常需将消力池修建得非常大，这一方面会增加工程建设成本，另一方面，由于水流能量巨大，其破坏力十分惊人，工程实际也证明，随着大坝高度的增加，消力池的破坏率及破坏程度也在不断增加。

为了尽可能减小消力池长度及其下游的工程造价，宽尾墩在重力坝表孔中得到广泛应用。所述表孔即由坝体过流面与两宽尾墩侧面构成的流道。宽尾墩的作用原理是，将从表孔流出的水流沿纵向拉伸，水流向拉伸会导致一部分水流从空中跌入下游消力池内，一部分水流仍贴着坝面进入消力池内形成水跃，由于在消力池的池首内，跌落水流会对贴壁水流造成冲击作用，因此可以使此区域的水流更加紊乱，从而增加能量的消耗，使水流消能。

但是，随着大坝高度的增加，被宽尾墩拉伸的水流在空中的运动过程中会出现集中现象，这主要是由于，宽尾墩出口处的水流速度，由于坝体面的滞流作用，上层水流速度小，下层水流速度大，因此，当空中运动距离较大后，不同位置出射的水流运动轨迹会相交，从而导致水流拉伸后又再次集中，而水流集中后，对消力池前端部的冲击作用会大大增加，而过大的冲击压力会使消力池底板产生破坏，另外，水流集中后，消能效果也会变差。

发明内容

针对现有技术的水工建筑物泄流消能设计的现状与不足，本发明的目的旨在提供一种坝面挑坎分流消能的溢流坝，以实现下泄水流经挑坎分流结构充分消能，避免水流能量对下游的冲刷破坏。

本发明提供的坝面挑坎分流消能的溢流坝，溢流坝泄流坡面后接消力池的池底，泄流坡面边墙后接消力池的防护边墙，溢流坝的坝顶设计有若干将水体过流区分隔成若干表孔的闸墩，溢流坝泄流坡面设置有若干间隔分布的分流挑坎，使从表孔出来的水流一部分经分流挑坎的上坎面，以挑流的形式进入消力池的后部区域，而另一部分水流经两个挑坎之间的流道进入消力池的前部区域，从而达到分区消能。

在本发明的上述技术方案中，所述分流挑坎优先采用反弧挑坎，所述反弧挑坎是指挑坎的上坎面为一凹形的弧面；进一步优先采用挑坎尾部挑角θ为-25～25°的反弧分流挑坎；特别优先采用挑坎尾部挑角θ为-5～5°的反弧分流挑坎。

在本发明的上述技术方案中，所述分流挑坎与溢流坝泄流坡面相接的根部(分流挑坎起点)宽度b，可按下述公式进行设计：b＝(0.4～0.7)B，B为两相邻泄流表孔中轴线之间的距离；所述分流挑坎优先考虑设计成在平面沿水流方向宽度从与溢流坝泄流坡面相接的根部向外逐渐加宽延伸；进一步优先虑设计成在平面沿水流方向按照根部与尾端1：3～1：5的扩宽率逐渐加宽延伸。本发明将反弧挑坎设计成按照1：3～1：5的扩宽率逐渐加宽延伸，同时也意味着将两反弧挑坎之间的流道设计成了沿水流方向按照1：3～1：5比例收缩，采取这样的结构设计，可以使两挑坎之间的水流在纵向充分拉伸，从而增加其入水时的剪切面，增大剪切消能效果。

在本发明的上述技术方案中，溢流坝泄流坡面与消力池的池底可通过跌坎连接，也可平直连接，通过跌坎连接可增强消能效果，但相应地会增加投资成本。溢流坝后接的消力池，其出口处可设置尾坎，也可不设置尾坎，一般设置有尾坎。

在本发明的上述技术方案中，反弧挑坎的位置可按下述条件确定：

l＞l₁+l₂

Z₂＞Z₄