[发明专利]一种双向消能的弧形水垫塘

说明书

本发明公开了一种双向消能的弧形水垫塘，包括大坝，和位于所述大坝下游位置的二道坝，及位于所述大坝和所述二道坝之间的边坡；所述大坝、二道坝及边坡三者之间，沿下泄水流冲击方向及垂直于下泄水流冲击方向，均形成呈内凹的弧形底面；以使下泄水流在所述弧形底面的上方，沿下泄水流冲击方向形成淹没水跃，垂直于下泄水流冲击方向形成双重涡旋滚动；并且，下泄水流在弧形底面的上方形成一层水垫；所述弧形底面为圆形的部分曲面或者椭圆形的部分曲面。使泄洪水流在沿下泄水流冲击方向及垂直于下泄水流冲击方向的双重紊动剪切和旋滚作用下，加剧能量耗散，提高消能效率，以较少的水体达到最佳消能效果，并且结构简单，有利于坝趾和岸坡的稳定。

技术领域

本发明属于水利水电工程中的水垫塘泄洪消能技术领域，具体涉及一种双向消能的弧形水垫塘。

背景技术

高水头窄河谷混凝土拱坝的泄洪消能，为保证大坝和两岸边坡的安全，常在大坝下游开挖河床或筑二道坝形成水垫塘进行消能，当水深不够时还需采用混凝土对水垫塘塘底进行保护，以抵抗泄洪水流的冲刷和消能水体紊动剪切所产生的脉动冲击压力。一般的水垫塘为平底梯形断面，需要较深的水垫厚度和足够的水体才能满足大坝下泄水流在水垫塘内形成淹没水跃消刹能量。而水垫塘的水垫厚度取决于河床开挖深度或二道坝高度。而二道坝过高既不经济又可能在其下游形成二次水跃消能；河床及岸坡开挖过深则影响拱坝坝趾基岩和两岸边坡的稳定。

因此针对狭窄河谷的大流量泄洪消能，有必要研究一种结构简单且能有效提高消能效率的水垫塘型式，减少坡脚开挖，以较少的水体达到最佳的消能效果，提高泄洪安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向消能的弧形水垫塘，使泄洪水流在沿下泄水流冲击方向及垂直于下泄水流冲击方向的双重紊动剪切和旋滚作用下，加剧能量耗散，提高消能效率，以较少的水体达到最佳消能效果，并且结构简单，有利于坝趾和岸坡的稳定。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双向消能的弧形水垫塘，包括大坝，和位于所述大坝下游位置的二道坝，及位于所述大坝和所述二道坝之间的边坡；所述大坝、二道坝及边坡三者之间，沿下泄水流冲击方向及垂直于下泄水流冲击方向，均形成呈内凹的弧形底面；以使下泄水流在所述弧形底面的上方，沿下泄水流冲击方向形成淹没水跃，垂直于下泄水流冲击方向形成双重涡旋滚动；并且，下泄水流在弧形底面的上方形成一层水垫；所述弧形底面为圆形的部分曲面或者椭圆形的部分曲面。

作为一种优选的技术方案，所述弧形底面沿下泄水流冲击方向的长度不小于淹没水跃的长度，且其最低点与二道坝最高点之间的垂直距离H₁不小于水垫的深度。

作为一种更优选的技术方案，所述弧形底面与两岸边坡相切连接。

作为一种最优选的技术方案，垂直于下泄水流冲击方向的弧形底面为圆弧曲面，该圆弧曲面的曲面半径R₂和内凹深度H₂按天然河谷形状拟合，以使所述弧形底面与两岸边坡相切连接。

作为一种最优选的技术方案，沿下泄水流冲击方向的弧形底面为圆弧曲面，该圆弧曲面的曲面半径R₁大于曲面半径R₂。

作为一种优选的技术方案，所述弧形底面的最低点与泄洪水舌入水落点位置一致。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明提供的双向消能的弧形水垫塘，其弧形底面使下泄水流沿下泄水流冲击方向及垂直于下泄水流冲击方向形成双叠加的消能效果，提高了单位水体消能效率，以较少的水体达到最佳消能效果。同时水流垂直于下泄水流冲击方向的环向流动在塘底形成一层动态水垫，可阻止射流对水垫塘底板的直接冲击，降低水垫塘底板冲击压力。中央深四周浅的锅底形曲面塘底，既保证了消能主体水深，又有利于坝趾和岸坡的稳定，且结构简单，节省投资。