[发明专利]一种适用于陡坡跌水的消能结构

说明书

本发明公开了一种适用于陡坡跌水的消能结构，包括水流进口段、溢流坎、斜坡段、反弧段、消力池；所述水流进口段设置在斜坡顶部；所述消力池设置在斜坡底部；所述斜坡段一端连接斜坡顶部的水流进口段，斜坡段另一端连接斜坡底部的消力池，所述斜坡段设有错位布置的若干导流墩；所述溢流坎设置在水流进口段和斜坡段连接处，所述反弧段连接在消力池和斜坡段连接处；本发明能有效的将斜坡上由势能转化的动能，通过水流的平面碰撞大部分消耗掉，使得斜坡底部流速比光滑斜坡大大降低，从而达到减少底部消力池长度的目的，可减少工程量和降低工程造价。

技术领域

本发明涉及陡坡跌水消能的研究领域，特别涉及一种适用于陡坡跌水的消能结构。

背景技术

深层排水隧道的进口多数布置在陡峭的山体旁边，水流往往要通过陡坡连接段进入深隧。而陡峭的山体往往受到山坡稳定性的限制，很难直接修建竖井，需要通过陡坡将水流从顶部输送至竖井。关于竖井的消能工已经比较成熟，可以将流速降至允许范围之内，而陡坡上流速较大，水深较浅，消能困难，以往多采用将坡面修建成糙率较小的光滑曲面。下泄水流能量绝大部分被输送至坝面末端集中在消力池内进行消能。但这种消能结构对底部消力池的长度要求较高，山体上很难修建这么长的消力池，而且工程量大，造价很高。

现有技术中，有梯级消力池消能工和采用台阶式消能工；其中，梯级消力池消能工主要是通过梯级跌水将整个斜坡高度的水流能量分级消耗掉，每级消力池长度根据每级跌水高度确定，原理是水流通过消力池消能后，可以将这一级跌水由势能转化的动能完全或大部分消耗掉，不产生能量累积。基本原理仍是通过消力池来消能的，因此，多个消力池总长度和光滑斜坡下设的消力池长度相比，也不会短太多。而台阶式消能工在坡度较大的情况下，消能效果就比较差，因为当斜坡坡度大于45°之后，水流的惯性力增大很多，在经过第一级台阶后，受惯性力的影响，水流沿台阶面射出，很难贴着台阶平面跌入第二级台阶，一般要经过好几级台阶才能跌到台阶平面上，如此反复，导致很多级台阶根本起不到消能的作用，从而使得整个台阶式消能工消能效果变差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种适用于陡坡跌水的消能结构，其消能效果更好，且适用于坡度大于45°的陡坡；在斜坡坡面增加人字形导流墩，并上下两排错位布置导流墩的消能结构，导流墩的厚度根据坡面水深来确定，一般跟水深差不多厚度。这种消能结构的原理是将下泄水流通过人字形导流墩进行分流，一股水流分两股，再利用人字形凹槽，将分流后的水流沿凹槽导向。两个并排的人字形导流墩分流后的两股水流，分别在各自凹槽的导流作用下，形成大约120～150°的水平夹角，水流发生碰撞，而后汇流成一股。在这个分流、碰撞、汇流的过程中可以将绝大部分由这一段的重力势能转换成的水流能量耗散掉。消能效率能达到70％以上。同时在斜坡进口处设置弧形溢流坎，在斜坡底部设置反弧段，起到平顺过渡水流，优化水流流态，提高消能率的目的。。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种适用于陡坡跌水的消能结构，其特征在于，包括水流进口段、溢流坎、斜坡段、反弧段、消力池；所述水流进口段设置在斜坡顶部；所述消力池设置在斜坡底部；所述斜坡段一端连接斜坡顶部的水流进口段，斜坡段另一端连接斜坡底部的消力池，所述斜坡段设有错位布置的若干导流墩；所述溢流坎设置在水流进口段和斜坡段连接处，所述反弧段连接在消力池和斜坡段连接处。

进一步地，所述水流进口段顶部设置有开口，水流从顶部开口进入水流进口段。

进一步地，所述溢流坎为弧形溢流坎，其弧形面从弧形溢流坎顶部延伸到弧形溢流坎底部，弧形面连接斜坡面。

进一步地，所述弧形溢流坎稍高于水流进口段平面，弧形溢流坎高度由水流进口段流量及水流进口与水流进口段平面之间的落差决定。

进一步地，所述斜坡段设置的导流墩为人字形。

进一步地，所述人字形导流墩两翼呈弧线形。

进一步地，所述人字形导流墩由上而下错位布置在斜坡段。