一种布置在弯曲河道的底流消能工制造技术

本发明专利技术公开了一种布置在弯曲河道的底流消能工，包括布置于弯曲河道弯道段前的直线型主消力池和布置于弯道段的曲线型辅消力池；主消力池与辅消力池交接的位置布置有沿水流断面方向排布的导流‑消力墩。本发明专利技术利用主、辅两级消力池与导流‑消力墩相结合的控制技术，不仅能有效消除弯曲河道的底流消能中弯道段局部水流的大幅度波动，而且能妥善解决弯道段出来流与凹岸坡脚部位对冲进而影响坡岸稳定的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种布置在弯曲河道的底流消能工
本专利技术属于水利水电工程
，涉及水利水电工程消能建筑物布置形式及结构的改进，更为具体的说涉及一种类似“L”型弯曲河道的底流消能技术。
技术介绍
一般的水闸、中小型溢流堰或地质条件较差的各类泄水建筑物，多采用底流式消能。底流消能是一种基本的消能型式，能降低雾化的影响，在水利工程中获得了广泛应用。其是借助于一定的工程措施来消能的。消力池底流消能是水利工程中常见的消能方式，其利用消力池来控制水跃位置，通过水跃发生的表面旋滚和强烈紊动来消除余能，而为了改善消力池的消能效果，也常在池中设置辅助消能工。平面布置时消力池大多采用等宽直线型布置，但在一些高原山地、丘陵众多的地区，河道急弯较多，在这些地方布置消能设施时,往往受到地形、地质条件的限制及坝址轴线选择等布置的原因，消能建筑物与弯道邻近，若采用全程等宽直线型消力池将大大增加岸坡开挖的工程量，且会面临消力池出口水流与下游转弯河道衔接问题；此外，若消力池布置时规模因地形、地质而受限，消能不充分，那么出口水流仍带有一定能量，将形成弯道段局部水流大幅度波动，与凹岸坡脚部位发生对冲的不利流态，如不采取工程措施，将影响弯道段凹岸的岸坡稳定，从而影响工程的运行安全。因此，做好底流消能工作，掌握弯道段水流控制技术，对于新建和改、扩建布置在弯曲河道中底流消能工的安全运行都至关重要。弯曲河道消力池底流消能、流态控制技术方面，前人提出了一些改善措施，包括：多级消力池法、曲线型消力池法等。多级消力池法在不同的实际工程中均发挥了自身特性，取得了能量消杀、调节流态效果。多级消力池法常在大单款流量、低沸汝德数Fr中应用，高沸汝德数Fr数中应用较难，且造价较高。由于下泄流量较大且流速较高时，对消力池也有一定的规模要求，因此曲线型消力池法的难点是在高流速条件下需要特别关注消力池因弯曲产生的离心力造成的水流对全程沿岸的冲刷，且弯道段后水流横向断面上流速分布不均，给出口消能工布置带来困难。此外，对于布置在弯曲河道的底流消能而言，上述各种措施均未考虑消能时或消能后弯道处水流仍带有余能，从而会与弯道段凹岸发生对冲，导致局部水流大幅度波动的情况，如何解决布置在弯曲河道的底流消能和水流控制的问题仍亟待研究。
技术实现思路
针对现有消力池底流消能工难以实现对弯曲河道有效消能的技术现状，本专利技术提供了一种布置在弯曲河道的底流消能工，能够消除弯道消力池内回流强度高而造成的凹岸坡脚冲刷剧烈等泄洪风险。本专利技术的研究针对的是具有弯曲河道的消能工程，属于低沸汝德数Fr底流消能，鉴于低沸汝德数Fr底流消能的消能率通常较低，为了降低消力池工程量，本专利技术以直线型消力前池为主消力池，以曲线型消力后池为辅消力池，将两者结合，实现对弯曲河道水流的消能。本专利技术提供的布置在弯曲河道的底流消能工，其沿“L”型弯曲河道纵向分为两级，包括布置于弯曲河道弯道段前的直线型主消力池和布置于弯道段的曲线型辅消力池；所述主消力池与辅消力池交接的位置布置有沿水流断面方向排布的导流-消力墩。上述布置在弯曲河道的底流消能工，规模较大的主消力池布置在弯道段前，采用规范推荐的等宽矩形断面，通过水跃完成大部分的消能工作，能缩小弯道部分辅消力池所需规模，并使流速满足导流-消力墩这一辅助消能工的要求，本专利技术中消力池内到达导流-消力墩前的水流流速应小于10m/s。辅消力池规模缩小可以降低水流自尾坎跌落幅度，使之与下游河道衔接更顺畅；且辅消力池曲线型布置在转弯段，能有效地控制弯道离心力的作用，降低池内流速，使水流较快地在横断面上重新均匀布置，使弯道部位的水流流态得到改善；在优先的实施方式中，辅消力池覆盖河道弯道段的最大曲率段。上述布置在弯曲河道的底流消能工，所述导流-消力墩相当于水流中的突体，增加了消力池内水流内部剪切、碰撞的紊动耗散强度，能再次降低进入弯道段的水流速度，进一步缩小辅消力池规模。在优选的实施方式中，导流-消力墩设计有朝向弯曲河道弯曲段凸岸的扭面，导流-消力墩与扭面衔接的上游连接段和下游连接段均为梯形断面，且下游连接段的梯形断面面积大于上游连接段的梯形面积。设置带扭面的导流-消力墩能引导控制水流偏向凸岸，在该断面上重新分配水流，削弱水流做曲线运动而引起弯段的横向环流强度和范围，并避免冲刷凹岸坡脚。上述布置在弯曲河道的底流消能工，所述辅消力池的结构尺寸可依据溢流堰各级流量和弯道段地形给出，应保证设计流量时池内与下游河道衔接可形成稳定可靠的流态。上述布置在弯曲河道的底流消能工，所述导流-消力墩的结构尺寸(墩高H、墩厚B及相邻两消力墩之间的墩间净距ΔL等)可依据溢流堰各级流量对应水深按照以下公式给出：H＝0.2～0.4h(1)B＝0.3～1.0H(2)ΔL＝0.4～0.75H(3)式中，h为布置导流-消力墩所在消力池处水深。上述布置在弯曲河道的底流消能工，所述导流-消力墩扭面的具体结构可以根据弯曲河道的具体情况进行设计，但需要能够引导控制水流偏向凸岸，改善水流在弯道段的稳定性，避免冲刷凹岸坡脚等要求。本专利技术中，扭面与弯道段最大曲率面大致相同。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术布置在弯曲河道的底流消能工，由于在“L”型弯曲河道中布置直线型主消力池和曲线型辅消力池，并在主消力池和辅消力池衔接的位置布置消力墩，利用主、辅两级消力池与导流-消力墩相结合的控制技术，不仅能有效消除弯曲河道的底流消能中弯道段局部水流的大幅度波动，而且能妥善解决弯道段出来流与凹岸坡脚部位对冲进而影响坡岸稳定的问题。(2)本专利技术布置在弯曲河道的底流消能工，主消力池通过水跃消能，将大部分能量消杀，流速明显降低至小于10m/s，从而确保消力池内形成稳定可靠的水流；此外，主消力池的设置还可以缩小辅消力池所需规模，降低施工成本。(3)本专利技术布置在弯曲河道的底流消能工，辅消力池能有效地控制弯道离心力的作用，降低池内流速，使水流较快地在横断面上重新均匀布置，使弯道部位的水流流太得到改善，与下游衔接更顺畅。(4)本专利技术布置在弯曲河道的底流消能工，带扭面的导流-消力墩的设置，不仅具有一定的消能作用，从而减低水跃长度和下游水深，缩短辅消力池规模，降低造价；而且能够引导控制水流偏向凸岸，使水流在该断面上重新分配，从而使辅消力池中水跃在长度方向上不要移动，改善水跃的稳定性(即稳定水跃)，消除因弯道段处坡脚冲刷强度高所产生的岸坡稳定风险。附图说明图1为本专利技术布置在弯曲河道的底流消能工纵向剖面图。图2为图1溢洪道布置平面图。图3为导流-消力墩的立体结构示意图。图4为导流-消力墩的主视图(a)和后视图(b)。图5为图1中消能工在消能防冲工况时试验段流速分布矢量图。图6为图1中消能工在消能防冲工况时试验段左右岸水面线分布示意图。图7为直线型消力池的溢洪道布置结构纵向剖面图。图8为图7溢洪道布置平面图。图9为多级消力池的溢洪道布置平面图。图10为“L”型消力池的溢洪道布置平面图。在上述附图中，各图示的标号分别表示：①-溢洪道控制段，②-主消力池，③-导流-消力墩，④-辅消力池，⑤-下游尾坎。具体实施方式以下将结合附图给出本专利技术实施例，并通过实施例对本专利技术的技术方案进行进一步的清楚、完整说明。显然，所述实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于包括布置于弯曲河道弯道段前的直线型主消力池和布置于弯道段的曲线型辅消力池；所述主消力池与辅消力池交接的位置布置有沿水流断面方向排布的导流‑消力墩。

【技术特征摘要】
1.一种布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于包括布置于弯曲河道弯道段前的直线型主消力池和布置于弯道段的曲线型辅消力池；所述主消力池与辅消力池交接的位置布置有沿水流断面方向排布的导流-消力墩。2.根据权利要求1所述布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于布置于弯道段的曲线型辅消力池覆盖弯道段的最大曲率段。3.根据权利要求1所述布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于消力池内到达导流-消力墩前的水流流速小于10m/s。4.根据权利要求1或2或3所述布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于所述导流-消力墩设计有朝向弯曲河道弯曲段凸岸的扭面。5.根据权利要求4所述布置在弯曲河道的底流消能工，其特征在于所述导流-消力墩与扭面衔接的上游连接段和下游连接段均为梯形断面，且下游连接段的梯形断面面积大于上游连接段的梯形面积。6.根据权利要求1或2或3所述布置在弯曲河道的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，奉紫岑，马旭东，程文磊，涂书豪，王海云，戴光清，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51