一种窄缝坎水舌冲击波水股流向的控制方法及窄缝坎的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种泄水建筑物挑流方向的调控，属于水利水电工程泄洪消能技术领 域，具体涉及一种窄缝坎水舌冲击波水股流向的控制方法及窄缝坎。
【背景技术】
[0002] 随着中国水利水电建设事业的蓬勃发展，一大批高坝大库处于在建和待建之中。 但是，我国的地质地形和水文条件较为复杂，水坝多建于高山峡谷中。随着水资源开发利用 不断深入，"狭窄河谷"成为制约水利、水电工程泄洪消能设计的一大重要因素，并派生出一 系列技术难点，一般常规采用挑流、面流、底流等泄洪消能形式，且流道布置独立，而狭窄河 谷，因溢流前缘长度受限，相对水流集中，依常规消能形式及流道布置原则进行设计，其泄 洪消能难度具有特殊性，需采用非常规泄水布置及体型。
[0003] 窄缝坎通过泄水渠道末端处侧墙收缩使射流在纵向和竖向充分扩展，形成较薄的 舌形射流。这种扩散主要依靠各质点的纵向流速流向的变化，同时，由于水流流速的纵向分 量一般大于其横向分量，既非常适合于深峡谷窄河床的工程地形条件，又充分地利用了水 流的这种纵向扩散，降低水流的平均流速，水舌掺气充分，达到了显著的消能效果。由于水 流占用宽度较小，特别适合我国西南地区河谷狭窄、洪峰流量大的状况。窄缝坎立体示意图 见图1。
[0004] 窄缝坎由于边墙的突然收缩，加之水流流速很高，在两侧边墙收缩起始处，将产生 强烈的冲击波，冲击波以一定的波角由两侧向中间流动。由于窄缝坎两侧冲击波强度不同， 两股水流交汇后，虽然低水股由斜向流动变为顺直流动，但高水股中高出的那部分越过低 水股后仍保持斜向流动，这样，水舌向一侧发生偏转，如图2所示。当强冲击波水股偏向岸 坡流动时，易引起水舌直接冲击岸坡问题，从而增大了窄河谷泄洪消能设计的难度。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种通过调控窄缝坎水舌冲击波水强度来实现窄缝坎水舌冲击波水 流顺直向下流动的窄缝坎水舌冲击波水股流向的控制方法及窄缝坎。
[0006] 本发明采用如下技术方案：
[0007] 本发明所述一种窄缝坎水舌冲击波水股流向的控制方法，所述窄缝坎，包括：窄缝 坎底板及分别设在窄缝坎底板两边上的边墙，且所述边墙包括收缩边墙，选择在窄缝坎水 舌冲击波弱侧的边墙上设置一三棱台体，将三棱台体的底面放置在窄缝坎底板上，三棱台 体的顶面与边墙顶齐平，一对相邻的三棱台体的侧面分别与收缩边墙、窄缝坎出口断面重 合；利用位于窄缝坎水舌冲击波弱侧的三棱台体增强窄缝坎水舌冲击波弱侧的窄缝坎水舌 冲击波强度，以使窄缝坎两侧的窄缝坎水舌冲击波的强度相对，两股冲击波水流交汇后顺 直向下流动。
[0008] 本发明所述一种窄缝坎，包括：窄缝坎底板及分别设在窄缝坎底板两边上的边墙， 且所述边墙包括收缩边墙，在窄缝坎水舌冲击波弱侧的边墙上设有三棱台体，并且，三棱台 体的底面位于窄缝坎底板上，三棱台体的顶面与边墙顶齐平，一对相邻的三棱台体的侧面 分别与收缩边墙、窄缝坎出口断面重合。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0010]窄缝坎边墙收缩会使两侧边墙产生强烈的冲击波。虽然窄缝坎通常采用对称收缩 的方式，但当坎前来流不平顺时，两侧边墙产生的冲击波强弱不同。在水舌顶部，强冲击波 水股超越弱冲击波水股，射向侧方，水舌占有宽度较大。当在弱冲击波侧边墙设置三棱台体 后，三棱台体增强了本侧冲击波。当两侧冲击波强度一致时，水舌顶部的两股冲击波水流交 汇后顺直向下流动，不再保持原来各自的斜行流动，从而避免了水舌直冲岸坡的问题。
[0011] 窄缝坎冲击波水股偏向控制较为困难，本发明设置的三棱台体通过增强弱侧冲击 波，解决了这一问题，而且三棱台体结构简单，三棱台体收缩比沿高度方向逐渐减小，适用 于不同的来流条件，同时对流动干扰小。具体来说，三棱台体的存在增大了弱侧边墙的收缩 程度，将偏弱侧的冲击波水股向强侧调整，如图4所示。通过现有优化方法优化四棱台体的 几何参数，更可在不同来流条件下减免窄缝坎冲击波水股偏斜的不利流态，解决水舌直冲 岸坡的问题。
【附图说明】
[0012] 图1是窄缝坎挑流示意图。
[0013] 图2是窄缝坎水舌偏转示意图。
[0014] 图3是四棱台体结构及其安装示意图。
[0015] 图4是四棱台体消除水舌偏转示意图。
[0016] 图5是窄缝坎及四棱台体结构俯视图。
[0017] 图6是窄缝坎及四棱台体I-I剖视图。
[0018] 图7是实施例1窄缝坎体型图（工程原型尺寸，单位为cm)。
[0019] 图8是窄缝坎实施例1 (图中左边孔）在校核洪水工况时的水舌照片。
[0020] 图9是窄缝坎实施例1 (图中左边孔）在设计洪水工况时的水舌照片。
[0021] 图10是窄缝坎实施例1 (图中左边孔）在5%常遇洪水工况时的水舌照片。
[0022] 图11是工程实施例2窄缝坎及三棱台体体型平面图。
[0023] 图12是工程实施例2窄缝坎及三棱台体体型II-II剖面图。
[0024] 图13是工程实施例2 (图中左边孔）在校核洪水工况时的水舌照片。
[0025] 图14是工程实施例2 (图中左边孔）在设计洪水工况时的水舌照片。
[0026] 图15是工程实施例2(图中左边孔）在5%常遇洪水工况时的水舌照片。
[0027] 图16是工程实施例3窄缝坎及四棱台体体型平面图。
[0028] 图17是工程实施例3窄缝坎及四棱台体体型III-III剖面图。
[0029] 图18是工程实施例3在校核洪水工况时的水舌照片。
[0030] 图19是工程实施例3在设计洪水工况时的水舌照片。
[0031] 图20是工程实施例3在5%常遇洪水工况时的水舌照片。
【具体实施方式】
[0032] 本发明所述的一种窄缝坎水舌冲击波水股流向的控制方法，所述窄缝坎，包括：窄 缝坎底板1及分别设在窄缝坎底板1两边上的边墙2,且所述边墙2包括收缩边墙21，选择 在窄缝坎水舌冲击波弱侧的边墙2上设置一三棱台体3,将三棱台体3的底面放置在窄缝 坎底板1上，三棱台体3的顶面与边墙顶齐平，一对相邻的三棱台体3的侧面分别与收缩 边墙21、窄缝坎出口断面重合；利用位于窄缝坎水舌冲击波弱侧的三棱台体3增强窄缝坎 水舌冲击波弱侧的窄缝坎水舌冲击波强度，以使窄缝坎两侧的窄缝坎水舌冲击波的强度相 对，两股冲击波水流交汇后顺直向下流动。
[0033] 本发明所述的一种窄缝坎，包括：窄缝坎底板1及分别设在窄缝坎底板1两边上的 边墙2,且所述边墙2包括收缩边墙21，在窄缝坎水舌冲击波弱侧的边墙2上设有三棱台体