一种低水头大坝下游河床的消力结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水利水电工程泄洪消能辅助设施领域，尤其是一种低水头大坝下游河床的消力结构。
【背景技术】
[0002]低水头水工建筑一般位于河流中下游流域、地势较为平缓的地区，大多建在有深厚覆盖层的砂卵石基础之上，地质条件差，往往不能引起足够的重视。由于地质原因，河床抗冲刷能力差，消能问题不能够得到很好解决，下泄水流具有较大动能，更加剧了下游水流的紊动，常常导致河床冲淘成坑，岸坡冲毁。工程建成运行几年后，坝下护坦、海漫以及防冲设施等部位也时有水毁现象发生，给工程带来安全隐患，同时水毁修复也会增加投资，影响工程效益的正常发挥。
[0003]此类水利工程的基本特点是:1)水库的集水面积较大、汛期洪流量大；2)水头较低、下游水位波动较大；3)枢纽工程中水闸既为挡水建筑物，又为泄水建筑物；4)建基面一般处于以砂卵石为主的深厚覆盖层上；5)河床抗冲刷能力差；6)泄洪闸孔数量多，有的水利工程坝后不设消力池或直接用护坦替代等。
[0004]目前，工程中常采用的消能方式有:面流式消能、挑流式消能及底流式消能等。
[0005](1)面流式消能投资少，易除杂除污，但其水流形式复杂，不易控制，下游波浪大，影响水轮机运行、航运及两岸设施稳定，且应用条件较为苛刻。
[0006](2)挑流式消能造价低，消能效果好，但挑流面要承受高速水流的冲刷，磨损很大，这就对挑流面有了更高的质量和技术要求；此外，挑流式消能由于水流的尽可能扩散及高射程，使得空中水流雾化程度较大，对河床的冲击也严重，因此需要加强下游河床的抗冲击能力。
[0007](3)底流式消能也称水跃消能，利用水跃进行流态转变、消耗能量。通过剧烈紊动作用，使水流的部分动能转化为位能和热能，从而达到消能的目的。这种消能方式下游水面波动稳定，安全可靠，尾水变幅适应性强，无雾化现象，但在高速水流的作用下，底流式消力池中的辅助设施易发生空蚀，导致冲淘破坏；其消力设施工程量大，工程造价较高。
[0008]底流消能方式一般多运用于低水头的水利水电工程，近几年在各大中小水工建筑中得到了较为广泛的运用，但低水头水利水电工程存在一个普遍的水力学问题，就是在低佛式数(Fr小于4.5时，消能率一般为20%?45%)条件下水跃消能率低。因此对于中小型水利水电工程，提高低佛氏数下水跃的消能率，解决低水头泄水建筑物的下游消能防冲问题，能够因地制宜地采取高效消能的防冲设施是十分必要的。
[0009]针对当前中小型水利水电工程采用底流消能方式的大坝，下游河床常用消能措施有:
[0010](1)设立多级消力池。就是在泄水建筑物下游设置两级或两级以上的消力池，通过多次水跃的跌落，逐级消耗水能，从而减小高速水流对下游河床的冲刷与冲淘。此措施的缺点:由于单级尾水池消能效率差，逐级尾水池又较长，所以其土石方开挖量大、混凝土浇筑量大，工程造价高。
[0011](2)增加辅助消能设施。就是在尾水池或护坦上加设各种辅助消能设施，改变水流形态，提高水跃消能率。此措施消力效果较好，而且可减小消力池或护坦尺寸，使得工程投入更经济、更可靠。
[0012]消力墩是常用的一种辅助消能设施，常见的墩体结构型式有:矩形体、直角梯形体、三棱锥体、T形消力墩等。此类消力墩，在实际运用中，虽然也有很好的消力效果，但在高速水流的作用下，尤其是含砂量较大的下泄水流作用下，对墩体的稳固性、抗冲耐磨及耐久性会有更大的破坏。
【实用新型内容】
[0013]本实用新型的目的就是针对上述现有技术的状况，提出了一种低水头大坝下游河床的消力结构，克服面流式消能与挑流式消能的弊端，更好地提高水利水电工程底流式消能的消能率，解决低水头水工建筑在低佛氏水流条件下高速水流对泄水辅助设施的冲刷、空蚀破坏，以及水流对河床的冲淘和河岸冲刷的破坏。
[0014]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种低水头大坝下游河床的消力结构，包括混凝土基座和N个消力墩，所述消力墩为梯形台体，台体斜面坡比为1:1，所述消力墩固定在混凝土基座上，N 3 5。
[0015]进一步地，所述的消力墩墩高为0.8?1.0倍水跃前水深，墩宽为0.4?0.6倍墩尚ο
[0016]进一步地，所述的消力墩固定在消力池(或护坦)的1/2?1/3处，多排设置或交错排列。
[0017]本实用新型的有益效果是:本消力墩的梯形台体结构，单位体积的基座锚固面积较大，稳固性好；台体四方斜面，折冲水流消能更充分；消力墩抗蚀耐磨效果明显，耐久性也较好。由于消力墩能多排交错布置，增加了水跃，提高了消能率，改善了下游水流分布，在实际运用中缩短了消力池长度，一定程度上节约了工程造价。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型一种低水头大坝下游河床的消力结构的正视图；
[0019]图2为本实用新型一种低水头大坝下游河床的消力结构实施例的俯视图；
[0020]图3为本实用新型一种低水头大坝下游河床的消力结构实施例的正剖视图。
[0021]附图标记说明:1_混凝土基座；2_消力墩;A\B_折冲水流。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型一种低水头大坝下游河床的消力结构做进一步描述:该实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0023]如图1所示，本实用新型所述的一种低水头大坝下游河床的消力结构，包括混凝土基座1和N个消力墩2，消力墩2为梯形台体，固定在混凝土基座1上，N 3 5 ;消力墩2台体斜面坡比为1:1，墩高为0.8?1.0倍水跃前水深，墩宽为0.4?0.6倍墩高，同排墩间距可为墩高0.5倍。
[0024]消力结构布置于消力池(或护坦)的1/2?1/3处，一般多排设置或交错排列。
[0025]如图1所示，折冲水流A与折冲水流B通过消力墩2墩间距相遇后能量减少；
[0026]在图2所示实施例中，两排消力墩平行交错布置，折冲水流A冲刷右边消力墩2左侧面，水流动能随方向变化；折冲水流B冲刷左边消力墩2右侧面，水流动能随方向变化；两组折冲水流相遇后能量再次递减。图2水流在平面上分成许多小股水流，使其在消力墩后相交、相互撞击并产生旋流；水流在垂直面上受到的阻击，形成强迫水跃，在墩前后产生垂直旋流和水流的间的摩擦，消减水流动能来辅助提高水跃效能；也可以加强水流的横向分散、紊动剪切和掺气量(增大水流与空气的接触面、水流的掺气量和水流的紊动面)，从而控制水跃，改善消力水流流态，使得单位面积上水流的冲击力大大降低。
【主权项】
1.一种低水头大坝下游河床的消力结构，包括混凝土基座(1)和N个消力墩(2)，其特征在于，所述消力墩(2)为梯形台体，台体斜面坡比为1:1，所述消力墩(2)固定在混凝土基座(1)上，N兰5。2.根据权利要求1所述的一种低水头大坝下游河床的消力结构，其特征在于，所述的消力墩(2)墩高为0.8?1.0倍水跃前水深，墩宽为0.4?0.6倍墩高。3.根据权利要求1所述的一种低水头大坝下游河床的消力结构，其特征在于，所述的消力墩(2)固定在消力池或护坦的1/2?1/3处，多排设置或交错排列。
【专利摘要】本实用新型公开了一种低水头大坝下游河床的消力结构，包括梯形台体消力墩和混凝土基座。所述消力结构位于消力池或护坦1/2～1/3处，多排设置或交错排列。利用水流对墩子的冲击力，迫使水流反弹形成水跃，消耗大量的能量，并将水流的剩余能量由动能转变为位能。水流多次冲击消力墩，水跃将趋于稳定且位能减小，从而使下游水面波动平缓，达到在较短距离消除余能的目的，从而减小水流对下游水工设施及河床、岸坡的冲刷破坏。在实际运用中可通过对水流流态、水跃特性、水面线分布等多种因素分析消力墩的高度、分布及数量对水流的影响，以达最优消力能效。
【IPC分类】E02B8/06
【公开号】CN204982814
【申请号】CN201520585113
【发明人】李国军, 杨建刚, 闭良柏, 蒲永, 刘高全, 汤春林, 苟大军, 周源, 何周晏
【申请人】茂县天龙湖电力有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月6日