一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统的制作方法

专利名称：一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统，是一种水工系统， 是一种用于输水工程中的水力调控系统。
背景技术：
输水方式包括无压重力输水、有压重力输水、加压输水、重力和加压组合 输水等，在一般情况下，当有足够的可利用输水地形高差时，宜优先选择有压 重力输水方式。输水起末端的水力高度差为有压重力输水的可利用水头。在确 定输水设计流量后，尽量利用可利用水头，尽可能的减小输水管管径，实现尽 可能的少投资，产生最大效益。当然，输水管流速越大，运行时可能引起的水
锤升压越高。为防止管道发生破坏性水锤事故， 一般要求输水管流速不大于3 m/s。因此，重力输水管经济管径就是由充分利用现有可利用水头输送设计流量 而确定，即输水管径是在充分利用现有水头条件下，由最大流量决定的，也就 是说，在设计流量工况下运行时无剩余能量。由于输水过程中，输水流量是变 化的，目前普遍采用在管道末端或中间设置调节阀(既能消能又能控流的装置)。 这样，就会出现如下情况当低于设计流量运行时，水头损失减少，产生剩余 能量，输水管下游管道压力增加较多。相应带来如下问题管道压力增加，一 是增加工程投资，二是不利于安全输水；要求调节阀调度控制程序严格，否则 产生较大的水击压力，危及工程安全；对水等杂物、异物的敏感性高，潜在风 险大，运行管理复杂，管理费用高；需设置大直径蝶阀、超压泄压阀、异径管、 分支管、弯管等附属设施和附件，用电负荷级别高，需设置安全可靠性高的机 电设备，工程布置复杂，投资较高；特别是调节阀的关键部件需依赖国外，日 后的维修、维护和更新受控于人，对工程运行和管理非常不利。

发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出了 一种带有自动调节堰井的重力有压
4输水系统，所述的方法使用一种调节堰井的设施，本发明与调节阀相比，具有
下述突出优点针对不同流量，自动调节水头，运行控制简单方便；与采用调 节阀时正好相反，设计流量时管道压力是最大，大大降低了管道压力，既节省 投资，又有利于安全输水；技术原理简单，水力性能好，流态平稳；水力调控 效果好，工程安全可靠性有保障；所需机电、机械设备^f艮少，工程管理简便； 工程设计简单，施工方便，工程维护工作量小，维护费用低。
本发明的目的是这样实现的 一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统， 所述的系统包括设置在供水方的上游输水进水口和设置在用水方的下游输水 出水口，其特征在于，所述的输水进水口与输水出水口之间通过管道连接至少 一个调节堰井，所述的调节堰井包括与上游管道连接的在调节堰井的进口胸 墙底部的堰井进水口，所述的进口胸墙两侧分别连接堰井侧墙，与所述堰井侧 墙连接的是调节堰井的出口胸墙，所述的出口胸墙的底部是与下游输水管道连 接的堰井出水口；进口胸墙、出口胸墙、两侧堰井墙形成截面为矩形的调节堰 井的竖井，所述竖井顶端的井口敞开或覆盖空气可以流动的覆盖物，溢流堰设 置于进口胸墙和出口胸墙之间的竖井底部，横担在两侧墙之间。
本发明产生的有益效果是(l)对于较长的重力有压输水工程，不同输水流 量所需水头不同，具有调节堰井的输水系统可以自动调节水头，小于设计流量 时，分段消耗富余水头，降低有压管涵内水压力，在最小运行流量时，又能保 持管涵所必需的最小压力要求，水力控制既筒单，又能保证工程安全可靠输水;
(2) 根据地形地势变化布置调节堰井，可以減小管涵埋深，减小管涵内压， 降低工程投资；
(3) 设置多座调节堰井，有利于水力惯性控制，便于运行管理；
(4) 输水系统停水时，水体仍保持在管涵内，使管涵保持有压状态，避免长 距离有压输水系统再次启动前的小流量、长时间充水情况，大大提高了输水时 效；
(5) 长距离输水工程中，中途设有支管或分水口，或末端直接与其他工程相 接时，调节堰井具有保压的作用；
5(6) 调节堰井具有检修闸的作用，可为工程全线检修、分段检修、错孔检修
提供便利条件；
(7) 具有调节堰井的输水系统首部、中间地段遇突发事故(如管道损坏事故)，调节堰井具有阻隔、节制作用，避免水量大量损失，可节省水资源；
(8) 具有调节堰井的输水系统末端遇突发事故(如泵站事故)，调节堰井具有分段减弱水击能量，分段隔断或减小水击波，每个堰井起到调压井作用；
(9) 流量变化时，调节堰井具有减弱水力振荡和防止液柱分离的作用；
(10) 调节堰井具有抑制水面波动的作用，保证输水系统压力、流量稳定，并有利于流量计量；
(11) 调节堰井具有防止气泡进入下游有压流道的作用，保证输水能力和工程安全。


下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一所述的一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统纵剖面示意图2是本发明实施例二所述一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统的调节堰井纵剖面示意图3是本发明实施例二所述调节堰井大流量、高水位时流态示意图4是本发明实施例二所迷调节堰井小流量、#<水位时流态示意图5是本发明实施例三所述调节堰井的纵剖面示意图6是本发明实施例四所述调节堰井的纵剖面示意图7是本发明实施例五所述调节堰井的纵剖面示意图8是本发明实施例六所述调节堰井的纵剖面示意图9是本发明实施例六所述调节—堰井的未设消波板小流量时气泡逸出及水面波动情况示意图IO是本发明实施例六所述调节堰井在设消波板小流量时气泡逸出及水面波动情况示意图。
具体实施例方式
实施例一
本实施例是一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统，如图1所示。本 实施例所述的系统包括设置在供水方的上游输水进水口 3和设置在用水方的 下游输水出水口 6，输水进水口与输水出水口之间通过管道5连4矣至少一个调节 堰井4、 401。调节堰井包括与上游管道连接的在调节堰井的进口胸墙7、 701 底部的堰井进水口 8、 801,进口胸墙两侧分别连接堰井侧墙，与堰井侧墙连接 的是调节堰井的出口胸墙10、 1001，出口胸墙的底部是与下游输水管道连接的 堰井出水口 11、 1101。进口胸墙、出口胸墙、两堰井侧墙形成截面为矩形的调 节堰井的竖井，竖井顶端的井口敞开或覆盖空气可以流动的覆盖物，溢流堰9、 901设置于进口胸墙和出口胸墙之间的竖井底部，橫担在两侧墙之间。
整个输水系统充满水的过程水流由输水进水口进入第 一调节堰井的上游 管道，通过第一调节堰井的上游管道进入第一调节堰井；水流在第一调节堰井 的第一溢流堰的阻挡下开始在第一溢流堰的迎水面聚集，当水位升高至输水进 水口的高度时整个第一调节堰井的上游管道充满水；水位继续上升至第一溢流 堰顶端，并由第一溢流堰顶端溢出，水流进入第一溢流堰背水面一侧；水流进 入第一溢流堰背水面一侧流过第一调节堰井的消波板底部进入第一调节堰井的 明槽段，并继续流入第一调节堰井的下游管道；第一调节堰井的下游管道也是 第二调节堰井的上游管道，水流通过第二调节堰井的上游管道进入第二调节堰
井；水流在第二调节堰井的第二溢流堰的阻挡下开始在第二溢流堰的迎水面聚 集，当水位升高至第一调节堰井的堰井出水口高度时整个第二调节堰井的上游 管道充满水；水位继续上升至第二溢流堰顶端，并由第二溢流堰顶端溢出，水 流进入第二溢流堰背水面一侧；水流进入第二溢流堰背水面一侧流过第二调节 堰井的消波板底部进入第二调节堰井的明槽段，并继续流入第二调节堰井的下 游管道；第二调节堰井的下游管道也是第三调节堰井的上游管道，水流通过第 三调节堰井的上游管道进入第三调节堰井；水流在第三调节堰井的第三溢流堰 的阻挡下开始在第三溢流堰的迎水面聚集，当水位升高至第二调节堰井的堰井出水口高度时整个第三调节堰井的上游管道充满水；继续循环直至将所有调节堰井的上游管道充满水；当最后一个调节堰井充满水后，水流从最后一个溢流堰的顶端溢出后流出输水出水口，完成充水过程。
小运行流量输水过程根据运行流量大小，按一定的开启度开启进水口闸门，水流由输水进水口进入第一调节堰井的上游管道，由于管道内已充满水，输水进水口处的流量以压力波的形式传递，压力波的传播速度很快，输水进水口处的流量变化很快传递至第一调节堰井。小流量输水时，所需水头小，溢流堰下游水位较低，因此，水流在第一调节堰井的第一溢流堰顶端溢出，并以较大的落差自由跌落于堰下游的水体中(也称为自由堰流)。因堰下游有一定的水垫，故产生水跃，同时水流撞击下排消涡梁，使能量进一步消除，这样可消除大部分能量，在消涡梁的均化水流和消涡作用下，水流较为平稳。水流继续流过第 一调节堰井的消波板底部进入第 一调节堰井的明槽段，在流经消波板时，水中气泡在消波板前逸出，水面波动减小，水流比较平稳。在明槽段，由于消涡梁的均化水流和消涡作用，水流非常平稳地进入第一调节堰井的下游管道。第 一调节堰井的下游管道也是第二调节堰井的上游管道，水流通过第二调节堰井上游管道进入第二调节堰井，水流在第二调节堰井的第二溢流堰顶端溢出，并以较大的落差自由跌落于堰下游的水体中，产生水跃，同时水流撞击下排消涡梁，在消涡梁的进一步消能、均化水流和消涡作用下，水流较为平稳。水流继续流过第二调节堰井的消波板底部进入第二调节堰井的明槽段，在消波板抑制水面波动和使气泡提前逸出的作用下，水流比较平稳。由于明槽段消涡梁的均化水流和消涡作用，水流非常平稳地进入第二调节堰井的下游管道。第二调节堰井的下游管道也是第三调节堰井的上游管道，继续循环直至水流从最后一个溢流堰的顶端溢出后流出输水出水口 ，实现小运行流量输水过程。
流量增加时，按一定的开启度进一步开启进水口闸门，水流由输水进水口进入第一调节堰井的上游管道，输水进水口处的流量变化以压力波的形式传递至第一调节堰井。由于流量增加，所需水头增加，溢流堰上、下游水位增加，下游水位增加值大，落差变小。当堰下游水位高过堰顶至一定范围时，过堰水流受到下游水位的顶托，即为所谓的淹没堰流。水流在第一调节堰井的第一溢 流堰顶端溢出，以较小的落差跌落于堰下游的水体中。因堰下游水深较大，产 生淹没水跃，同时水流撞击上、下两排消涡梁，使能量进一步消除，这样，消 能率进一步提高，水面波动小，气泡量少。在上下两排消涡梁的均化水流和消 涡作用下，水流比较平稳。水流继续流过第一调节堰井的消波板底部进入第一 调节堰井的明槽段，在流经消波板底部时，因堰下游水深较大，消波板至调节 堰井底板的孔口高度与水深的比值较小，相当于孔口高度变小，消波板的抑制 波动及阻挡气泡的作用增强，效果更加明显，使得明槽段的水流更加平稳。在 明槽段，由于上下两排消涡梁的均化水流和消涡作用，水流非常平稳地进入第 一调节堰井的下游管道。第一调节堰井的下游管道也是第二调节堰井的上游管 道，水流通过第二调节堰井上游管道进入第二调节堰井，水流在第二调节堰井 的第二溢流堰顶端溢出，并以较小的落差跌落于堰下游的水体中，产生淹没水 跃，由于上下两排消涡梁的进一步消能、均化水流和消涡作用下，水流比较平 稳。水流继续流过第二调节堰井的消波板底部进入第二调节堰井的明槽段，在 消波板抑制水面波动和使气泡提前逸出的作用下，水流更加平稳，在明槽段上 下两排消涡梁的均化水流和消涡作用下，水流非常平稳地进入第二调节堰井的 下游管道。第二调节堰井的下游管道也是第三调节堰井的上游管道，继续循环 直至水流^^最后一个溢流堰的顶端溢出后流出输水出水口 ，实现增加流量的过 程。
当输水流量达到设计规模时，溢流堰上下游水位进一步增加，上下游水位 非常接近，无明显的落差现象，此时水流流态仍属于淹没堰流，只不过是淹没 度大而已，此时堰顶水深也比较大，水流在溢流堰顶水平流过，不存在气泡问 题，水流流态最为平稳。工程沿线各个调节堰井均达到此状态，也就是说，调 节堰井将输水工程起止端水头全部利用起来输水。
实施例二
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于溢流堰的细化，如图2所示。 本实施例所述调节堰井的溢流堰为修圆的折线实用堰型，所述进口胸墙至溢流堰中心的距离(或称"溢流堰上游距离"，或更简称"堰上游")不小于堰井进
水口高度，所述溢流堰的高度为最小运行流量时，堰井进水口淹没深度不小 于1.0米，堰井出口淹没深度不小于1.5米，溢流堰顶至调节堰井的井口的高度 大于或等于堰井进水口高度，所述溢流堰中心至出口胸墙之间的距离(或称"溢 流堰下游距离"，或更简称"堰下游")不小于最小运行流量时，溢流堰顶端水 舌跌落距离加水跃长度，再加2.5倍的水跃长度。
溢流堰的堰型在工程应用中，可根据不同的建筑条件及使用要求，将堰 做成不同的类型。按照堰外形与厚度及水流特征，将堰分为薄壁堰、实用堰及 宽顶堰等类型，实用堰可分为折线形实用堰和曲线型实用堰，曲线型实用堰包 括WES型、渥奇型、克-奥型和驼峰型等类型。按照堰体活动性，还可将堰分 为固定式和活动式，闸门、充水或充气式橡胶坝袋即属于活动式。本实施例使 用的是修圓的折线实用堰型，这是一种对折线实用堰的改进，将折线实用堰的 堰顶调整为三段不同半径的圆弧，这样，既提高了过流能力，又便于施工控制， 保证工程质量。
堰顶高程的确定原则是 一是保证管涵进出口分别满足一定淹没深度的要 求；二是设计流量运行条件时，调节堰井的水头损失尽量小。
从理论上讲，堰顶高程应同时满足下列条件在最小运行流量时，管道进 口淹没深度应不小于1.5 m,管道出口淹没深度不小于1.0 m;在设计流量时， 堰顶水深不宜小于管道高度。见图1。这样，就可确定堰顶高程。若不能同时满 足上述两个条件，可采取降低管道的措施。图1中①线为设计流量压坡线；② 线为最小运行流量时的压坡线；D为输水管道高度；h！为最小运行流量时管道 进出口水位差，即输水所需水头；h2为最小运行流量时下游堰堰顶水深；h3为 堰顶与上游管道进口的高程差，h3> 1.5-Mi2, Pl+h2-D>1.0。
对于长距离输水工程，局部损失和流速水头在总损失中所占比重很小，一 般小于5%,计算时可以忽略不计，况且， 一个调节堰井相当于有压管道拐4个 直角，设计流量下，4又损失4个流速头，因此，调节堰井的长度并不由最小水 头损失这一原则决定，刻意的追求最小水头损失的工程意义和必要性不大。
10溢流堰中心距进口胸墙距离Lp应以不小于管道高度为原则，见图2。 溢流堰中心至出口胸墙的距离L2的确定，应以保i正流态平稳、水位及流量 稳定、防止气泡进入下游有压管道为原则。由于调节堰井不同于一般的水工建 筑物，其堰后有较深的水垫，目前尚无确切的水跃长度计算公式。根据调节堰 井的水力特点，确定堰后长度由水舌跌落距离、水跃长度、跃后段长度确定。
为安全起见，按30m3/s~60 mVs (自由堰流流态)的过流成果进行计算，其计 算公式如下
①跃前断面水深h4
式中<formula>formula see original document page 11</formula>
q——单宽流量，q = Q/b， Q代表流量，b代表过水断面的宽度； (J)——流速系数，取(J) = 1.0; Eo —一总能头；
h4——跃前断面水深，水跃表面旋滚起点的过水断面称为跃前断 面，该断面处的水深称为i 夭前断面水深。
②弗汝德数F^
<formula>formula see original document page 11</formula>
式中
Fn — 一为跃前断面水流的弗汝德数，代表水流的惯性力和重力两 种作用的对比关系；其它同前。
③ 5^后断面水深hs<formula>formula see original document page 11</formula>
式中
h5——跃后断面水深，水跃表面旋滚末端的过水断面称为跃后断 面，该断面处的水深称为跃后断面水深。其它同前。
④ 水舌跌落距离h
<formula>formula see original document page 11</formula>式中
h——水体抛射的水平距离；
H0——堰顶全水头，H0 = h上+ u 2/2g;
P——跌差。
⑤ 水跃长度12
12 = 4.3h5
式中
12——水跃长度，即跃前断面至跃后断面的水平距离。
⑥ 跃后段长度13
13 = 2.515
⑦ 堰下游段即溢流堰中心至出口胸墙的总长度1:
1 = lt+l2+l3
所以，溢流堰中心至出口胸墙之间的距离不小于最小运行流量时，溢流堰顶端水舌跌落距离加水跃长度，再加2.5倍的水跃长度。
由于本实施例所述调节堰井的水力特性具有一定的特殊性，可以借鉴的资料很少，为此，进行了专门的水工模型试验。
经对堰型的分析与比选，采用修圆的折线型实用堰型。根据各堰堰高，模型试验取两种溢流堰作为典型堰进行试验， 一种较高的堰和一种较低的堰。现将有关试验成果归纳如下
(1)调节堰井水头调节能力
调节堰井水头调节能力是一个关于堰后相对水深h/P2(堰后水深h与下游堰高P2之比)的函数，在堰的体型一定时，调节堰井水头调节幅度随相对水深的升高而降低，最后趋于常数，而受流量的影响并不明显。
通过水工试验得出不"^仑高堰还是低堰，大流量时，堰下游水位高，调节能力均位于曲线下部的平緩段，堰上下游水位相差较小，也就是说过大流量时水头损失较小，见图3;小流量时，堰下游水位低，调节能力均位于曲线上部的较陵段,堰上下游水位相差较大，存在明显的跌水现象，跌水幅度较大，也就是说过小流量时水头损失较大，见图4。
由于具有一定高度的溢流堰的存在，使上游管道中的水流流向由水平方向 调整为向上，经溢流堰顶流向下游。小流量时，水流由堰顶自由i 失落于下游管 道进口前的水体中(也称为自由堰流)，溢流堰上下游7jC位差称为落差，流量越 小，落差越大，正是利用这落差，将小流量时的多余水头在各调节堰井处分散 消耗，使管道沿线压力线呈分段布置形式，避免了形成一条较高的连续压力线。 流量增加时，溢流堰上、下游水位增加，下游水位增加值大，落差变小，设计 流量时，落差非常小，其值仅相当于管道拐4个直角的水头损失，是调节堰井 本身所固有的、最小的水头损失，也就是说，调节堰井将输水工程起止端水头 全部利用起来输水。调节堰井正是利用流量变化时过堰水流流态自动转换来实 现水头的自动调节。调节堰井完全满足输水工程大流量时水头损失小、小流量 时水头损失大这一特殊要求。这是调节堰井的技术核心和精髓。
在工程中，当输水流量增加时，水头需求增加，阶梯设置的各调节堰下游 水位增加，各堰流态由自由堰流向淹没堰流过渡，跌水幅度(落差)逐渐减小， 水头损耗自动减少，直到最大规模流量，此时每座调节堰均达到损失最小状态。
当输水流量减小时，水头出现富余，各调节堰水位较原水位降低，各调节 堰淹没度减小，流态由淹没堰流向自由堰流过渡，跌水幅度(落差)增加，水 头损耗自动增加，消除富余水头。这样通过阶梯设置的多座堰的共同协调作用， 在小流量输水时自动消除了富余水头，降低了有压管涵的内水压力，达到安全 可靠输送不同流量的目的。
当流量减小至OmVs,即工程停止输水时，由于各堰间管涵段的下游堰顶均 超过该段管涵始端内顶高程，使有压管涵仍保持满水状态，从而避免了恢复输 水时有压管涵再充水的问题。
在工程设计中，调节堰井位置及座数应根据地形、地质、工程量、投资以 及管理运行等技术经济指标，综合比选确定。当地形较陡、落差较大时，可布 置多座，逐级消能，这样较为经济。 (2)调节堰井过流能力① 过流能力计算^^式
式中
Q——输水流量，m3/s;
s i——侧收缩系凄t;
<js——淹没系数；m——流量系凄t;b——堰宽，m;ho——堰上水头，m。
② 流量系数
流量系数是反映水工过流建筑物过流能力的一个综合参数。不同堰型，不同高度的堰，其流量系数各不相同。
从水工试验数据可知，溢流堰流量系数随流量的增加，有微弱的增大趋势；低堰的流量系数比高堰的稍大些，高堰流量系数为0.433,低堰的流量系数为0.443,两者差值4艮小，相差仅2.3%。以上表明，从工程应用上讲，只要堰体型确定，其流量系数可以认为是一个定值，受堰的高度影响并不明显，完全满足工程要求。
③ 淹没系数
调节堰井中溢流堰的水力边界条件明显不同于渠道、水库大坝中的溢流道(堰闸)，因此，对能反映溢流堰上下游水位对过流能力影响程度的淹没系数进行了系统的试验研究。研究表明当溢流堰下游水位略低于堰顶高程时，高溢流堰和低溢流堰的淹没系数<1，此时溢流堰的过流能力已受下游水位的影响，属于淹没出流与自由出流之间的临界流态。溢流堰为淹没出流时，淹没系数按高低堰试验成果所对应的拟合公式计算，其变化规律如下淹没系数随淹没度增大而减小；当淹没度大于0.6时，淹没系数随淹没度增大而急剧减小。实施例三
本实施例是实施例二的改进，是实施例二的细化，如图5所示。本实施例所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间设置消力池13，在所述消力池上方水平
弧形横排设置3至4根消涡梁12，所述消涡梁为棒状圆柱体，横担在两侧墙之 间，高度高于溢流堰顶。
为了增加溢流堰下游的水垫深度，提高消能率，堰井下游侧底板高程低于 下游箱涵入口底^反高程1.5m，形成消力池，该池以1:1的釗^皮与下游箱涵底斧反 连接。为了防止产生贯通式漏斗漩涡，在有压管道进口前设置消涡梁。
本实施例也进行了水工模型试验，模型试验按水利部部颁标准《水工(常 规)模型试验规程(SL155-95)》和《水工(专题)模型试验规程(SL156~165 -95 )》的相关部分执行。模型按重力相似准则进行设计，采用长度比尺为入^=20 的正态模型，为了保证调节堰井中的流态和水面衔接情况与原型相似，调节堰
至下游渐变段(下游输水管道为渐变故称下游渐变段)之间的主体部分以外， 还包括调节堰井上游渐变段进口上游侧的流道，以及下游渐变段出口下游侧三 孔有压输水箱涵，具体如下
高溢流堰调节堰井模拟了 214m长度范围内的流道，其中上游三孔有压箱涵 的模拟长度为15倍箱涵高度，下游三孔有压箱涵的模拟长度为20倍箱涵高度。
低溢流堰调节堰井模拟了 232m长度范围内的流道，上游三孔有压箱涵的模 拟长度为15倍箱涵高度，下游三孔有压箱涵的模拟长度为20倍箱涵高度。
调节堰井水工模型试验的主要内容是研究堰的布置与局部损失、堰流流量 系数的关系，试验中主要工作是对试验现象的观测，包括水头损失、流量系数 和淹没系数的量测，并对流态、旋涡、气泡逸出、水位波动等情况进行观测。
在调节堰井试-验才莫型的全线共布置了 5个测压断面，每个测压断面上的测 压孔均采用塑料软管连通为均压环，然后与相应的测筒连接。每个断面的测压 管水头通过透明塑料管与测筒连通，用测针量测，测针的读数精确到O.lmm。 测筒固定在墙上，以减少水位波动，保证测量精度。高溢流堰和低溢流堰调节 堰井模型各设置一组测筒。试验前将高溢流堰调节堰井的测筒分别用透明塑料 管连通注水，在确保连通管无气泡后，静置24小时，校核该组各测针基准；低
15溢流堰调节堰井的测针基准也用同样方法校核。
调节堰井"&置3个动水压力测量点，以记录自由出流和淹没出流时的脉动 压力。
在高、低溢流堰调节堰井模型的下游箱涵上各布置3个流速测量断面，顺 水流方向分别记为Sl、 S2、 S3，它们到调节堰井下游箱涵进口的距离分别为 7.6m、 26m和56m。每个断面布置3条测线，它们分别位于三孔有压箱涵的中 部，每条测线布置5个测点，测点1到箱涵底板距离0.20m(原型值，下同)，测 点2、 3、 4、 5距离箱涵底板距离分别为1.2m、 2.2m、 3.2m和测点4.1m。流速 用CSY型光电流速仪测量，其启动流速为2.0 cm/s,各个测点的流速信号由另 外一套计算机数据采集系统同步记录，每个测点的流速采样IO次，取其平均值 作该测点的流速。
调节堰井上、下游堰井和下游箱涵通气孔中的水位变化，采用DJ800型多 功能浪高仪进行测量记录。此仪器为多通道、多功能检测系统，可同时采集、 记录多达64个通道的水位、压力信号，所有量测信号均通过计算机采集、记录 和分析。本次试验中，使用3支浪高仪同时量测水位波动，采样频率为128次/ 秒。
经试验后分析，两座调节堰井的试验成果基本相同。
在三个流速测量断面中，距离下游有压箱涵入口 7.6m的Sl断面最靠近调 节堰井，其受调节堰井下游侧流态的影响最大，该断面的流速分布与均匀流情 况下的流速分布差别较大；而S2断面离调节堰井距离为26m,较Sl断面大， 其受调节堰井下游侧流态的影响明显减小，流速分布明显改善，已基本接近均 勻流情况下的流速分布；对于距离调节堰井最远的流速测量断面S3,流速分布 已基本不受调节堰井下游侧流态的影响，接近均匀流情况下的流速分布。由此 可知，在距离调节堰井下游有压箱涵入口 56m的流速测量断面S3以外的下游有 压箱涵中，水流已基本恢复为均匀流流态。
因调节堰井为自由堰流，堰下游侧水位相对较低，同时受调节堰井下游侧 消力池的影响，堰下游有压箱涵进口断面水流的主流偏向箱涵中心线上方。受其影响，最靠近调节堰井的流速测量断面Sl的流速分布图中，顶部测点的流速明显较大，随着测点位置高程的降低，流速呈逐渐减小的趋势。断面S1的流速
分布不均匀系数最大值为2.37，而S2和S3流速测量断面的不均匀系数最大值不超过1.40，明显小于S1断面。
在原设计位置且运行流量较小时，消涡梁均在水位以上，对抑制水位波动无任何作用，而前面的试验量测表明，此时下游堰井存在较大的水位波动。
按总流量在箱涵三孔中平均分配计算，各孔流量占总流量的分配比应为33.3%。不同流速测量断面上，实测的各孔流道的流量分配比例与流量均勻分配时的比例33.3%的最大偏差均在2%以内，可以认为各流道的流量分配比较均匀。
实施例四
本实施例是实施例二的改进，是实施例二的细化，如图6所示。本实施例所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间上下两排各设置4至5根棒状圆柱型消涡梁，所述消涡梁横担在两侧墙之间，下一排消涡梁1201为水平弧形横排，设置高度低于溢流堰顶，上一排消涡梁1202为水平直线横排，设置高度高于溢流堰顶。
本实施例为改进流态、提高消能率、減小水面波动，取消实施例三在溢流堰下游(即溢流堰背水面)设置的1.5m深消力池，使溢流堰下游为平底，同时增加一道消涡梁。
本实施例进行水工试验，试验方法、仪器设置及其各项条件与实施例二所述的试验相同，仅修改了试验模型，即取消了溢流堰下游的消力池，增加了上述消涡梁，试验成果如下
消涡梁釆用两层梁布置，水位波动幅度总体上呈降低的趋势，即使是在最小运行流量下，下层消涡梁亦基本在水面以下，对水位波动有一定的抑制作用。调节堰井下游堰井的水位波动以及下游通气孔的水位波动均有不同程度的减小，采用两层梁布置对水位波动是有利的。
设置两层消涡梁后，调节堰井的水头损失略有增大，其中高溢流堰调节堰井的水头损失系数增大0.12，低溢流堰调节堰井的水头损失系数增大0.15。溢流堰下游(即溢流堰背水面)设置两层消涡梁，淹没系数的变化规律基 本与实施例二中方案一致，且在相同淹没度情况下略小些，这与设置两层消涡 梁31起堰井的水头损失稍有增大的结论是吻合的。溢流堰下游设置两层消涡梁， 对自由堰流时(带有跌水)的过流能力没有任何影响，而淹没堰流时的过流能 力会略有降低。
三个不同的流速测量断面流速分布比较接近，各断面的流速分布不均匀系
数均小于1.23，明显^f氐于实施例三中的方案，说明设置两层消涡梁以后，下层 消涡梁接近箱涵进口，有利于抑制溢流堰下游水流的旋滚，起到一定的平顺水 流作用，使断面Sl的流速分布也比较均匀；距离调节堰井最远的流速测量断面 S3，已基本不受溢流堰下游侧流态的影响，接近充分发展的湍流流速分布。
按总流量在箱涵三孔中平均分配计算，各孔流量占总流量的分配比应为 33.3%。不同流速测量断面上，实测的各孔流道的流量分配比例与流量均匀分配 时的比例33.3°/。的偏差均不超过2%,各流道的流量分配比较均匀。
在不同的流量、水位运行组合条件下，低溢流堰和高溢流堰调节堰井的上 述两个方案的流态观测试验模型中，溢流堰下游产生的气泡，绝大部分都在堰 井中逸出，剩余气泡进入下游有压箱涵，两个方案中均未出现吸气旋涡。
实施例五
本实施例是实施例二的改进，是实施例二的细化，如图7所示。本实施例 所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间设置消波板14，所述消波板横担在两侧 墙之间，消波板的上端与竖井井口平齐，消波板的下端与竖井的井底距离不小 于堰井出水口的高度，消波板的中心至溢流堰中心的距离不小于最小运行流量 时，溢流堰顶端水舌跌落距离加水跃长度，消波板中心至出口胸墙的距离不小 于2.5倍的水跃长度。
本实施例解决上述实施例所述的调节堰井中存还在的水面波动大、气泡进 入有压管道的问题。解决该问题最直接的、最筒单的办法是，增加溢流堰下游 侧长度，这一长度足以使气泡自然逸出。经初步分析，需增加长度较大，虽然 调节堰井的面积也相应增加，能使水面波动程度降低，但是，工程量及投资显著增加。鉴于此，须采取强制措施。经研究分析，确定适当延长堰下游侧长度， 并设置一道横隔墙(或称消波板)，使其既抑制水面波动，又阻挡气泡使气泡提 前逸出，避免进入有压管道，具有一举两得的作用。相对于实施例四中工程布 置，相当于在有压管道进口前增加了一段明槽段。
实施例六
本实施例是实施例五的改进，是实施例五的细化，如图8所示。本实施例 所述调节堰井的溢流堰与消波板之间上下两排各设置4至5根棒状圆柱型消涡 梁，所述消涡梁横担在两侧墙之间，下一排消涡梁为水平弧形横排，设置高度 低于溢流堰顶，上一排消涡梁为水平直线横排，设置高度高于溢流堰顶；消波 板至出口胸墙设置上下两排各设置5至7根棒状截面为矩形的消涡梁，棒状截 面为矩形的消涡梁1203的上下两排的设置高度分别与上下两排棒状圓柱型消涡 梁相同。
消波板及消能消涡梁的设置为使明槽段水位及流量稳定、防止气泡进入 有压管道，在溢流堰与有压管道之间设置消波板，消波板的主要作用是抑制水 面波动；改变水流流态，缩短气泡流程，使气泡提前逸出。为有效、充分发挥 消波板的作用，堰中心距消波板中心距离L2应小于或等于li+I2;为尽量减小调 节堰井的水头损失，并使调节堰井过流平稳，消波板底距调节堰井底板的距离 应不大于下游管道的高度。
有压管道进水口前缘水域发生表面旋涡是较为普遍的现象，表面旋涡对进 水口或后接管道运行不致有较大的影响，但在正常运用条件下，应避免产生危 害压力管道安全运用的贯通式漏斗漩涡，它有可能将空气吸入，使管道震动， 流量减小，增加水头损失，影响工程安全与效益发挥，因此必须予以避免。
在调节堰井中，过堰水流在消波板、压力管道进口胸墙处的流速矢量分别 向两侧旋转，在表面形成回流，与向下流动的水流共同作用，形成立轴漩涡现 象。结合结构因素，在堰井段消波板前、明槽段压力管道进口前分别设置横向 支撑梁，图中所示消涡梁的布置形式(高程、水平间距)适合于水深变化较大 的情况，也有利于工程施工。消波板前的消涡梁同时起消能、均化水流和消涡作用，特别是小流量时，过堰水流在通过低高程处的消涡梁时，水流与消涡梁
发生撞击，从而达到消能的目的；由于消涡梁呈水平布置且间距较小，使得水流较为均匀；后部的消涡梁强制改变进口前的流态，使水流不具备形成立轴旋涡的边界条件，从而达到消涡的目的，这样可避免在消波板处产生挟气旋涡并将其带入明槽段，否则，消波板使气泡提前逸出的同时，又产生了新的气泡，设计所期望的消波板阻挡气泡并使之提前逸出的作用就没有实际意义了 。明槽段压力管道进口前的消涡梁，仅起均化水流和消涡的作用，它最直接地、有效地防止产生挟气漩涡，避免气泡进入有压管道，具体原理同前。
经水工模型试验证明，调节堰井总长度、以及消波板及消能消涡梁的布置形式及尺寸均比较合理，满足设计要求，表明工程布置、结构形式和设计方法是科学合理的。
本实施例所述调节堰井水力控制和防护能力及原理
在工程设计中，设计单位在保证工程安全可靠、运行调度简单及工程管理方便的原则下，对工程可能存在的运行情况、影响因素及其影响程度进行大量的分析论证，进而制定较为详细的运行调度规则和控制标准，比如充水流量的控制、流量增减的幅度及速率、检修工况及条件等，工程管理单位按照此规则和标准实施运行和管理。
对于重力有压输水管道，在工程施工完成后、正式通水运行前，应使整个管道充满水。对于传统的管道中间或末端设调节阀的情况，调节阀的开启，有利于释放意外超压，但过量放水会增长充水时间，故末端阀门的开关和开启度需适时改变， 一般需结合输水管道高差、距离长短、布置形式、管流形态和管道各种附件的动作性能等因素，进行全线、全过程数值仿真研究分析，制定较为严格的充水规则。由于充水过程中，流速、压力、流态等流动参数处于变化过程中，意外影响因素很多，实际充水过程中，需耗费大量的人力、物力和时间，还易因控制不当发生事故。而采用本实施例所述带有调节堰井的有压输水系统，则使充水问题变得非常简单，只需管道进水口处控制好充水流量，即可实现完全自动实施，直到管道出口处溢流堰发生溢流即可，既使充水过程大大简便，又可确保工程安全。在管道充满后，就可按要求增加进水口处的流量， 进入正常运行工况。
小流量运行情况可分为两种， 一是在工程建成初期，用水户需水量小，未
达到设计规;漠，或由于其他因素，工程一直处于小流量运行情况；二是输水过 程中，输水流量发生变化，由大流量变为小流量的情况。对于第一种情况，管 道中流量、流速、压力等流动参数处于不变状态，管道处于比较稳定和恒定的 输水状态。小流量运行时，调节堰井处水流产生跌落，流量越小，跌差越大， 虽然产生淹没式水跃，有利于消除能量，但是仍有余能，导致水面波动较大， 这样，有压管道进口处的淹没深度就有可能得不到有效保证。比如，稳定水位 时要求淹没深度为1.5米，若水面波动幅度为0.6米，则淹没深度变为1.2米， 不满足要求。为消除水跃的余能可以设置消波板，设置消波板后可大大减小水 面波动幅度和程度，消波板后的水面波动幅度最大值仅为5厘米。对于第二种 情况，由于管道沿线流量、流速、压力等流动参数均处于调节渐变过程中，若 不采取措施，水面波动情况更严重，甚至出现明满流过渡问题。另外，在单独 检修某一孔管道中的某一段管道时，需关闭检修闸门，由于设备本身及其他各 方面因素，关闭速率不可能非常慢，此时流量变化速率较大，从而导致管道沿 线流量、流速、压力等流动参数均相应发生较大变化，管道进出口及管道首部 产生较大的水面波动，严重时发生明满流现象，甚者出现负压，产生液柱分离 现象，严重影响工程安全。由于消波板抑制波动的作用，以及堰井段和明槽段 的连通，使堰井段和明槽段共同参与压力调节，调节能力得到明显增强，可避 免上述危害的发生。
在实际运行中，流量变化是较为常见的，是经常发生的，采用本实施例可 保证运行调度简单方便，确保工程安全。至于检修工况，实际工程中， 一般是 按预定检修计划和条件进行，采取调节堰井措施，可为较长管道提供更为灵活 方便的4企修条件和方式，也能适用于意外紧急事故情况。
随着输水流量的增加，溢流堰下游水位增加，水流跌差变小，也可以说需 调节堰井消除的多余水头变小。由于溢流堰下游水位的增加，水垫深度相应增
21加，水;f夭淹没度进一步增加，消能率进一步^是高，水面波动更小，气泡量更少。 也正是由于水位增加，堰井内水流水平方向流速^艮小，气泡在逸出过程中，顺 水流方向的流程变得更短，气泡很快逸出水面。另外，水垫深度越大，消波板 至调节堰井底板的孔口高度与水深的比值越小，相当于孔口高度变小，消波板 的抑制波动及阻挡气泡的作用越强，效果越明显。当流量增至设计规模时，水 流在溢流堰上方水平流过，溢流堰上下游水位基本持平，没有水流跌落现象，
也就不会有因跌水而产生气泡的问题；且溢流堰上方水深较大，整个调节堰井
的体积较大，水流流态最为平稳。此时，管道利用了管道两端最大水头差输水， 没有多余水头，不需调节堰井消除水头，水流只是简单的流过调节堰井而已。
在停止输水前，应按运行规则减小管道进口处的流量，降至预定运行流量 时，按闸门操作规程关闭进口闸门，管道进口处流量变为零，由于水流的惯性 作用，管道内水体仍在流动，流动参数均处于变化过程中。上游堰井内的流量 首先变小，溢流堰上、下游水位变小，堰上游水位逐渐接近堰顶，直至等于堰 顶高程，相应流量变为零，由于溢流堰堰顶高程高于上游管道进口一定距离， 使得管道内水体仍保存在管道内，即管道内水体停止不动。由于调节堰井自动 调节水头的作用，管道流态自上游向下游逐渐自动调节和适应，管道内水体在
一个平稳的过程中渐渐地、自动趋于停止。由于调节堰井的存在，除操作进水 口闸门外，不需4喿作管道沿线任何设施，就可自动停水，既简单又可靠。
由于各调节堰井间管道的下游堰顶均超过该段管道始端内顶高程，使有压 管道在停止输水时仍保持满水状态，从而避免了下次恢复输水时有压管道充水 的问题，只需开启管道进水口闸门即可，水体自然由上游自动流向下游，同样 不需操作管道沿线任何设施，就可自动启动运行，既简单又可靠。
在小流量输水时，溢流堰处发生跌水现象，为保证工程安全可靠输水，应 充分消除下泄水流所挟代的能量。由于沿线设置了多座调节堰井，使得各溢流 堰下游均有一定深度的水垫，水垫深度大于跌水水跃的跃后断面水深(也称为 共轭水深)，形成淹没水跃，这样有利于消能，不需设消力池和消能工，不仅使 流态简单，而且可节省工程量及日后的维护工作量。流量越大，水垫越深，淹没度越大，越能改善水跃性能、降低水面波动，水工试验已充分证明这一点，
如图7所示。
为使小流量时明槽段水位及流量稳定、防止气泡进入有压管道，在溢流堰与有压管道之间设置消波板，消波板与调节堰井底板之间形成一个压力潜孔，经过溢流堰下泄的水流须经过这一压力潜孔，压力潜孔起滤波器的作用，同时，明槽段面积较大，这两方面的作用使水面波动幅度、程度均大大减小。水中气泡，由于浮力及水流流速的作用，在水中呈抛物线式上升，水流流速越大，气泡行程越大，水深越大，气泡行程越大，所需建筑物长度越大。消波板的设置，改变了气泡的运动轨迹，使气泡在消波板的阻挡下直线上升，大大减小了气泡的行程，这样，既防止气泡进入有压管道，又可有效缩短建筑物的长度。详见
图9、图10。
调节堰井在重力有压输水系统中，不但使堰井段、消波板和明槽段的各自作用得到充分发挥，而且彼此间相互结合、适应，使调节堰井具有多重效能和综合效果，使调节堰井的功能和优越性得到进一步增强、扩大和丰富，对长距离压力输水系统的水力控制和防护起到根本性、关键性的保证作用。
由于调节堰井的容积较大，其调压井的作用、消除运行中可能产生的水锤压力的作用，不但进一步得到增强，而且，每个调节堰井相当于一个调节水池，可保证上下游流量配合和调节。
通过阶梯设置的调节堰井，使非恒定流波动得到有效的控制，实现了工程调度运用过程中对非恒定流的自适应性，减少了人工、机械操作，极大方便了工程调度运用和管理，提高了工程的安全性。
本实施例进行的水工试验与上述实施例所进行的水工试验在试验方法、仪器设置及其各项条件与上述实施例所述的试验相同，仅修改了试验模型，即增加了明槽段，明槽段中的消涡梁。不论调节堰井是自由堰流、淹没堰流，设置明槽段以后下游堰井的流态得到明显改善，下游有压箱涵进口的流速已接近均匀的分布。经试验可知，在溢流堰下游设置明槽段以后，下游有压箱涵进口附近的水流已基本恢复为均匀流流态。按总流量在箱涵三孔中平均分配计算，各孔流量占总流量的分配比应为
33.3%。不同运4亍条件下，实测的各孔流道的流量分配比例与流量均匀分配时的 比例33.3%的最大偏差均不超过1.5%,表明各流道的流量分配比较均匀。
试验数据表明调节堰井下游侧设置明槽段后，各典型运行工况下明槽段 水位波动幅度均明显小于不设明槽段的方案下游堰井的水位波动幅度，虽然从 流态来看，部分工况下明槽段存在较明显的水流上涌和回流现象，但各试-验工 况下明槽段中水面总体上均较平稳，波动幅度很小，均不超过5cm。
当堰下游相对水深大于1.4时，高溢流堰调节堰井总水头损失系数近似趋近 于一个常数3.09，低溢流堰调节堰井总水头损失系数近似趋近于一个常数3.40; 前述实施例中无明槽段的高溢流堰调节堰井方案总水头损失系数近似趋近于一 个常数2.43，前述实施例中无明槽段的低溢流堰调节堰井方案总水头损失系数 近似趋近于一个常数3.13。因此，在溢流堰下游侧增设明槽段后，高溢流堰和 低溢流堰调节堰井的总水头损失系数有所增大，水头损失值增大，但是单座调 节堰井的水头损失增加值均不超过3.7cm。
试验中，将高溢流堰和低溢流堰调节堰井中的明槽段长度分别缩短0.5m、 l.Om、 1.5m和2.0m,在不同运行流量下观察了其中的流态。当运行流量为 20m3/s~30m3/s时，明槽段长度缩短0.5m、 l.Om,流态差别不明显。缩短1.5m 时，可目测到流态差别；缩短2.0m时，流态差别逐渐明显，可观察到明槽段中 的水面回流和水体上涌现象均有所加强。流量增到40m3/s时，长度缩短0.5m时， 就可目测到流态的差别；长度缩短l.Om,流态差别开始别的明显；长度缩短 1.5m回流和水体上涌现象明显加强。在运行流量为50m3/s~60m3/s,在明槽段长 度缩短0.5m时，就能比较清楚地观测到回流和水体上涌现象明显加强。上迷现 象表明本实施例所述高溢流堰和低溢流堰调节堰井中的明槽段的长度是合适 的，不宜再进一步缩短。
对上述实施例及本实施例所述的溢流堰位置和溢流堰堰顶高程(溢流堰的 高度)进行试验，试验结果如下 (1)溢流堰位置为了分析溢流堰的位置对调节堰井的影响，将溢流堰位置向下游移动，使 溢流堰井上游侧距离增加一倍。
在调节堰井堰体向下游侧移动4. 4m后，因上游堰井的长度增加，流线趋于 平顺，过流能力略有增加，因此，流量系数增大，高溢流堰调节堰井流量系数 增大0.013，低溢流堰调节堰井流量系数增大0. 009,但是流量系数增大的相对 幅度均不超过2. 5%。
当堰下游相对水深大于1.4时，高溢流堰调节堰井总水头损失系数近似趋 近于一个常数2.55，低溢流堰调节堰井总水头损失系数近似趋近于一个常数 2.76;而高溢流堰调节堰井原方案总水头损失系数近似趋近于一个常数3.09, 低溢流堰调节堰井原方案总水头损失系数近似趋近于一个常数3.40。因此，在 调节堰井堰体位置向下游侧移动4. 4m后，因上游堰井的长度增加，流线趋于平 顺，水头损失系数减小，但是减小的幅度小于1. 0。在输水流量为60m7s时(最 大流量)，单座调节堰井的水头损失减小的幅度不超过3. 6cm。
上述试验成果表明，堰体位置向下游侧移动后，因上游堰井的长度增加， 流线趋于平顺，流量系数有所增加，水头损失系数有所减小，但是改善幅度并 不显著，这表明原先确定的布置思路和原则是合理的。当调节堰井座数较多、 工程总水头较紧张和宝贵时，可参照此思路进行优化布置。 (2)溢流堰堰顶高程
在实际工程中，溢流堰堰顶高程的合理确定既有一定的科学性，又是关键 环节。说它具有一定的科学性，是指影响确定堰顶高程的因素较多，而且须使 溢流堰在大流量时水头损失小、小流量时能真正有效的自动调节水头、最小运 行流量时又能保证安全运行所需的压力，需综合考虑才能确定。说它是关键环 节，主要是因为，它不仅关系着工程能否安全运行，而且还影响工程投资，比 如，在停水时，按有压管道进出口淹没度的要求确定管道埋深，这样，可保证 任何流量下管道均能满足淹没度要求，但是，这过于保守，造成工程投资较大， 况且也没有必要，工程距离越长，影响投资越大。鉴于此，应在保证工程安全 运行的条件下，尽量抬高堰顶高程，以减小管道埋深，节省工程投资。为了分析堰顶高程的影响，将高溢流堰、低溢流堰调节堰井的堰高增加
1. 0m，其余布置均不变，高溢流堰和低溢流堰调节堰井的流量系数均有所增加，高溢流堰调节堰井流量系数增大0. OIO，低溢流堰调节堰井流量系数增大0. 003,但是流量系数增大的相对幅度很小。
当堰下游相对水深大于1.4时，也就是达到设计规模时，高溢流堰调节堰井加高方案总水头损失系数近似趋近于一个常数3.70,低溢流堰调节堰井加高方案总水头损失系数近似趋近于一个常数4. 24;而高溢流堰调节堰井原方案(溢流堰未增高时)总水头损失系数近似趋近于一个常数3.09,低溢流堰调节堰井原方案(溢流堰未增高时)总水头损失系数近似趋近于一个常数3.40。也就是说，在调节堰井堰高增加1. Om后，水头损失系数和水头损失增加不大，水头损失分别增大0. 034 m和0. 047 m,水头损失系数增加值均小于1. 0。
力流输水工程就是利用管道两端的高差来克服这两项损失才能输水，设计时的原则就是，在设计流量时，管道两端的高差等于管道的沿程水头损失及局部水头损失。对于长距离有压管道输水工程，各类建筑物的局部水头损失在总损失中所占比重很小， 一般为5%，有的工程中忽略不计。在本实施例中，将溢流堰的堰高增加了一米，增加的幅度较大，但是，局部水头损失增加却很有限，这就为减小管道埋深、节省工程投资提供了可靠的、科学的、充足的基础和保障。
在试验研究中，为保证试验成果的可靠性、客观性和代表性，在物理模型试验中，选取了两座代表性的调节堰井进行系统试验，且模拟的工程范围也较长。同时，为了验证每座调节堰井及整个工程系统的合理可靠性，还开展了各种可能的运行工况的数值仿真研究，研究表明，调节堰井的工程布置及设计的思路和原则是科学合理、安全可靠的，是能充分满足工程要求的。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的^t支术方案(比如调节堰井的竖井、溢流堰、消波4反的外形、大小、安排等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统，所述的系统包括设置在供水方的上游输水进水口和设置在用水方的下游输水出水口，其特征在于，所述的输水进水口与输水出水口之间通过管道连接至少一个调节堰井，所述的调节堰井包括与上游管道连接的在调节堰井的进口胸墙底部的堰井进水口，所述的进口胸墙两侧分别连接堰井侧墙，与所述堰井侧墙连接的是调节堰井的出口胸墙，所述的出口胸墙的底部是与下游输水管道连接的堰井出水口；进口胸墙、出口胸墙、两侧堰井墙形成截面为矩形的调节堰井的竖井，所述竖井顶端的井口敞开或覆盖空气可以流动的覆盖物，溢流堰设置于进口胸墙和出口胸墙之间的竖井底部，横担在两侧墙之间。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调节堰井的溢流堰截面为修圆的折线实用堰型，所述进口胸墙至溢流堰中心的距离不小于堰井进水口高度，所述溢流堰的高度为最小运行流量时，堰井进水口淹没深度不小于1.0米，堰井出口淹没深度不小于1.5米，溢流堰顶至调节堰井的井口的高度大于或等于堰井进水口高度，所述溢流堰中心至出口胸墙之间的距离不小于最小运行流量时，溢流堰顶端水舌跌落距离加水跃长度，再加2.5倍的水跃长度。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间设置消力池，在所述消力池上方水平弧形横排设置3至4根消涡梁，所述消涡梁为棒状圆柱体横担在两侧墙之间，高度高于溢流堰顶。
4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间上下两排各设置4至5根棒状圆柱型消涡梁，所述消涡梁横担在两侧墙之间，下一排消涡梁为水平弧形横排，设置高度低于溢流堰顶，上一排消涡梁为水平直线横排，设置高度高于溢流堰顶。
5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调节堰井的溢流堰与出口胸墙之间设置消波板，所述消波板横担在两侧墙之间，消波板的上端与竖井井口平齐，消波板的下端与竖井的井底距离不小于堰井出水口的高度，消波板的中心至溢流堰中心的距离不小于最小运行流量时，溢流堰顶端水舌跌落距离加水跃长度，消波板中心至出口胸墙的距离不小于2.5倍的水跃长度。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调节堰井的溢流堰与消波板之间上下两排各设置4至5根棒状圆柱型消涡梁，所述消涡梁横担在两侧墙之间，下一排消涡梁为水平弧形横排，设置高度低于溢流堰顶，上一排消涡梁为水平直线横排，设置高度高于溢流堰顶；消波板中心至出口胸墙设置上下两排各设置5至7根棒状截面为矩形的消涡梁，棒状截面为矩形的消涡梁的上下两排的设置高度分别与上下两排棒状圆柱型消涡梁相同。
全文摘要
本发明涉及一种带有自动调节堰井的重力有压输水系统，是一种用于输水工程的水力调控系统。本发明包括设置在进、出水口之间通过管道连接调节堰井，堰井包括与上游管道连接的在调节堰井的进口胸墙底部的堰井进水口，进口胸墙两侧分别连接堰井侧墙，与堰井侧墙连接的是调节堰井的出口胸墙，出口胸墙的底部是与下游输水管道连接的堰井出水口。溢流堰设置于进、出口胸墙之间的竖井底部，横担在两侧墙之间。对于较长的重力有压输水工程，不同输水流量所需水头不同，调节堰井可以自动调节水头，小于设计流量时，分段消耗富余水头，降低有压管涵内水压力，在最小运行流量时，又能保持管涵所必需的最小压力要求，水力控制既简单，又能保证工程安全可靠输水。
文档编号E02B1/00GK101672024SQ200910093969
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者刘来成, 吴换营, 宁金钢, 张志颇, 景金星, 李惠英, 杨开林, 王云静, 蔡付林, 黄运玉 申请人:天津市水利勘测设计院