一种适合高水头小流量泄洪消能的联合消能工的制作方法

本发明涉及一种适合高水头小流量泄洪消能的联合消能工，属于水利工程泄洪消能领域。

背景技术：

我国西南地区河流丰富、雨量充沛，易于水利工程的开发与建设。然而许多河流流量较小、泄洪落差却很大，水利工程拦截河流对下游冲刷破坏仍然比较严重。利用消能工进行消能防冲，由于水头高、流量小，大型消能工，消能效果好却不经济；小型消能工，经济但效果不明显。且传统宽尾墩的消能工均为收缩式，在高水头小流量的泄洪消能中反而增加了对局部的冲刷。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适合高水头小流量泄洪消能的联合消能工，采用扩散式宽尾墩有利于水流的扩散、撞击及其在空中的摩擦，倒“v”字阶梯消能工优化水流流态，降低“水翅”高度，施工方便，节约成本。

本发明采用的技术方案是：一种适合高水头小流量泄洪消能的联合消能工，包括宽尾墩1、左边墩2、中墩3、右边墩4、阶梯消能过渡段5、阶梯消能均匀段6、掺气坎8、倒“v”字阶梯，左边墩2、中墩3以及右边墩4位于坝体wes曲面上，左边墩2、中墩3以及右边墩4的下方均设有宽尾墩1，所述的宽尾墩1为扩散式宽尾墩，宽尾墩1下方设有掺气坎8，掺气坎8另一端与倒“v”字阶梯连接，倒“v”字阶梯上部分为阶梯消能过渡段5、下部分为阶梯消能均匀段6，阶梯消能过渡段5呈倒“v”字形；

所述的宽尾墩1的扩散段断面呈六边形，b1为扩散段断面的顶部宽度，b2为扩散段断面的底部宽度，b为扩散段断面中心宽度，中墩3宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b均小于等于1/3，左边墩2及右边墩4宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b大于中墩3宽尾墩的扩散比，但左边墩2及右边墩4宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b小于等于1/2，扩散段断面的顶部宽度b1及扩散段断面的底部宽度b2可根据具体工程要求进行变动，当要求宽尾墩稳定性较高时，可采用扩散段断面的顶部宽度b1宽于扩散段断面的底部宽度b2；当要求阶梯消能稳定性较高时，可采用扩散段断面的底部宽度b2宽于扩散段断面的顶部宽度b1。

优选地，所述的阶梯消能过渡段5的倒“v”字形角度α=130°～150°且α从上到下逐步减小；阶梯消能均匀段6呈坡度、宽度不变。

本发明的工作原理是：水流7自水库上流经坝体溢流坝段流入，经过宽尾墩1的扩散以及空中的撞击散去一部分能量，又经过掺气坎8进一步的挑射、掺气，降低了台阶坝面处的空蚀空化，进而流入倒“v”字阶梯进行进一步消能。

本发明的有益效果是：传统宽尾墩均为收缩式，在高水头小流量的泄洪消能中反而增加了对局部的冲刷，而本发明采用扩散式宽尾墩有利于水流的扩散、撞击及其在空中的摩擦。扩散式宽尾墩可加强水流横向扩散，有利于水流撞击和摩擦，提高消能率；过渡式倒“v”字阶梯消能工优化水流流态，降低“水翅”高度，施工方便，节约成本；扩散式宽尾墩及过渡式倒“v”字阶梯消能工联合消能经济安全，完全可以满足高水头小流量的泄洪消能要求，可值得在我国西南地区高水头小流量流域进行推广。

附图说明

图1是本发明联合消能工结构示意图；

图2是本发明扩散式宽尾墩的扩散段断面结构示意图；

图3是本发明扩散式宽尾墩的左视图；

图4是本发明溢流坝段的俯视图；

图5是本发明倒“v”字阶梯阶的俯视图；

图6是本发明利用到水工建筑消能防冲中的整体示意图。

图1-6中各标号：1-宽尾墩，2-左边墩，3-中墩，4-右边墩，5-阶梯消能过渡段，6-阶梯消能均匀段，7-水流，8-掺气坎。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明所述联合消能工作进一步说明。

实施例1：如图1-6所示，一种适合高水头小流量泄洪消能的联合消能工，包括宽尾墩1、左边墩2、中墩3、右边墩4、阶梯消能过渡段5、阶梯消能均匀段6、掺气坎8、倒“v”字阶梯，左边墩2、中墩3以及右边墩4位于坝体wes曲面上，左边墩2、中墩3以及右边墩4的下方均设有宽尾墩1，所述的宽尾墩1为扩散式宽尾墩，宽尾墩1下方设有掺气坎8，掺气坎8另一端与倒“v”字阶梯连接，倒“v”字阶梯上部分为阶梯消能过渡段5、下部分为阶梯消能均匀段6，阶梯消能过渡段5呈倒“v”字形；

所述的宽尾墩1的扩散段断面呈六边形，b1为扩散段断面的顶部宽度，b2为扩散段断面的底部宽度，b为扩散段断面中心宽度，中墩3宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b均小于等于1/3，如扩散比过大将影响其稳定；由于坝体边墩靠近岸坡部分了，混凝土坝边墩较为牢固，因此左边墩2及右边墩4宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b可适当大于中墩3宽尾墩的扩散比，但左边墩2及右边墩4宽尾墩的扩散比b1/b或b2/b小于等于1/2，扩散段断面的顶部宽度b1及扩散段断面的底部宽度b2可根据具体工程要求进行变动，当要求宽尾墩稳定性较高时，可采用扩散段断面的顶部宽度b1宽于扩散段断面的底部宽度b2（即b1>b2）；当要求阶梯消能稳定性较高时，可采用扩散段断面的底部宽度b2宽于扩散段断面的顶部宽度b1（即b2>b1）。

进一步地，所述的阶梯消能过渡段5的倒“v”字形角度α=130°～150°且α从上到下逐步减小；阶梯消能均匀段6呈坡度、宽度不变。由于过渡式阶梯消能方式主要受前几节阶梯影响，考虑消能率及施工经济性，采用变化角度形式的过渡式倒“v”字阶梯消能工，其角度α=130°～150°；均匀阶梯呈坡度、宽度不变。

通过国家自然科学基金（51569010）水工模型试验，可得知在阶梯消能中应用过渡阶梯消能率有所提高，并且其中前几节阶梯对其影响比较明显。本发明所述扩散式宽尾墩呈六边形，本发明所述过渡式倒“v”字阶梯消能工，包含了阶梯消能过渡段5及阶梯消能均匀段6两部分，阶梯消能过渡段5呈倒“v”字形，其角度α=130°～150°且α从上到下逐步减小；阶梯消能均匀段6呈坡度、宽度不变，均匀变化。

本发明所述的联合消能工由扩散式宽尾墩及过渡式倒“v”字阶梯消能工共同组成，应用于高水头小流量的泄洪消能中，扩散式宽尾墩可加强水流横向扩散，有利于水流撞击和摩擦，提高消能率；过渡式倒“v”字阶梯消能工优化水流流态，降低“水翅”高度，施工方便，节约成本；扩散式宽尾墩及过渡式倒“v”字阶梯消能工联合消能经济安全，完全可以满足高水头小流量的泄洪消能要求，可值得在我国西南地区高水头小流量流域进行推广。

举例说明：

例1：阿海电站采用传统y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的一体化消能方式进行消能防冲，实际操作时发现，无掺气坎长时间的阶梯消能造成了阶梯严重冲刷、坝体安全隐患。通过查阅大量技术材料，阿海电站采用5孔泄流，5000年一遇洪峰流量达到17500m³/s、1000年一遇洪峰流量达到15300m³/s、100年一遇洪峰流量达到12200m³/s，属于高水头大流量电站。在对其进行1:60水工模型实验时发现，y型宽尾墩在收缩水流时造成台阶负压加大、空蚀空化严重，阶梯消能利用不充分，同时也发现过渡阶梯体型对整体消能效果有较大影响。

通过水工模型试验结果，对其进行体型上的优化，同时为了保证坝体的安全可靠，本发明所述联合消能工适用范围控制在高水头小流量状况下。本发明所述联合消能工（见图1）由扩散式宽尾墩（见图2、图3）及倒“v”字阶梯消能工（见图5）组成，扩散式宽尾墩不会造成台阶负压加大、空蚀空化，倒“v”字阶梯使阶梯的消能效果得到充分利用，且增加了掺气坎8因而消能效果更佳。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。