一种多股水舌出流的挑流鼻坎的制作方法

本实用新型涉及水利水电工程泄水建筑物下游挑流消能技术领域，具体为一种水舌分股出流的挑流鼻坎。

背景技术：

水利水电工程泄水建筑物的消能防冲问题一直都是工程建设的重点和难点。由于挑流消能方式具有结构简单、施工方便、节省费用、消能率高等优点，在众多高坝泄水建筑物中应用最为广泛。挑流消能是在泄水建筑物末端设挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用，消除部分能量，然后跌落到离鼻坎较远的河槽中，在冲刷坑和一定的尾水深度所形成的水垫中消能。

挑流鼻坎一般可分为三类，第一类为圆弧形连续坎，其结构最为简单；第二类为水舌纵向扩散挑坎，如窄缝坎和燕尾坎等；第三类为水舌横向扩散挑坎，如斜切坎和舌形坎等。各种异形鼻坎的目的都是使挑流水舌分散入水，降低单位面积上的入水量，以减轻下游河床的冲刷。但是，窄缝坎内水流收缩后水深显著增大，边墙高度被迫增高，较大动水压力作用下高边墙的结构安全问题突出；而燕尾坎由于中间缺口的存在，应力集中效应下结构设计难度较大；而对于横向扩散水舌的斜切坎和舌形坎，要求下游河床开阔，必须具有水舌横和扩散的空间，另外，与纵向扩散相比，水舌横向扩散有限，这都限制了其更广泛的应用。传统的连续弧形挑流鼻坎，其水舌为单一水股，入水较为集中，当下游河床基岩较为软弱时将形成较大的冲刷坑，危及工程安全。

技术实现要素：

本实用新型提供一种多股水舌出流的挑流鼻坎，一方面增加水舌与空气的掺混，提高消能效果，另一方面使各股水舌分散入水，形成多个浅冲坑，以减轻下游河床的冲刷。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多股水舌出流的挑流鼻坎，包括：前段泄槽，在前段泄槽的下游端并行连接有第一反弧段挑坎、第二反弧段挑坎及第三反弧段挑坎，在第一反弧段挑坎与第二反弧段挑坎之间设有第一分流墙，在第二反弧段挑坎与第三反弧段挑坎之间设有第二分流墙，所述第一分流墙和第二分流墙均由相互连接的等高段和坡段组成，并且，等高段与坡段的衔接处与前段泄槽的下游端重合；所述第一反弧段挑坎由第一弧形底及分别与第一弧形底两侧连接的第一分流墙和前段泄槽的一个侧壁的延伸组成；所述第二反弧段挑坎由第二弧形底及分别与第二弧形底两侧连接的第一分流墙和第二分流墙组成；所述第三反弧段挑坎由第三弧形底及分别与第三弧形底两侧连接的第二分流墙和前段泄槽的另一个侧壁的延伸组成；所述第二反弧段挑坎位于所述第一反弧段挑坎与所述第三反弧段挑坎之间，第一反弧段挑坎的挑坎出口高度h1、第二反弧段挑坎的挑坎出口高度h2与所述第三反弧段挑坎的挑坎出口高度h3依次逐步升高和/或逐步降低，第一反弧段挑坎的挑坎水平长度l1、第二反弧段挑坎的挑坎水平长度l2与所述第三反弧段挑坎的挑坎水平长度l3依次逐步升高和/或逐步降低。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

水流经分流墙流入第一、第二和第三反弧段挑坎，从原来的水流整体被分成完全分离、互不干扰的三部分水股，三个反弧段挑坎的水平长度、挑角不同，导致每股水流挑射的起点高度和角度也不同，在空气中形成上、中、下三股水舌轨迹，水平长度越短、挑角越小的反弧段挑坎挑射的水股在空气中运动时间越短、越早落入下游河道，水平长度越长、挑角越大的反弧段挑坎挑射的水股在空气中运动时间越长、越迟落入下游河道。

水舌单股出流的挑流鼻坎，挑射后的水舌只有上缘表面和下缘表面可以掺混空气，远离表面的水体则无法掺气，而多股水舌出流的挑流鼻坎增加了水舌的数量，同时降低了水舌的厚度，使每股水舌的上下缘都可以接触到空气，极大地增加了水体与空气间的接触面积，且提高了掺气的水体比例，使水气之间的相互掺混更加剧烈，达到提高消能率的目的。

除此之外，单股水舌出流的挑坎能量集中，挑射后形成单一的深冲坑，对下游河床冲刷严重，并危害上游泄洪建筑物的安全，而多股水舌出流可以分散入水能量，将单股的大流量、大体积水流分成小流量、小体积的多股水流，分别挑射后在下游河床上形成多个浅冲坑，有效减轻其对下游河床的冲刷，同时保障了上游泄洪建筑物的安全运行。

附图说明

图1为本实用新型提供的多股水舌出流的挑流鼻坎平面图；

图2为本实用新型提供的多股水舌出流的挑流鼻坎立面图；

图3为本实用新型提供的多股水舌出流的挑流鼻坎h1>h2>h3同时l1>l2>l3同时r1<r2<r3水舌实施例；

图4、图5、图6为图2中1-1、2-2、3-3处剖面图；

图7为图2中a-a处剖面图；

图8为本实用新型提供的多股水舌出流的挑流鼻坎h1<h2<h3同时l1<l2<l3同时r1＝r2＝r3实施例；

图9为本实用新型提供的多股水舌出流的挑流鼻坎h1<h2<h3同时l1<l2<l3同时r1＝r2＝r3水舌实施例。

具体实施方式

一种多股水舌出流的挑流鼻坎，包括：前段泄槽5，在前段泄槽5的下游端并行连接有第一反弧段挑坎1、第二反弧段挑坎2及第三反弧段挑坎3，在第一反弧段挑坎1与第二反弧段挑坎2之间设有第一分流墙41，在第二反弧段挑坎2与第三反弧段挑坎3之间设有第二分流墙42，所述第一分流墙41和第二分流墙42均由相互连接的等高段401和坡段402组成，并且，等高段401与坡段402的衔接处与前段泄槽5的下游端重合；所述第一反弧段挑坎1由第一弧形底101及分别与第一弧形底101两侧连接的第一分流墙41和前段泄槽5的一个侧壁的延伸组成；所述第二反弧段挑坎2由第二弧形底201及分别与第二弧形底201两侧连接的第一分流墙41和第二分流墙42组成；所述第三反弧段挑坎3由第三弧形底301及分别与第三弧形底301两侧连接的第二分流墙42和前段泄槽5的另一个侧壁的延伸组成；所述第二反弧段挑坎2位于所述第一反弧段挑坎1与所述第三反弧段挑坎3之间，第一反弧段挑坎1的挑坎出口高度h1、第二反弧段挑坎2的挑坎出口高度h2与所述第三反弧段挑坎3的挑坎出口高度h3依次逐步升高和/或逐步降低，第一反弧段挑坎1的挑坎水平长度l1、第二反弧段挑坎2的挑坎水平长度l2与所述第三反弧段挑坎3的挑坎水平长度l3依次逐步升高和/或逐步降低。在本实施例中：

在第一分流墙41和第二分流墙42的坡段402的顶部设有半圆弧型墙帽，坡段402的高度由0渐变至等高段401的高度，所述坡段402倾角取值范围为20°～30°；第一反弧段挑坎1、第二反弧段挑坎2与第三反弧段挑坎3的宽度比b1：b2：b3为1：1：1。

下面参照附图，对本实用新型的具体方式做出更为详细的说明：本实用新型中，所述多股水舌出流的挑流鼻坎的第一反弧段挑坎1、第二反弧段挑坎2和第三反弧段挑坎3分别为半径为r1、r2、r3的圆弧曲面底板，其俯视图均为面积不等的矩形，形成半径r1、r2、r3可以相等或不等的底板分离式挑坎。

多股水舌出流的挑流鼻坎过水有其独特的特点：水流通过多股水舌出流的挑流鼻坎时，在横向上彻底分离成完全分隔、互不干扰的三部分水股，而且还因为三个弧形曲面底板的半径、挑角和长度不同，构成了过流面横断面高低错落的结构，使分股水流的出口位置和高度有所差别，第一、第二和第三弧形挑坎的出射角度不同，分股水流的入水角度也相应不同，迫使水流沿三股互不相同的抛射轨迹向下游运动，前后错落地落至下游河道，分散入水能量，形成多个较浅的冲坑，避免河床冲刷严重，对河床及岸边边坡起到了重要的保护作用，同时还增加了水舌与空气间的接触面积，提高了掺气的水体比例，使水气相互掺混更为剧烈，进一步增大消能效果。

如图1和图2所示，本实施例给出的多股水舌出流的挑流鼻坎，其构成为前段泄槽5、第一反弧段挑坎1、第二反弧段挑坎2、第三反弧段挑坎3、第一分流墙41及第二分流墙42；第一分流墙41和第二分流墙42均由相互连接的等高段401和坡段402组成，并且，等高段401与坡段402的衔接处与前段泄槽5的下游端重合；第一反弧段挑坎1的弧形底101为r1＝50m、θ1＝45°的圆弧形曲面，第二反弧段挑坎2的弧形底201为r2＝60m、θ2＝30°的圆弧形曲面，第三反弧段挑坎3的弧形底301为r3＝75m、θ3＝20°的圆弧形曲面；第二反弧段挑坎2位于所述第一反弧段挑坎1与所述第三反弧段挑坎3之间，且l1＝35.36m、l2＝30m、l3＝25.65m；分流墙的坡段402倾角20°。

如图8和图9所示，本实施例给出的多股水舌出流的挑流鼻坎，其构成为前段泄槽5、第一反弧段挑坎1、第二反弧段挑坎2、第三反弧段挑坎3、第一分流墙41及第二分流墙42；第一分流墙41和第二分流墙42均由相互连接的等高段401和坡段402组成，并且，等高段401与坡段402的衔接处与前段泄槽5的下游端重合；第一反弧段挑坎1的弧形底101、第二反弧段挑坎2的弧形底201和第三反弧段挑坎3的弧形底301均为r1＝r2＝r2＝60m的圆弧形曲面，但θ1＝15、θ2＝25、θ2＝35°；第二反弧段挑坎2位于所述第一反弧段挑坎1与所述第三反弧段挑坎3之间，且l1<l2<l3；分流墙的坡段402倾角30°。