[發明專利]一種采用旋流及強水氣摻混消能的泄洪方法和泄洪洞

無效

• 申請號: 200710163314.3
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN101148867A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 董興林;楊開林;王濤
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫福春;李桂玲

技術領域

本發明涉及一種采用旋流及強水氣摻混消能的泄洪方法和泄洪洞，是一種旋流豎井(或水平旋流洞)聯合水墊塘消能的新型泄洪洞，這種泄洪洞能摻入大量空氣進行強力的水氣紊動摻混，可將高水位擋水壩下泄的洪水能量消掉90％，因此能避免高速水流對水工建筑物的破壞和對下游河床沖刷以及引起霧化導致岸坡的不穩定，本發明實用于高水頭大型水電工程的泄洪洞。

背景技術

傳統泄洪洞的缺點有許多。首先這種泄洪洞必須在平面上筆直修建，不能有轉彎，而為了截流筑壩所建造的臨時導流洞，因受地形條件限制多數是帶有彎道，這對于利用導流洞改建泄洪洞來說是非常困難的，雖然經過精心設計也可以克服，但費用要增加很多。另外，由于傳統的泄洪洞是采用斜井通過反弧段與導流洞連接的。在施工方面，斜井的施工比較困難，同時溢流面的平整度有嚴格的要求；在水力學方面，洞內消能率較低，特別是在高落差下，靠近反弧段下游水流流速很大，如100～200m水頭的流速可達38～50m/s，是空蝕破壞的敏感區。全世界有許多泄洪洞的破壞都是因該處發生空蝕引起的(將底板鋼筋拉斷、沖成巨大的深坑，并將百余米長的混凝土底板掀起)，如美國的胡佛、黃尾壩，中國的劉家峽和二灘水電站等泄洪洞，都發生了嚴重破壞事故，直接地威脅擋水大壩的安全。除此之外，由于泄洪洞出口流速較大，易沖刷河床，同時所產生的霧化現象，直接影響下游高邊坡的穩定。要解決這些問題都會使水電工程的投資急劇增加，而且難以確保工程絕對安全。

發明內容

為克服現有技術的問題，本發明提出一種采用旋流及強水氣摻混消能的泄洪方法和泄洪洞。本發明找到一種新型的旋流和強力水氣摻混的消能泄洪方法，即建造一種新型的泄洪洞能克服現有技術的缺點。本方法的采用，促使水流旋轉自然摻氣和在水墊塘中水氣充分摻混攪拌作用，使水流在較大的落差勢能轉化為動能時，將水中大量的能量消除，使洪水平順的流出泄洪洞。并根據這種方法設計了兩種泄洪洞，有效地解決了傳統泄洪洞的疑難問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種采用旋流及強水氣摻混消能的泄洪方法包括：進水口、引水道、旋流落差消能設施、水墊塘、阻水墩、出水洞、出水口，其所述的步驟為：

水流經過進水口、引水道進入泄洪洞的步驟；

水流經過旋流落差消能設施消除落差和旋流消能的步驟；

經旋流消能的水流進入水墊塘，在阻水墩的作用下進一步消能的步驟；

經三次消能的水流通過出水洞及其出水口進入下游河道的步驟。

一種采用旋流及強水氣摻混消能的泄洪洞，包括：修建在水電工程擋水大壩上游岸邊的泄洪洞進水口，與所述進水口相連的是帶有豎井的可以使水流下落并產生旋轉消能的旋流落差消能設施，與所述旋流落差消能設施連接的是與擋水大壩下游水位接近的可以進一步效能的水墊塘，在所述水墊塘的出口處設有阻水墩，與所述水墊塘連接的是由建壩施工中建造的導流洞改建的出水洞，所述出水洞與泄洪洞出水口連接。

本發明產生的有益效果是：使用的旋流及水墊塘摻混水氣擴散消能的措施，有效地將高水位落差產生的水流動能消除，據實驗研究，旋流消能只消去水流中的50～60％的能量，再通過水墊塘(含阻水墩)的消能，洞內消能率達到90％，出口流速可以控制在施工導流時的標準，有效地防止了空蝕、沖刷和霧化現象。因此本發明的泄洪洞出口不必設置任何消能設施，另外由于使用的是豎井，就其工程量和施工難度都小于傳統泄洪洞的斜井，特別是，本發明所述的泄洪洞可以利用建壩工程所廢棄的任何型式導流洞改建而成(不管導流洞是否轉彎，其斷面是何種型式)，在通常情況下水壩建成之后導流洞都要堵死廢棄。從以上幾項來看節省的工程費用將是相當可觀的。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是傳統的泄洪洞示意圖；

圖2是本發明實施例一、四中泄洪洞豎井在水壩中的位置示意圖；

圖3是本發明實施例二、五中旋流豎井兼水墊塘的泄洪洞示意圖，是圖5的B-B剖面圖；

圖4是本發明實施例五中所述的出水洞截面圖，是圖3中E向視圖；

圖5是本發明實施例五中所述的泄洪洞平面圖，是圖3中A-A剖面圖；

圖6是本發明實施例六中所述的水平旋流洞兼水墊塘的泄洪洞示意圖，是圖7的F-F剖面圖；

圖7是本發明實施例六中所述的豎井及起旋室剖面示意圖，是圖6的G-G剖面圖；

圖8是本發明實施例六中所述的阻水墩示意圖，是圖6的H-H剖面圖。

具體實施方式

實施例一：