[發明專利]斜井式泄洪洞的側壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法

有效

• 申請號: 201210108132.7
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102619200A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 董興林;楊開林;李福田;付輝;郭新蕾;王濤;郭永鑫
• 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 11001
• 代理人: 袁建水

技術領域

本發明涉及一種斜井式泄洪洞的側壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法，是一種水利工程的消能方法和設施，是一種用于水庫防洪泄水的泄洪洞中的消能方法和消能設置。

背景技術

傳統的斜井式泄洪洞，洪水從其進水口通過斜井進入反弧段，再通過平洞的出口挑流坎將水流拋射到下游河內。在高速水流的作用下，反弧段末端的底板極易由于空蝕引起嚴重破壞。例如美國胡佛壩泄洪洞發生的深達3米的空蝕破壞，格林峽壩處泄洪洞深達6米的破壞，還有墨西哥的英菲爾尼羅壩、西班牙的阿爾達阿達比拉壩等處的泄洪洞，以及中國的劉家峽和二灘大壩的泄洪洞都曾發生過類似的破壞。為了防止泄洪洞反弧段末端底板的破壞，通常在反弧段起始處上游斜井的底板上澆注摻氣坎（摻氣槽），并在坎后的邊墻設置通氣孔，防止地板的破壞。然而，由于僅在底板上設置用以防止下游空蝕的摻氣坎和通氣孔，當水流的流速很大時（超過40m/s），摻氣坎的邊墻也可能發生空蝕，破壞摻氣坎和通氣孔，使摻氣坎失去了保護反弧段末端的防蝕作用。例如中國二灘水電站的一號泄洪洞就是由于摻氣挑坎后的側墻出現空蝕，導致下游鋼筋混凝土底板嚴重破壞。

傳統斜井式泄洪洞的另一個問題是由于洞內未能有效消能，泄洪洞出水口水流帶有大量能量，為防止這些能量破壞出水口岸邊，傳統的方式是采用出口挑流坎。這種出口挑流坎都是設在高于下游洪水位以上的高程處，用空中挑流的方式將高速水流拋射到下游河內。這種高速水流拋射會造成嚴重的河床沖刷，同時由于高速水流在空中的摻氣擴散作用，以及從高空降落沖擊河水濺起高大的浪花，同大氣再次摻混彌散形成嚴重的霧化現象，產生特大暴雨，某些泄洪洞泄洪時，由于霧化形成的降雨量竟達1000mm/h，嚴重破壞生態植被，引起山體滑坡和環境惡化。由于出口挑流霧化攜帶泥沙粉塵，還會使高壓變電器短路，導致電力中斷，同時還破壞了岸邊公路。

發明內容

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種斜井式泄洪洞的側壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法，對已建成的泄洪洞進行改進，在反弧段起始處底板的摻氣坎上游側壁設置帶有通氣管的側摻氣坎，改造泄洪洞出水口，設置潛水挑流坎，以防止反弧段末端空蝕和減輕出水口的霧化現象，消除對泄洪洞下游的生態破壞。

本發明的目的是這樣實現的：一種斜井式泄洪洞的側壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能工，所述斜井式泄洪洞包括：入水口，所述入水口與斜井連接，所述的斜井與出水洞連接，所述的斜井與出水洞連接的反弧段的起始處的底板上設置帶有通氣管的主摻氣坎，在所述主摻氣坎的上游的兩側壁設置相對而立的一對分別帶有通氣管的側摻氣坎；所述的出水洞的出口的位置設置在河道的洪水水位之下，所述出水洞的出口與所述河道水流的夾角小于90度并沿泄洪水流的方向擴大，形成喇叭形，所述出水洞的出口處底板上設置帶有通氣管的沿所述河道水流方向和所述泄洪水流方向抬起潛水挑流坎。

一種使用上述消能工的消能方法，所述方法的步驟如下：

水流通過入水口進入斜井；

水流接近斜井底部時，通過所述主摻氣坎，在主摻氣坎后產生負壓吸允的大量空氣，由高速水流帶到反弧段的末端形成水氣墊層，以抑制空蝕對鋼筋混凝土底板的破壞；

水流經過反弧段進入出水洞，在出水洞出口水流以與河道水流小于90度的角度流入河道；

所述在斜井中的水流在經過主摻氣坎之前，流經側摻氣坎，水流在側摻氣坎背水面產生立軸渦流產生消能作用，同時所述的立軸渦流在側摻氣坎背水面產生負壓，所述負壓經通氣管吸收大量洞頂空氣，摻入水中消能，立軸渦流和摻入的空氣，保證主摻氣坎兩側壁不發生空蝕；

所述出水洞中的水流流出出水洞，與所述河道中的水流匯合，使河道中的水流在出水洞流出的水流高速射流的拖曳下，在出水洞潛水挑流坎作用下，挑流水舌的下方產生水平軸順時針的漩渦流，并通過通氣管摻入大量空氣，在所述挑流水舌上方產生水平軸逆時針的漩渦流，進行紊動剪切作用，提高消能率，減輕對河道的沖刷和霧化現象。