[發明專利]圓弧形明渠

無效

• 申請號: 201210342014.2
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102828493A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張興奇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: E02B5/00
• 分類號: E02B5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及具有消能功能的明渠的設計，尤其是在山區地形條件下設計縱坡比降大并且彎曲的輸水明渠。

背景技術

人工明渠的橫斷面一般為規則的幾何形狀，常見的有矩形、梯形、三角形和圓形等。在地勢平坦的地區，輸水明渠的橫斷面可根據輸水需要和不同的條件采用矩形、梯形或三角形等形狀，而在山區，由于地形崎嶇，地面坡度陡，輸水明渠橫斷面如果同樣采用矩形或梯形等規則的幾何形狀，那么斷面水流形態將發生變化，尤其是受地形因素影響渠道需要轉彎的情形，上方高速水流會沖擊轉彎部位渠道側壁，產生水躍和偏斜水流，導致水流溢出渠道、對邊坡沖刷以及渠道的破壞。對山區坡度陡、彎曲的明渠水流通常采取消能措施進行控制，如通過在渠底鋪設石頭等材料來增加糙率，或者采用落差工程手段，甚至在明渠的轉彎部位采用暗渠結構等方式。但是，如果設計輸水流量比較大，輸水明渠工程規模將增大，在地形崎嶇的山區這類工程的施工非常困難。

發明內容

本發明的目的是提出一種具有消能功能的輸水明渠，即通過改變矩形斷面明渠側壁的形狀，使山區坡度陡、彎曲的明渠水流平穩流過渠道而設計的一種新型水工建筑物。且輸水明渠頂部具有部分遮蔽有利于節水并提高輸送能力。

本發明的目的是這樣實現的：圓弧形明渠，其特征是明渠渠壁的橫截面是橫置的膠囊形，兩端為圓弧形。上端圓弧形渠壁有遮蔽或上端圓弧形渠壁延長一段直線渠壁遮蔽渠底；橫截面的其它頂部直線部分是空的。

即將現有的矩形橫斷面明渠的左右兩側壁改成圓弧形，使渠道的斷面形狀有利于水流的平穩通過。

本發明可以制備成一定長度的截面如上述的明渠（混凝土）預制塊，可以是全截面的預制塊，也可以是一定長度的兩塊以中心對稱線分割預制塊。

本發明所構建的圓弧形明渠，其特點在于通過渠道斷面形狀的改變，既使渠道縱坡比降大、渠道彎曲，水流也能平穩流過渠道而不產生溢流。當上方高速水流流經渠道彎曲部位時，將以(V為流速，h為水位，g為重力加速度)的流速流過，圓弧形的渠道側壁使水流以螺旋流的形式前進，將高速水流流經矩形渠道彎曲部位時沖擊渠道側壁形成的向上能量轉變為旋轉能量，通過能量形式的轉換達到消能的目的，使高速水流產生的沖擊波不產生溢流、不沖刷邊坡、不破壞渠道本身。而且，通過渠道斷面形狀的改變，還可以縮小工程規模，節約工程成本，從而使在地形崎嶇的山區進行縱坡比降大、彎曲的輸水明渠的設計與施工難度變小。

另外，為了防止螺旋流在圓弧形斷面渠道中流動時產生水沫、或因水位上升產生溢流，在圓弧形側壁的頂部設置垂直側壁。

本發明的有益效果是，具有消能功能，使山區坡度陡、彎曲的明渠水流平穩流過而設計的一種新型水工建筑物。本發明的輸水明渠頂部具有部分遮蔽有利于節水并提高輸送能力。不易溢流、不破壞渠道本身。還可以降低工程成本。

附圖說明

圖1是本發明橫斷面示意圖

圖2是本發明縱斷面結構示意圖，圓弧形明渠右側縱斷面。

具體實施方式

如圖1所示：圖中：圓弧形明渠1、渠底2、圓弧形側壁3、垂直側壁4。

圓弧形明渠1，通過對矩形斷面渠道的左右兩側壁進行改造，渠道斷面形狀變為圓弧形，因此水流在渠道內的流態呈螺旋流。圓弧形明渠的斷面積要能夠容納全部流水而不外溢，就截面的形狀而言，圓弧形側壁（側部）的直徑：渠底寬（直線底寬）的比例為1∶1.5-1.6，圓弧形側壁圓弧形的中心角度為180-220度，圖中標注了210度，則有30度的遮蔽。圓弧形側壁頂部的垂直側壁厚度為0.2-0.3米，明渠開口寬度與渠底寬度的比例為3∶3.8-4.4。圖2所示：圓弧形明渠縱斷面結構（右側壁），以中心對稱線分割的預制塊，二塊構成一小長段。水流在渠道內以螺旋流流態沿程流下。圓弧形明渠左側壁內的水流同樣以螺旋流流態沿程流下。左右兩側壁中的螺旋流均在渠道橫斷面內中心線附近落下并相互沖擊，從而達到消能的目的。