[發明專利]一種壩面消能工

有效

• 申請號: 201310200680.7
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103225292A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 何貞俊;王建平;陳榮力;吳小明;陳文龍;何用;蘇波;劉霞;梁志宏
• 申請（專利權）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 廣州致信偉盛知識產權代理有限公司 44253
• 代理人: 郭曉桂

技術領域

本發明涉及溢流壩結構，特別是一種溢流壩的壩面消能工。

背景技術

水壩，是攔截江河渠道水流以抬高水位或調節流量的擋水建筑，其具有形成水庫，抬高水位、調節徑流、集中水頭，用于防洪、供水、灌溉、水力發電、改善航運等作用，但水壩泄洪時水流高度集中，必須采取有效的消能方式對下泄的水流進行消能，否則，下泄洪流產生的巨大水能會對下游河床及周邊環境造成不良影響。

在現有的消能方式中，通過修造壩面的結構進行消能是相當有效的方式，例如，傳統的壩面常修造成糙率很小的光滑曲面，下泄水流90%以上的能量被輸送到壩面末端集中進行底流消能，但采用底流消能時所需的消力池既深又長，消能防沖設施工程量大、造價高。

為此，如圖1、圖2所示，現有技術出現了將壩面修造成內凹式連續階階梯狀、或者外凸式不連續階梯狀的消能方式，其中，內凹式連續階梯消能工多用于坡度較陡的壩面上，外凸式不連續階梯消能工多用于坡度較緩的壩面上。通過階梯對水流產生破碎作用，加劇了水流紊動和邊界層的發展，使壩面階梯上出現沿水平軸旋轉的橫向含氣漩渦，主流受其襯墊，掠過各階梯末端，逐步形成表面有摻氣水舌、底部有穩定含氣漩滾的階梯壩面典型流態——滑掠水流，水流能量通過摻氣、漩滾間的剪切作用和連續跌坎造成的強烈摻混作用得到消散，大大增加了壩面的消能率，從而減少下游余能，改善下游消力池的消能壓力，有利于減少消力池的長度和深度，節省工程投資。但這兩種臺階狀的壩面消能工10，尚有不足之處：1、當單寬流量較大時，水舌厚度比臺階100高度大，摻氣及穩定漩滾發生的位置靠下，滑掠水流發展不充分，致使消能效率低下；2、對于中低壩、壩面流程短的情況，甚至無法形成穩定的滑掠水流，不能體現出壩面階梯消能的優勢；3、即使在正常運行條件下，該消能工亦有一定的優化提升空間，進一步減少下游消力池的工程量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種消能效果更好的壩面消能工。

本發明所述的壩面消能工，包括傾斜的壩面，壩面由上至下分布多組凸臺，上下相鄰的凸臺錯位分布，互相嵌套，凸臺頂面由前至后向上翹起，后緣為圓弧形。

本發明根據仿生工學原理結合水力學消能原理，在壩面上由上至下錯位分布有多組凸臺，每個凸臺頂面由前至后向上翹起，后緣為圓弧形，其與現有的平直的階梯消能工相比，能有效增加摻氣長度，增大水流和空氣的接觸面，使泄流水舌表面摻氣更充分，底緣含氣漩滾更加穩定和完整，另外，凸臺頂面上翹形成微凹區域，如同微型消力塘，形成的水墊層可增加消能并減少跌流沖擊，防止壩面空化；泄洪時水流從凸臺頂面呈扇形分散跌落，沿圓弧形后緣形成底部含氣漩滾，扇形分散水流與相鄰凸臺上的扇形分散水流在下一級凸臺頂面的水墊層上碰撞摻混，再扇形分散跌落，形成表面有摻氣水舌、底部有含氣漩滾、局部有分散碰撞和水墊消能的魚鱗式壩面空間立體消能典型流態，其可更有效地提高壩面消能效率。

附圖說明

圖1是現有的臺階狀壩面消能工的俯視圖。

圖2是圖1沿A-A方向的剖視圖。

圖3是本發明的俯視圖。

圖4是圖3沿A-A方向的剖視圖。

具體實施方式

如圖3、圖4所示，所述的壩面消能工，包括具有一定長度的傾斜的壩面1，壩面1由上至下階梯狀分布多組凸臺，上下相鄰的凸臺錯位分布，平面上互相嵌套，呈魚鱗狀，每個凸臺2的頂面由前至后向上翹起，后緣為圓弧形，其與現有的平直的階梯消能工相比，能有效增加摻氣長度，增大水流和空氣的接觸面，使泄流水舌表面摻氣更充分，底緣含氣漩滾更加穩定和完整，凸臺2頂面向后翹起形成微凹區域，如同微型消力塘，形成的水墊層可減少跌流沖擊，防止壩面空化；泄洪時水流從凸臺2頂面呈扇形分散跌落，沿圓弧形后緣形成底部含氣漩滾，扇形分散水流與相鄰凸臺2上的扇形分散水流在下一級凸臺2頂面的水墊層上碰撞摻混，再扇形分散跌落，形成表面有摻氣水舌、底部有含氣漩滾、局部有分散碰撞和水墊消能的魚鱗式壩面空間立體消能典型流態，其可更有效地提高壩面消能效率。

如圖3、4所示，由于分布在壩面上的凸臺2的尺寸直接影響壩面沿程水深、流速、壓強、摻氣程度及消能效果等，因此，恰當地設置壩面上的凸臺，可使下泄水流細化分散，形成更為穩定的摻氣漩滾區和碰撞摻混區，而凸臺尺寸選擇與下泄單寬流量、壩高、壩面坡比i（即坡面的垂直高度和水平寬度的比）、消能效果有關，所以，其尺寸應當根據實際需求而設定。