[實(shí)用新型]一種低水頭大壩下游河床的消力結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520585113.2
• 申請日: 2015-08-06
• 公開（公告）號: CN204982814U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國軍;楊建剛;閉良柏;蒲永;劉高全;湯春林;茍大軍;周源;何周晏
• 申請（專利權(quán)）人: 茂縣天龍湖電力有限公司
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 北京振安創(chuàng)業(yè)專利代理有限責(zé)任公司 11025
• 代理人: 祁純陽

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于水利水電工程泄洪消能輔助設(shè)施領(lǐng)域，尤其是一種低水頭大壩下游河床的消力結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

低水頭水工建筑一般位于河流中下游流域、地勢較為平緩的地區(qū)，大多建在有深厚覆蓋層的砂卵石基礎(chǔ)之上，地質(zhì)條件差，往往不能引起足夠的重視。由于地質(zhì)原因，河床抗沖刷能力差，消能問題不能夠得到很好解決，下泄水流具有較大動(dòng)能，更加劇了下游水流的紊動(dòng)，常常導(dǎo)致河床沖淘成坑，岸坡沖毀。工程建成運(yùn)行幾年后，壩下護(hù)坦、海漫以及防沖設(shè)施等部位也時(shí)有水毀現(xiàn)象發(fā)生，給工程帶來安全隱患，同時(shí)水毀修復(fù)也會(huì)增加投資，影響工程效益的正常發(fā)揮。

此類水利工程的基本特點(diǎn)是：1)水庫的集水面積較大、汛期洪流量大；2)水頭較低、下游水位波動(dòng)較大；3)樞紐工程中水閘既為擋水建筑物，又為泄水建筑物；4)建基面一般處于以砂卵石為主的深厚覆蓋層上；5)河床抗沖刷能力差；6)泄洪閘孔數(shù)量多，有的水利工程壩后不設(shè)消力池或直接用護(hù)坦替代等。

目前，工程中常采用的消能方式有：面流式消能、挑流式消能及底流式消能等。

(1)面流式消能投資少，易除雜除污，但其水流形式復(fù)雜，不易控制，下游波浪大，影響水輪機(jī)運(yùn)行、航運(yùn)及兩岸設(shè)施穩(wěn)定，且應(yīng)用條件較為苛刻。

(2)挑流式消能造價(jià)低，消能效果好，但挑流面要承受高速水流的沖刷，磨損很大，這就對挑流面有了更高的質(zhì)量和技術(shù)要求；此外，挑流式消能由于水流的盡可能擴(kuò)散及高射程，使得空中水流霧化程度較大，對河床的沖擊也嚴(yán)重，因此需要加強(qiáng)下游河床的抗沖擊能力。

(3)底流式消能也稱水躍消能，利用水躍進(jìn)行流態(tài)轉(zhuǎn)變、消耗能量。通過劇烈紊動(dòng)作用，使水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能和熱能，從而達(dá)到消能的目的。這種消能方式下游水面波動(dòng)穩(wěn)定，安全可靠，尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，無霧化現(xiàn)象，但在高速水流的作用下，底流式消力池中的輔助設(shè)施易發(fā)生空蝕，導(dǎo)致沖淘破壞；其消力設(shè)施工程量大，工程造價(jià)較高。

底流消能方式一般多運(yùn)用于低水頭的水利水電工程，近幾年在各大中小水工建筑中得到了較為廣泛的運(yùn)用，但低水頭水利水電工程存在一個(gè)普遍的水力學(xué)問題，就是在低佛式數(shù)(Fr小于4.5時(shí)，消能率一般為20％～45％)條件下水躍消能率低。因此對于中小型水利水電工程，提高低佛氏數(shù)下水躍的消能率，解決低水頭泄水建筑物的下游消能防沖問題，能夠因地制宜地采取高效消能的防沖設(shè)施是十分必要的。

針對當(dāng)前中小型水利水電工程采用底流消能方式的大壩，下游河床常用消能措施有：

(1)設(shè)立多級消力池。就是在泄水建筑物下游設(shè)置兩級或兩級以上的消力池，通過多次水躍的跌落，逐級消耗水能，從而減小高速水流對下游河床的沖刷與沖淘。此措施的缺點(diǎn)：由于單級尾水池消能效率差，逐級尾水池又較長，所以其土石方開挖量大、混凝土澆筑量大，工程造價(jià)高。

(2)增加輔助消能設(shè)施。就是在尾水池或護(hù)坦上加設(shè)各種輔助消能設(shè)施，改變水流形態(tài)，提高水躍消能率。此措施消力效果較好，而且可減小消力池或護(hù)坦尺寸，使得工程投入更經(jīng)濟(jì)、更可靠。

消力墩是常用的一種輔助消能設(shè)施，常見的墩體結(jié)構(gòu)型式有：矩形體、直角梯形體、三棱錐體、T形消力墩等。此類消力墩，在實(shí)際運(yùn)用中，雖然也有很好的消力效果，但在高速水流的作用下，尤其是含砂量較大的下泄水流作用下，對墩體的穩(wěn)固性、抗沖耐磨及耐久性會(huì)有更大的破壞。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況，提出了一種低水頭大壩下游河床的消力結(jié)構(gòu)，克服面流式消能與挑流式消能的弊端，更好地提高水利水電工程底流式消能的消能率，解決低水頭水工建筑在低佛氏水流條件下高速水流對泄水輔助設(shè)施的沖刷、空蝕破壞，以及水流對河床的沖淘和河岸沖刷的破壞。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種低水頭大壩下游河床的消力結(jié)構(gòu)，包括混凝土基座和N個(gè)消力墩，所述消力墩為梯形臺(tái)體，臺(tái)體斜面坡比為1：1，所述消力墩固定在混凝土基座上，N≧5。

進(jìn)一步地，所述的消力墩墩高為0.8～1.0倍水躍前水深，墩寬為0.4～0.6倍墩高。

進(jìn)一步地，所述的消力墩固定在消力池(或護(hù)坦)的1/2～1/3處，多排設(shè)置或交錯(cuò)排列。

本實(shí)用新型的有益效果是：本消力墩的梯形臺(tái)體結(jié)構(gòu)，單位體積的基座錨固面積較大，穩(wěn)固性好；臺(tái)體四方斜面，折沖水流消能更充分；消力墩抗蝕耐磨效果明顯，耐久性也較好。由于消力墩能多排交錯(cuò)布置，增加了水躍，提高了消能率，改善了下游水流分布，在實(shí)際運(yùn)用中縮短了消力池長度，一定程度上節(jié)約了工程造價(jià)。

附圖說明