[發明專利]一種復式連續階梯溢洪道

有效

• 申請號: 201610362409.7
• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN105951688B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 衛望汝;鄧軍;許唯臨;劉善均;曲景學;王韋;張建民;田忠;張法星
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 唐麗蓉,周敏

技術領域

本發明屬于水利水電工程中溢洪道泄洪消能技術領域，具體涉及一種復式連續階梯溢洪道。

背景技術

作為水利水電工程中所設置的溢洪道，除應滿足泄洪能力以外，還應保證在運行期間泄洪建筑物的安全，與原河道水流良好銜接以及能充分發揮應有的消能效果，以避免下泄水流對下游河床和岸坡造成沖刷破壞。階梯溢洪道是將光滑溢流面設計為臺階狀，一方面可增加過水壁面的粗糙程度，另一方面因形成的跌坎可對水流進行大量的摻氣，以使水流下泄過程中沿程能力損失增大，減小下游消能壓力，同時還對溢洪道壁面進行摻氣減蝕保護，減免空蝕破壞，保證泄水建筑物的安全運行。目前階梯溢洪道已被廣泛應用于水利水電工程中。但現有階梯溢洪道的階梯設計主要為一級一臺階、同一臺階各處同高程的形式，階梯跌坎局部具體形式有“一”字形、“V”形、外凸型等。這些設計形式僅是考慮從階梯局部的變化來增加水流能量損耗，但當溢洪道工作水頭較高，單寬流量較大時(如單寬流量超過50m³/s)，現有階梯溢洪道在沿程水頭損失和消能率方面均很難滿足泄洪消能的要求，并且階梯入口處至下游一定范圍內無法獲得摻氣減蝕保護效果，從而導致對下游河道造成沖刷破壞及沿程壁面的空蝕破壞。為解決上述問題一般采取的技術措施是增加泄洪建筑物數量，從而減小階梯溢洪道的泄洪流量，但這樣不僅會受到所建水利水電工程的地形地質條件限制，而且還會增加工程量，增加投資。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種復式連續階梯溢洪道，以擴大溢洪道對流泄流流量的適應范圍，提高水流沿程的消能效果，從而避免溢洪道泄洪對下游河道造成沖刷破壞，保障水利工程泄洪安全運行。

本發明提供的復式連續階梯溢洪道是由溢洪道側墻和溢洪道底板構成，溢洪道底板分為進口段和階梯段，所述進口段是由水平段與一個高程低于水平段，且從水平正投影看頂角朝向溢洪道上游的倒置等腰三角形臺階相接而成，其底邊與溢洪道寬度相等，所述階梯段由至少2級結構相同的復式階梯自上而下連續相接構成，該復式階梯為一級4階，具體由6個三角形依次按從高到低分4個臺階排布而成，從水平正投影看，第一臺階為一等腰三角形，底邊與溢洪道寬度相等，頂角朝向溢洪道下游，計為1區；第二臺階為2個直角三角形，分別位于第一臺階等腰三角形的兩邊，其斜邊與第一臺階三角形的腰等長，記為2區和3區；第三臺階也為2個直角三角形，分別位于第四臺階等腰三角形的兩邊，其斜邊與第四臺階三角形的腰等長，記為4區和5區；第四臺階也為一等腰三角形，底邊與溢洪道等寬，頂角朝向溢洪道上游，記為6區；各區臺階相對于各自底板的高程分別計為H_X-1、H_X-2、H_X-3、H_X-4、H_X-5、H_X-6，且H_X-1>H_X-2＝H_X-3>H_X-4＝H_X-5>H_X-6，X為≥1的正整數。

以上溢洪道的進口段中所述倒置等腰三角形臺階的頂角為45～60°。

以上溢洪道的階梯段中所述每個臺階相對于各自底板的高程H_X-1～6為2～5m，且各級各區臺階的高程H_X-1～6相同。

由于本發明提供的復式連續階梯溢洪道以倒三角形階梯作為第一級階梯，使水流在溢洪道內向前流動的過程中在水流橫斷面上出現壓差。在該壓差作用下，水流會出現橫向“匯聚”的流動，自由面出現中間低兩邊高的分布形式。這種水面變形的流動會伴隨卷吸空氣進入水體，使水流摻氣的發生相對于目前已有的階梯形式更為提前，有利于對階梯靠近上游的區域進行摻氣減蝕保護。