專利名稱：用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)，特別涉及一種采用水墊池技術(shù)的用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，屬于水利工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水利工程中，過水圍堰參與溢洪，可減小導(dǎo)流建筑物的規(guī)模，具有降低工程造價(jià)、縮短工期的優(yōu)勢(shì)。采用圍堰過流可以解決按全年擋水設(shè)計(jì)時(shí)工程量較大、水工布置困難的問題，是山區(qū)河流較為經(jīng)濟(jì)、合理的導(dǎo)流方式。作為臨時(shí)水工建筑物，過水圍堰的抗沖刷能力相對(duì)較弱。溢洪時(shí)一旦堰面、堰腳局 部沖開缺口、填充料被掏，最終有可能導(dǎo)致發(fā)生潰堰事故，將嚴(yán)重影響施工、危脅下游安全。為此有必要尋求改善過水圍堰水力條件的方法，減輕水流對(duì)護(hù)面的沖刷，保障過水圍堰安全。目前解決此問題的途徑主要是在過水圍堰的背水面設(shè)置消能平臺(tái)，使得水流沿堰面斜沖加速后轉(zhuǎn)向，從急流過渡為緩流，即通過水躍與下游銜接，同時(shí)達(dá)到消能的作用。由于消能平臺(tái)上水流急轉(zhuǎn)向、其底流速較大，采用該方法其消能平臺(tái)底板承受的沖擊力和脈動(dòng)壓力均較大。特別在過水圍堰落差較大時(shí)，為實(shí)現(xiàn)水流轉(zhuǎn)向和消能防沖，需要有較長的消能平臺(tái)，這樣的話工程量會(huì)增加很多，作為臨時(shí)的水工建筑物來說不太經(jīng)濟(jì)。因此，本課題組經(jīng)研究探索并結(jié)合實(shí)際工程，找到一種用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，該方法較目前的其他消能方法更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，并能獲得更為理想的消能防沖效果，以實(shí)現(xiàn)安全溢洪，這正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷和不足，提出一種用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法。該水墊池方法是在過水圍堰消能平臺(tái)設(shè)置水墊池，通過對(duì)過水圍堰消能平臺(tái)設(shè)置的水墊池長度和深度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而達(dá)到改善過水圍堰消能平臺(tái)的消能防沖效果，并減輕了水流對(duì)下游護(hù)面及堰腳的沖刷破壞；以完成本發(fā)明所提出的發(fā)明任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，其特征在于包括以下工藝步驟(I)根據(jù)過水圍堰溢洪時(shí)消能平臺(tái)水躍躍前水深I(lǐng)i1、躍前斷面流速V1，根據(jù)弗汝德數(shù)公式，計(jì)算水躍躍前弗汝德數(shù)^ ;(2)根據(jù)過水圍堰消能平臺(tái)水躍躍前水深I(lǐng)i1和弗汝德數(shù)Fp由自由水躍躍長公式Lj=9. % (匕-I)，計(jì)算自由水躍長度Lj,由此確定出消能平臺(tái)總長度L= (O. 6 O. 8) Lj ；(3 )定義水墊池長度系數(shù)Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺(tái)總長度L之比，S卩Ks=Ls/L，根據(jù)躍前的弗汝德數(shù)Fp確定出水墊池長度系數(shù)Ks的值，再由定義的水墊池長度系數(shù)Ks，反算出水墊池的長度Ls=Ks · L ；(4)結(jié)合消能平臺(tái)前堰面坡度η、水流流速方向；綜合分析確定出水墊池的深度hs與水墊池長度Ls的比值關(guān)系，hs/Ls=(0. 3 O. 5)η。上述方案中，所述的水墊池長度Ls應(yīng)小于過水圍堰消能平臺(tái)總長度L。上述方案中，所述水墊池長度系數(shù)Ks應(yīng)滿足Ks < I。本發(fā)明所述消能平臺(tái)總長度L= (O. 6 O. 8) Lj是根據(jù)理論研究并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出來的；所述水墊池長度系數(shù)KS=LS/L也是根據(jù)理論研究再結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)定義的；水墊池深度hs與水墊池長度Ls的比值hs/Ls=(0. 3 O. 5)n，也是根據(jù)理論研究并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益的技術(shù)效果I、本發(fā)明采用的水墊池方法，將消能平臺(tái)底部轉(zhuǎn)變成為柔性底板，對(duì)從堰面下來的射流以柔性作用吸收沖擊力，并有效降低底部流速，可避免消能平臺(tái)底板發(fā)生過大的脈動(dòng)壓力，保證了消能平臺(tái)水流平穩(wěn)轉(zhuǎn)向和消能防沖的要求，從而實(shí)現(xiàn)安全溢洪。
2、本發(fā)明采用的水墊池方法，由于水墊池的柔性作用，吸收了射流的沖擊力，實(shí)現(xiàn)了水流的柔性轉(zhuǎn)向，同時(shí)降低了底部流速；水體在水墊池實(shí)現(xiàn)了 “軟著陸”，可以避免消能平臺(tái)底板發(fā)生過大的脈動(dòng)壓力；又由于射流與水墊池的相互作用，提高了過水圍堰消能平臺(tái)的消能防沖效果，減輕了對(duì)下游護(hù)面及堰腳的沖刷，從而實(shí)現(xiàn)安全溢洪。3、本發(fā)明采用的水墊池方法，不僅為解決過水圍堰的消能防沖，提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、設(shè)計(jì)合理的方法，而且為研究并掌握消能平臺(tái)水流特性提供幫助，進(jìn)而為保證溢洪安全提供依據(jù)。4、本發(fā)明采用的水墊池方法，施工簡便、工程量小，特別適合于山區(qū)河流上的土石過水圍堰工程，可以提高圍堰參與溢洪所帶來的顯著經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中n為消能平臺(tái)前堰面的坡度，Ii1為消能平臺(tái)水躍的躍前水深，L為消能平臺(tái)總長度，Ls為水墊池長度，hs為水墊池的深度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及工程實(shí)例給出實(shí)施例以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但所給出的實(shí)施例不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限制，因而本專業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容和設(shè)計(jì)思想所作出的非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例采用本發(fā)明用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，擬用于某實(shí)際過水圍堰工程中，所用具體技術(shù)參數(shù)如下I、根據(jù)過水圍堰溢洪時(shí)測得消能平臺(tái)水躍的躍前水深I(lǐng)i1=L 60m、躍前斷面流速V1= 15. 00m/s,根據(jù)所述弗汝德數(shù)的定義計(jì)算水躍躍前弗汝德數(shù)匕，即
Fr =Vj^ghi =15.00/^9,81x1.60 =3. 79；2、根據(jù)已測得躍前水深I(lǐng). 60m、躍前斷面流速15. OOm/s，計(jì)算出弗汝德數(shù)為3. 79，再根據(jù)自由躍長Lj公式的定義，計(jì)算出自由水躍長度即Lj=9. % (Fr-I) =9. 4X I. 60 X (3. 79-I) =41. 96m ;由此確定出消能平臺(tái)總長度L= (O. 6 O. 8)L」；由該公式可以算出消能平臺(tái)總長度L取值范圍為25. 176m 33. 568m,通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，在本實(shí)施例中取L為30. OOm,即消能平臺(tái)總長度確定為30. 00m，如圖I所示的L ；3、根據(jù)定義的水墊長度系數(shù)Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺(tái)總長度L之比，即KS=LS/L，再根據(jù)算出的過水圍堰消能平臺(tái)水躍的躍前弗汝德數(shù)3. 79，經(jīng)研究確定出相應(yīng)的水墊池長度系數(shù)Ks=O. 50 O. 70，綜合分析取Ks=O. 60,根據(jù)此水墊池長度系數(shù)Ks值，反算出水墊池長度Ls=Ks · L=O. 60X30. 00=18. 00m，如圖I所示的Ls ；4、根據(jù)本實(shí)施例的工程中消能平臺(tái)前堰面的坡度n=l : 5，水墊池長度Ls為18. OOm,經(jīng)分析確定水墊池深度hs,按關(guān)系式hs/Ls=(0. 3 O. 5) η確定，即可確定水墊池深度hs=l. 08 I. 80m,最終確定水墊池深度hs=l. 50m,如圖I所示的hs。本發(fā)明根據(jù)上述計(jì)算、綜合分析確定的技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)出消能平臺(tái)總長度L、水墊池長度Ls以及水墊池深度匕；用于過水圍堰消能平臺(tái)，水體從消能平臺(tái)前堰面流下來、經(jīng)加速，最后以射流的形式進(jìn)入水墊池，由于水墊的柔性作用，吸收了射流的沖擊力，實(shí)現(xiàn)了水 流的柔性轉(zhuǎn)向，同時(shí)降低了底部流速；水體在水墊池實(shí)現(xiàn)了 “軟著陸”，可以避免消能平臺(tái)底板發(fā)生過大的脈動(dòng)壓力；又由于射流與水墊池的相互作用，提高了過水圍堰消能平臺(tái)的消能防沖效果，減輕了對(duì)下游護(hù)面及堰腳的沖刷，從而實(shí)現(xiàn)安全溢洪。如果實(shí)際工程中不采用本發(fā)明的水墊池技術(shù)，即直接采用單一的消能平臺(tái)，如圖I所示的虛線，從堰面下來的射流，與消能平臺(tái)底板將以“硬碰硬”的形式轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致底板承受較大的沖擊力和脈動(dòng)壓力，而且消能平臺(tái)上底部流速較大，對(duì)下游護(hù)面、堰腳的沖刷破壞也較大。本發(fā)明所述工程中過水圍堰消能平臺(tái)采用水墊池技術(shù)后，正是由于水墊池的吸能作用，使流下堰面的射流實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)向，并降低流速，提高了消能平臺(tái)的消能防沖效果，避免了水流對(duì)下游護(hù)面及堰腳的沖刷破壞，從而改善了過水圍堰的水力條件，達(dá)到安全溢泄的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，其特征在于包括以下工藝步驟 (1)根據(jù)過水圍堰溢洪時(shí)消能平臺(tái)水躍躍前水深hi、躍前斷面流速V1，根據(jù)弗汝德數(shù)公式，計(jì)算水躍躍前弗汝德數(shù)Fd (2)根據(jù)過水圍堰消能平臺(tái)水躍躍前水深I(lǐng)i1和弗汝德數(shù)Fp由自由水躍躍長公式Lj=9. % (Fr-I)，計(jì)算自由水躍長度Lj,由此確定出消能平臺(tái)總長度L= (O. 6^0. 8) Lj ； (3)定義水墊池長度系數(shù)Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺(tái)總長度L之比，即KS=LS/L，根據(jù)躍前的弗汝德數(shù)Fp確定出水墊池長度系數(shù)Ks的值，再由定義的水墊池長度系數(shù)Ks，反算出水墊池的長度Ls=Ks -L； (4)結(jié)合消能平臺(tái)前堰面坡度η、水流流速方向；綜合分析確定出水墊池的深度hs與水墊池長度Ls的比值關(guān)系，hs/Ls=(0. 3 O. 5)h。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，其特征在于所述的水墊池長度Ls應(yīng)小于過水圍堰消能平臺(tái)總長度L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，其特征在于所述水墊池長度系數(shù)Ks應(yīng)滿足Ks < I。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于過水圍堰消能平臺(tái)的水墊池方法，屬于水利工程領(lǐng)域。該方法通過對(duì)過水圍堰消能平臺(tái)設(shè)置水墊池。實(shí)現(xiàn)步驟先計(jì)算過水圍堰消能平臺(tái)附近水躍躍前弗汝德數(shù)；根據(jù)水躍躍前水深及弗汝德數(shù)，確定消能平臺(tái)總長度；由定義的水墊池長度系數(shù)，反算出水墊池的長度；結(jié)合消能平臺(tái)前堰面坡度、水流流速方向，確定出水墊池深度與水墊池長度比值得水墊池深度。本發(fā)明在過水圍堰消能平臺(tái)設(shè)置水墊池后，可吸收堰面射流能量，實(shí)現(xiàn)水流柔性轉(zhuǎn)向，并降低了底部流速；水體在水墊池實(shí)現(xiàn)了“軟著陸”，降低消能平臺(tái)底板承受的沖擊力和脈動(dòng)壓力，提高其消能效果；減輕水流對(duì)下游護(hù)面、堰腳的沖刷，實(shí)現(xiàn)過水圍堰安全溢洪。
文檔編號(hào)E02B8/06GK102888828SQ20121040501
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者陳云良, 伍超, 王波, 田靜杰 申請(qǐng)人:四川大學(xué)