一種反臺(tái)階消力池整流消能方法及消力池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程泄洪消能領(lǐng)域，涉及一種消能方法及消力池。
【背景技術(shù)】
[0002]在水利水電泄水建筑物中，泄流與下游天然河道相銜接時(shí)，必然需要消能與調(diào)整流速分布。高水頭、高Fr數(shù)(Fr數(shù)稱之為弗汝德數(shù)，是水力參數(shù)，后文簡(jiǎn)稱為“Fr數(shù)”)泄水條件，可用挑流加水墊塘，亦可用底流、面流加消力池等措施，達(dá)到消能防沖目的。采用底流消能多采用消力池形成水躍消能流態(tài)，消力池尾坎體型對(duì)池內(nèi)流態(tài)影響較大?，F(xiàn)階段尾坎迎水面多采用直墻式或者帶有較陡的斜坡式，當(dāng)上下游水位組合不利時(shí)，有可能由于尾坎碰撞產(chǎn)生涌浪流態(tài)，而且尾坎受水流沖擊劇烈，尾坎頂水流翻滾劇烈，常與下游水位銜接不暢，出現(xiàn)不利水流流態(tài)。
[0003]臺(tái)階消能方式已在水利工程、景觀設(shè)計(jì)、河流防沙及魚道工程等領(lǐng)域得到應(yīng)用，水利工程中常在壩面、溢洪道等處采用臺(tái)階進(jìn)行消能，通過加糙，增加摻氣、旋滾、碰撞，達(dá)到消能摻氣的目的，且多為正向(即每個(gè)臺(tái)階平面高程沿水流方向逐級(jí)降低)臺(tái)階，對(duì)于反臺(tái)階(即每個(gè)臺(tái)階平面高程沿水流方向逐級(jí)升高)消能方式，目前多采用一個(gè)臺(tái)階型式(如坎、墩等)，用以整流或產(chǎn)生強(qiáng)迫水躍，但是消能效果還有待提高。而連續(xù)反臺(tái)階可與來(lái)流分層碰撞，緩沖來(lái)流沖擊力，抬高尾水水位，與池面其他消能工相結(jié)合，利于池內(nèi)形成穩(wěn)定多元水躍消能流態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)中、高水頭及高Fr數(shù)水流，進(jìn)出流均勻，出口后河道軸線與水流同軸的情況(無(wú)需改變水流方向)，提供一種反臺(tái)階消力池整流消能方法及消力池，可有效縮短消力池池長(zhǎng)，提聞消能率。
[0005]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
一種反臺(tái)階消力池整流消能方法，其特征是在消力池的末端設(shè)置連續(xù)反臺(tái)階尾坎，臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與連續(xù)反臺(tái)階尾坎分層碰撞，使水流在池內(nèi)充分摻混、紊動(dòng)，可增加出池阻力，提高池內(nèi)水躍第二共軛水深，實(shí)現(xiàn)整流消能的目的。
[0006]本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述消能方法的消力池，消力池由前端的跌坎、底部的底板、兩側(cè)的邊墻及末端的尾坎組成，其特征是所述尾坎為連續(xù)反臺(tái)階尾坎，臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高。
[0007]優(yōu)選地，所述消力池兩側(cè)邊墻對(duì)稱分布，消力池等寬，所述尾坎由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成；
優(yōu)選地，所述尾坎階數(shù)為2~3階；
優(yōu)選地，所述尾坎單階高度為3~6m。(各階臺(tái)階高度可以相等，也可以不相等。)
優(yōu)選地，尾坎的頂部臺(tái)階順?biāo)鞣较蚩裳由熘料Τ赝?，呈舌頭狀伸出。
[0008]本發(fā)明反臺(tái)階尾坎各階踏步深度可根據(jù)實(shí)際流態(tài)調(diào)整需要結(jié)合反臺(tái)階的階數(shù)及單階臺(tái)階高度綜合考慮設(shè)計(jì)。
[0009]本發(fā)明的反臺(tái)階消力池整流消能方法及消力池利用末端的連續(xù)反臺(tái)階尾坎代替?zhèn)鹘y(tǒng)尾坎體型，使水流與尾坎分層碰撞，增強(qiáng)出池前水流碰撞、摻混、紊動(dòng)流態(tài)，通過碰撞消能和抬高水躍共軛水深，可有效縮短池長(zhǎng)，提高消能率，達(dá)到消能和調(diào)整流速分布的作用，使出池水流與下游水面平順銜接，減輕下游沖刷。本發(fā)明適用于中、高水頭、高Fr數(shù)、下游接消力池，且進(jìn)出流均勻，出口后河道軸線與水流同軸的情況。消力池具體尺寸及體型要求與來(lái)流條件及下游水位相適應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為反臺(tái)階消力池立體圖；
圖2為反臺(tái)階消力池側(cè)視圖；
圖3為直線型“伸舌”示意圖；
圖4為魚鱗狀“伸舌”示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例一
如圖1、圖2所示，反臺(tái)階消力池由前端的跌坎1、底部的底板2、兩側(cè)的邊墻3及末端的尾坎4組成，其尾坎4設(shè)置成連續(xù)反臺(tái)階尾坎，連續(xù)反臺(tái)階的臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與尾坎4的臺(tái)階分層碰撞，使出池前水流充分碰撞、摻混、紊動(dòng)，減小出池流速，雍高尾水水位，提高水躍共軛水深，增加池內(nèi)消能效率。
[0012]兩側(cè)邊墻3為平面，并以消力池中軸線對(duì)稱分布形成對(duì)稱等寬消力池，尾坎4由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
[0013]尾坎4的階數(shù)為3階，單階高度為4m。
[0014]實(shí)施例二
反臺(tái)階消力池由前端的跌坎1、底部的底板2、兩側(cè)的邊墻3及末端的尾坎4組成，其尾坎4設(shè)置成連續(xù)反臺(tái)階尾坎，連續(xù)反臺(tái)階的臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與尾坎的臺(tái)階分層碰撞，使出池前水流充分碰撞、摻混、紊動(dòng)，減小出池流速，雍高尾水水位，提高水躍共軛水深，增加池內(nèi)消能效率。
[0015]兩側(cè)邊墻3為平面，并以消力池中軸線對(duì)稱分布形成對(duì)稱等寬消力池，尾坎4由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
[0016]尾坎4的階數(shù)為2階，單階高度為5m。
[0017]實(shí)施例三
反臺(tái)階消力池由前端的跌坎1、底部的底板2、兩側(cè)的邊墻3及末端的尾坎4組成，其尾坎4設(shè)置成連續(xù)反臺(tái)階尾坎，連續(xù)反臺(tái)階的臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與尾坎的臺(tái)階分層碰撞，使出池前水流充分碰撞、摻混、紊動(dòng)，減小出池流速，雍高尾水水位，提高水躍共軛水深，增加池內(nèi)消能效率。
[0018]兩側(cè)邊墻3為平面，并以消力池中軸線對(duì)稱分布形成對(duì)稱等寬消力池，尾坎4由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
[0019]尾坎4的階數(shù)為3階，底層臺(tái)階高度均為3m，頂兩層臺(tái)階高度均為2m。
[0020]實(shí)施例四
反臺(tái)階消力池由前端的跌坎1、底部的底板2、兩側(cè)的邊墻3及末端的尾坎4組成，其尾坎4設(shè)置成連續(xù)反臺(tái)階尾坎，連續(xù)反臺(tái)階的臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與尾坎的臺(tái)階分層碰撞，使出池前水流充分碰撞、摻混、紊動(dòng)，減小出池流速，雍高尾水水位，提高水躍共軛水深，增加池內(nèi)消能效率。
[0021]兩側(cè)邊墻3為平面，并以消力池中軸線對(duì)稱分布形成對(duì)稱等寬消力池，尾坎4由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
[0022]尾坎4的階數(shù)為2階，單階高度為6m。
[0023]本發(fā)明的反臺(tái)階消力池，其連續(xù)反臺(tái)階尾坎的頂部臺(tái)階可以順?biāo)鞣较蜓由熘料Τ赝?，呈“舌頭”狀伸出，出池水流在此“舌頭”交錯(cuò)跌落，具有觀賞價(jià)值，特別是水體較薄時(shí)更為明顯。“舌頭”形狀可為圖3的直線型，或圖4的魚鱗狀，或鋸齒狀等別的形狀。反臺(tái)階結(jié)構(gòu)外形及水流流態(tài)可納入樞紐景觀。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反臺(tái)階消力池整流消能方法，其特征是在消力池的末端設(shè)置連續(xù)反臺(tái)階尾坎，臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高，來(lái)流與連續(xù)反臺(tái)階尾坎分層碰撞，使水流在池內(nèi)充分摻混、紊動(dòng)，增加出池阻力，提高池內(nèi)水躍第二共軛水深，實(shí)現(xiàn)整流消能。
2.如權(quán)利要求1所述的反臺(tái)階消力池整流消能方法，其特征是所述消力池兩側(cè)邊墻對(duì)稱分布，消力池等寬，所述連續(xù)反臺(tái)階尾坎由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的反臺(tái)階消力池整流消能方法，其特征是所述連續(xù)反臺(tái)階尾坎階數(shù)為2~3階。
4.如權(quán)利要求1或2所述的反臺(tái)階消力池整流消能方法，其特征是所述連續(xù)反臺(tái)階尾坎單階高度為3~6m。
5.一種反臺(tái)階消力池，由前端的跌坎(I)、底部的底板(2)、兩側(cè)的邊墻(3)及末端的尾坎(4)組成，其特征是所述尾坎(4)為連續(xù)反臺(tái)階尾坎，臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高。
6.如權(quán)利要求5所述的反臺(tái)階消力池，其特征是消力池兩側(cè)邊墻(3)對(duì)稱分布，消力池等寬，所述尾坎(4)由對(duì)稱且與消力池等寬的臺(tái)階組成。
7.如權(quán)利要求5或6所述的反臺(tái)階消力池，其特征是所述尾坎(4)階數(shù)為2~3階。
8.如權(quán)利要求5或6所述的反臺(tái)階消力池，其特征是所述尾坎(4)單階高度為3~6m。
9.如權(quán)利要求5或6所述的反臺(tái)階消力池，其特征是尾坎(4)的頂部臺(tái)階順?biāo)鞣较蜓由熘料Τ赝?，呈舌頭狀伸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反臺(tái)階消力池整流消能方法及消力池，利用末端的連續(xù)反臺(tái)階尾坎代替?zhèn)鹘y(tǒng)尾坎體型，使水流與尾坎分層碰撞，避免池內(nèi)由于直墻式或陡坡式尾坎碰撞產(chǎn)生的涌浪現(xiàn)象和較集中的水流沖擊力，可增強(qiáng)出池前水流碰撞、摻混、紊動(dòng)流態(tài)，通過碰撞消能和抬高水躍共軛水深，有效縮短池長(zhǎng)，提高消能率，達(dá)到消能和調(diào)速的作用。本發(fā)明適用于中高水頭、高Fr數(shù)、下游接消力池，且進(jìn)出流均勻，出口后河道軸線與出池水流同軸的情況。
【IPC分類】E02B8-06
【公開號(hào)】CN104674773
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510083336
【發(fā)明人】吳時(shí)強(qiáng), 王芳芳, 王威, 吳修鋒, 周杰, 戴江玉, 薛萬(wàn)云, 吳越杰, 陳惠玲
【申請(qǐng)人】水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院, 河海大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日