專利名稱：斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法，是一種水利工程的消能方法和設(shè)施，是一種用于水庫(kù)防洪泄水的泄洪洞中的消能方法和消能設(shè)置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的斜井式泄洪洞，洪水從其進(jìn)水口通過(guò)斜井進(jìn)入反弧段，再通過(guò)平洞的出口挑流坎將水流拋射到下游河內(nèi)。在高速水流的作用下，反弧段末端的底板極易由于空蝕引起嚴(yán)重破壞。例如美國(guó)胡佛壩泄洪洞發(fā)生的深達(dá)3米的空蝕破壞，格林峽壩處泄洪洞深達(dá)6 米的破壞，還有墨西哥的英菲爾尼羅壩、西班牙的阿爾達(dá)阿達(dá)比拉壩等處的泄洪洞，以及中國(guó)的劉家峽和二灘大壩的泄洪洞都曾發(fā)生過(guò)類似的破壞。為了防止泄洪洞反弧段末端底板的破壞，通常在反弧段起始處上游斜井的底板上澆注摻氣坎(摻氣槽)，并在坎后的邊墻設(shè)置通氣孔，防止地板的破壞。然而，由于僅在底板上設(shè)置用以防止下游空蝕的摻氣坎和通氣孔，當(dāng)水流的流速很大時(shí)(超過(guò)40m/s)，摻氣坎的邊墻也可能發(fā)生空蝕，破壞摻氣坎和通氣孔，使摻氣坎失去了保護(hù)反弧段末端的防蝕作用。例如中國(guó)二灘水電站的一號(hào)泄洪洞就是由于摻氣挑坎后的側(cè)墻出現(xiàn)空蝕，導(dǎo)致下游鋼筋混凝土底板嚴(yán)重破壞。傳統(tǒng)斜井式泄洪洞的另一個(gè)問(wèn)題是由于洞內(nèi)未能有效消能，泄洪洞出水口水流帶有大量能量，為防止這些能量破壞出水口岸邊，傳統(tǒng)的方式是采用出口挑流坎。這種出口挑流坎都是設(shè)在高于下游洪水位以上的高程處，用空中挑流的方式將高速水流拋射到下游河內(nèi)。這種高速水流拋射會(huì)造成嚴(yán)重的河床沖刷，同時(shí)由于高速水流在空中的摻氣擴(kuò)散作用，以及從高空降落沖擊河水濺起高大的浪花，同大氣再次摻混彌散形成嚴(yán)重的霧化現(xiàn)象，產(chǎn)生特大暴雨，某些泄洪洞泄洪時(shí)，由于霧化形成的降雨量竟達(dá)1000_/h，嚴(yán)重破壞生態(tài)植被，引起山體滑坡和環(huán)境惡化。由于出口挑流霧化攜帶泥沙粉塵，還會(huì)使高壓變電器短路，導(dǎo)致電力中斷，同時(shí)還破壞了岸邊公路。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法，對(duì)已建成的泄洪洞進(jìn)行改進(jìn)，在反弧段起始處底板的摻氣坎上游側(cè)壁設(shè)置帶有通氣管的側(cè)摻氣坎，改造泄洪洞出水口，設(shè)置潛水挑流坎，以防止反弧段末端空蝕和減輕出水口的霧化現(xiàn)象，消除對(duì)泄洪洞下游的生態(tài)破壞。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能工，所述斜井式泄洪洞包括入水口，所述入水口與斜井連接，所述的斜井與出水洞連接，所述的斜井與出水洞連接的反弧段的起始處的底板上設(shè)置帶有通氣管的主摻氣坎，在所述主摻氣坎的上游的兩側(cè)壁設(shè)置相對(duì)而立的一對(duì)分別帶有通氣管的側(cè)摻氣坎；所述的出水洞的出口的位置設(shè)置在河道的洪水水位之下，所述出水洞的出口與所述河道水流的夾角小于90度并沿泄洪水流的方向擴(kuò)大，形成喇叭形，所述出水洞的出口處底板上設(shè)置帶有通氣管的沿所述河道水流方向 和所述泄洪水流方向抬起潛水挑流坎。一種使用上述消能工的消能方法，所述方法的步驟如下
水流通過(guò)入水口進(jìn)入斜井；
水流接近斜井底部時(shí)，通過(guò)所述主摻氣坎，在主摻氣坎后產(chǎn)生負(fù)壓吸允的大量空氣，由高速水流帶到反弧段的末端形成水氣墊層，以抑制空蝕對(duì)鋼筋混凝土底板的破壞；
水流經(jīng)過(guò)反弧段進(jìn)入出水洞，在出水洞出口水流以與河道水流小于90度的角度流入河道；
所述在斜井中的水流在經(jīng)過(guò)主摻氣坎之前，流經(jīng)側(cè)摻氣坎，水流在側(cè)摻氣坎背水面產(chǎn)生立軸渦流產(chǎn)生消能作用，同時(shí)所述的立軸渦流在側(cè)摻氣坎背水面產(chǎn)生負(fù)壓，所述負(fù)壓經(jīng)通氣管吸收大量洞頂空氣，摻入水中消能，立軸渦流和摻入的空氣，保證主摻氣坎兩側(cè)壁不發(fā)生空蝕；
所述出水洞中的水流流出出水洞，與所述河道中的水流匯合,使河道中的水流在出水洞流出的水流高速射流的拖曳下，在出水洞潛水挑流坎作用下，挑流水舌的下方產(chǎn)生水平軸順時(shí)針的漩渦流，并通過(guò)通氣管摻入大量空氣，在所述挑流水舌上方產(chǎn)生水平軸逆時(shí)針的漩渦流，進(jìn)行紊動(dòng)剪切作用，提高消能率，減輕對(duì)河道的沖刷和霧化現(xiàn)象。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是為了解決反弧段底板上摻氣坎下游空蝕的問(wèn)題本發(fā)明在反弧段底板上的摻氣坎上游斜井的兩邊壁設(shè)置帶有通氣管的側(cè)摻氣坎。由于側(cè)摻氣坎消能并用負(fù)壓吸允空氣，輸送到下游底板上的摻氣挑坎處，保護(hù)其側(cè)壁不發(fā)生空蝕。本發(fā)明將泄洪洞出口帶有通氣管的挑流坎設(shè)置在洪水位以下的高程，使河道中的水流在高速射流的拖曳下在挑流水舌的下方產(chǎn)生順時(shí)針的漩渦流，在其上方產(chǎn)生逆時(shí)針的漩渦流，進(jìn)行紊動(dòng)剪切作用，提高消能率，減輕對(duì)河道的沖刷，避免了傳統(tǒng)挑流坎所濺起巨大的浪花和在高空中彌散水汽，大大減輕了霧化現(xiàn)象。本發(fā)明在原有泄洪洞的基礎(chǔ)上做兩項(xiàng)改造一是在主摻氣坎上游設(shè)置側(cè)摻氣坎，二是改造出水口，將出水口的挑流坎設(shè)置在下游河道洪水水位之下。兩項(xiàng)改造對(duì)原有洞體基本不做任何改變，洞內(nèi)澆筑側(cè)摻氣坎和洞出口改造在工程上十分容易實(shí)現(xiàn)，改進(jìn)的土方量極小，所以改建成本較低，而防止空蝕和提高消能作用卻十分明顯的。本發(fā)明最好應(yīng)用在新建泄洪洞的設(shè)計(jì)中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的實(shí)施例一所述斜井式泄洪洞的示意圖，是圖2 B-B向視 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一所述斜井式泄洪洞的示意圖，是圖I A-A向視 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例二所述側(cè)摻氣坎的示意圖，是圖2中的d點(diǎn)放大 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例二所述側(cè)摻氣坎的示意圖，是圖3中F-F向視 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例三所述的潛水挑流坎的示意圖，是圖2中的C-C向視 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例三所述的潛水挑流坎的示意圖，是圖5中的D-D向視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本實(shí)施例是一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能工，如圖1、2所示。本實(shí)施例所述的斜井式泄洪洞包括入水口 1，所述入水口與斜井2連接，所述的斜井與出水洞8連接，所述的斜井與出水洞連接的反弧段7的起始處的底板上設(shè)置帶有通氣管5的主摻氣坎6，在所述主摻氣坎的上游的兩側(cè)壁設(shè)置相對(duì)而立的一對(duì)分別帶有通氣管3的側(cè)摻氣坎4。所述的出水洞的出口的位置設(shè)置在河道的洪水水位之下，所述出水洞的出口與所述河道水流的夾角小于90度并沿泄洪水流的方向擴(kuò)大，形成喇叭形，所述出水洞的出口處底板上設(shè)置帶有通氣管9的沿所述河道水流方向和所述泄洪水流方向逐漸抬起的潛水挑流坎10。
斜井式(俗稱龍?zhí)ь^式)泄洪洞，設(shè)有足夠的進(jìn)水和進(jìn)氣通道，其斜井的斷面尺寸較大，以便在頂端有足夠的空間流通空氣，使水流在整個(gè)斜井流通過(guò)程保持明流。由于洞頂有足夠的空氣，為設(shè)置通氣管準(zhǔn)備了良好的條件。所述的反弧段指的是斜井與平洞(出水洞)的平滑連接的一段洞體。本實(shí)施例所述的斜井和出水洞的截面形狀均為城門(mén)洞型。為了防止泄洪洞破壞，通常在緊靠反弧段的上游斜井底板上澆注主摻氣坎(摻氣槽)，并在坎后的邊墻設(shè)置通氣孔，在主摻氣坎后產(chǎn)生負(fù)壓吸允的大量空氣，由高速水流帶到反弧段的末端形成水氣墊層，可以抑制空蝕對(duì)鋼筋混凝土底板的破壞。所述的主摻氣坎可設(shè)計(jì)為三角墩或其他類型的挑流坎。三角墩的迎水面坡度較小，背水面坡度較大，在斜井中心的縱切面(沿斜井中心軸線的豎直平面)上，所述主摻氣坎的形狀為三角形，故稱為三角墩。通氣管安裝在斜井洞壁上，進(jìn)氣口設(shè)置在接近洞頂?shù)奈恢茫鰵饪谠O(shè)置在摻氣坎背水面，或摻氣坎背水面相鄰的兩側(cè)洞壁上。通氣管的截面形狀可以是圓形，也可以是矩形，或者正方形等形狀。以往僅在底板上設(shè)置摻氣坎和通氣管，用以防止下游空蝕，但是當(dāng)高速水流的流速很大時(shí)(超過(guò)40m/s)，主摻氣坎的側(cè)壁上也可能發(fā)生空蝕，破壞主摻氣坎和通氣管，使主摻氣坎失去了保護(hù)反弧段末端的防蝕作用。為了解決此問(wèn)題本實(shí)施例在主摻氣坎上游斜井的兩側(cè)壁設(shè)置帶有通氣管的側(cè)摻氣坎。由于側(cè)摻氣坎的負(fù)壓吸允空氣輸送到下游主摻氣挑坎處，可以保護(hù)其側(cè)壁不發(fā)生空蝕，同時(shí)在兩道側(cè)摻氣坎后形成的立軸漩渦也起到一定的消能作用。所述的側(cè)摻氣坎是成對(duì)的設(shè)置在斜井兩側(cè)的洞壁上，兩個(gè)側(cè)摻氣坎相對(duì)而立，使斜井在側(cè)摻氣坎的位置過(guò)水截面積縮小，以產(chǎn)生一種擠壓射流的作用。所述的側(cè)摻氣坎可以是三角墩或其他的墩形。所述的三角墩是由于沿水流平面所截取的側(cè)摻氣坎截面形狀為三角形，故稱為三角墩。三角墩上設(shè)置的通氣管可以是一根主管帶有幾根支管，主管的進(jìn)氣口設(shè)置三角墩的頂部，接近斜井的洞頂。在主管上連接幾根支管，支管的出氣口設(shè)置在三角墩的背水面。也可以用數(shù)根管子，直接將三角墩的背水面與接近洞頂?shù)奈恢眠B接。所述的出水洞是一條縱向底坡很小接近水平的隧洞。出水洞流出的水流(如圖2中箭頭E所示)，與河道中的水流(如圖2中箭頭D所示)成小于90度的夾角，這個(gè)角度越大則出水洞流出的水流對(duì)河道的沖擊越大，因此越小越好。出水口成喇叭形，即沿出水水流的方向(如圖2中箭頭D所示)出水口越來(lái)越大，是水流進(jìn)入河道上呈擴(kuò)散形，也具有一定消能作用。所述出水洞的出水口是一段開(kāi)敞的矩形截面的凹槽(無(wú)頂蓋)，在凹槽出口處設(shè)置挑流坎。為了消減泄洪洞出口處?kù)F化問(wèn)題，本實(shí)施例將出水洞出口的挑流坎設(shè)置在洪水位以下的高程，成為潛水挑流坎，并在所述挑流坎設(shè)置摻氣防蝕的通氣管，因此，可以稱之為自摻氣潛水挑流消能工，用以取代傳統(tǒng)的空中射流的水上挑流坎。潛水挑流坎的消能機(jī)理是，河道中的水流在高速射流的拖曳下在挑流水舌的下方產(chǎn)生順時(shí)針的漩渦流，在其上方產(chǎn)生逆時(shí)針的漩渦流，進(jìn)行紊動(dòng)剪切作用，提高消能率減輕對(duì)河道的沖刷，同時(shí)由于水下消能無(wú)濺起巨大的浪花和在高空中彌散水汽，故可以大大減輕了霧化現(xiàn)象。所述挑流坎的縱截面形狀為三角形，其橫截面形狀也為三角形，即是一個(gè)立體三角形，即高低挑流坎。實(shí)施例二
本實(shí)施例是實(shí)施例一所述的改進(jìn)，是實(shí)施例一所述側(cè)摻氣坎的細(xì)化，如圖3、4所示。本實(shí)施例所述的側(cè)摻氣坎的通氣管，由主管301和連接主管上的支管302組成，所述的主管的進(jìn)氣口設(shè)置在側(cè)摻氣坎的頂部，所述支管的出氣口設(shè)置在側(cè)摻氣坎的背水面。所述側(cè)摻氣坎的挑射角a <15度。兩個(gè)側(cè)摻氣坎之間的過(guò)流面積不小于0.65倍的斜井截面積。本實(shí)施例所述的側(cè)摻氣坎的截面形狀為三角形截面，距底板的高度//應(yīng)滿足0. IZ< #< 0.8Z條件(Z-斜井截面高度，見(jiàn)圖I )，#不得高于斜井城門(mén)洞截面兩邊的直壁高度。側(cè)摻氣坎的三角形斜面同邊壁的夾角為a為15度或小于15度(見(jiàn)圖3)，確定側(cè)摻氣坎厚度S (見(jiàn)圖3)的原則是，使兩個(gè)兩對(duì)的側(cè)摻氣坎之間的過(guò)流面積(o不小于0.65J(A-斜井截面積)。實(shí)施例三
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于潛水挑流坎的細(xì)化，如圖5、6所述。本實(shí)施例所述的潛水挑流坎的通氣管聯(lián)通沿潛水挑流坎的背水面設(shè)置，所述通氣管的進(jìn)氣口 901設(shè)置在所述河道的最高洪水水位之上，并在潛水挑流坎的背水面均勻排列多個(gè)出氣n 902。本實(shí)施例所述的潛水挑流坎澆筑在下游設(shè)計(jì)洪水位以下，而傳統(tǒng)的挑流坎澆筑在下游校核洪水位之上。本實(shí)施例所述的潛水挑流坎沿河道水流流向的坎高也是變化的，由低坎b直線變到高坎a(見(jiàn)圖5)，但相應(yīng)的挑射角P較小，P由15度變到30度。泄洪時(shí)，在潛水挑流坎的坎后形成負(fù)壓渦，為了防止坎后結(jié)構(gòu)物發(fā)生空蝕，在潛水挑流坎內(nèi)埋設(shè)帶有支管904的豎通氣管903，通過(guò)支管向坎后補(bǔ)氣，以防止坎后結(jié)構(gòu)物發(fā)生空蝕。圖5只是表示一種通氣管出氣口在潛水挑流坎背水面的布置，還可以有其他形狀的布置。實(shí)施例四
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于潛水挑流坎的細(xì)化，如圖5、6所述。本實(shí)施例所述的潛水挑流坎沿所述河道水流的挑射角小于15度(圖5中的Y角)，沿所述泄洪水流的挑射角15-30度(圖6中的P角)。實(shí)施例五
本實(shí)施例是一種使用上述實(shí)施例所述消能工的消能方法，所述方法的步驟如下 水流通過(guò)入水口進(jìn)入斜井。泄洪時(shí)水庫(kù)上游高出洪水水位的水流進(jìn)入斜井。水流接近斜井底部時(shí)，通過(guò)所述主摻氣坎，在主摻氣坎后產(chǎn)生負(fù)壓吸允的大量空氣，由高速水流帶到反弧段的末端形成水氣墊層，以抑制發(fā)生空蝕，導(dǎo)致對(duì)鋼筋混凝土底板的破壞。由于反弧段上水頭高、流速大，在反弧段與出水洞的連接處的底板易產(chǎn)生空蝕，導(dǎo)致底板沖蝕破壞，甚至將底板中的粗大鋼筋拉斷。而主摻氣坎所產(chǎn)生的坎后渦旋，通過(guò)通氣管摻氣所產(chǎn)生的水氣墊層可以有效的防止發(fā)生空蝕，因而可防止高速水流對(duì)空蝕區(qū)沖蝕破壞。水流經(jīng)過(guò)反弧段進(jìn)入出水洞,在出水洞出口水流應(yīng)與河道水流小于90度的角度流入河道。水流從出水洞流出時(shí)，還帶有一定的能量。為減小這些能量對(duì)河道的沖擊，出水洞出口水流與河道水流方向應(yīng)盡量一致。由于本實(shí)施例所述出水洞出口設(shè)置在下游河道洪水水位之下，出水洞水流在出水洞出口處與下游河道中的水流發(fā)生沖擊，如果兩股水流以垂直相交的方式所產(chǎn)生的紊流會(huì)對(duì)出水洞口產(chǎn)生過(guò)大的影響。為減少影響，使出水洞流出的水流以小角度進(jìn)入河道減小兩股水流的沖擊。所述在斜井中的水流在經(jīng)過(guò)主摻氣坎之前，流經(jīng)側(cè)摻氣坎，水流在側(cè)摻氣坎背水面產(chǎn)生立軸渦流和負(fù)壓，所述負(fù)壓經(jīng)通氣管吸收大量洞頂空氣，摻入水中形成水汽墊層，保證下游主摻氣坎兩側(cè)壁不發(fā)生空蝕，同時(shí)側(cè)摻氣坎產(chǎn)生的的立軸渦流也起到一定的消能作用。主摻氣坎雖然能夠有效的保護(hù)反弧段與出水洞連接處的底板，但主摻氣坎兩側(cè)的洞壁并不能保證不發(fā)生空蝕，由于自身難保，最終還是破壞了反弧段下游出水洞。本實(shí)施例在主摻氣坎上游再增加側(cè)摻氣坎，以保護(hù)主摻氣坎不受破壞。所述的側(cè)摻氣坎防蝕的作用原理 是，在高速水流通過(guò)側(cè)摻氣坎時(shí)，在側(cè)摻氣坎后產(chǎn)生豎軸旋轉(zhuǎn)的負(fù)壓漩渦，這個(gè)負(fù)壓渦流從側(cè)摻氣坎中埋設(shè)的通氣管和斜井頂部的空氣源同時(shí)吸吮空氣，這些空氣在水流的裹挾之下被輸送到下游主摻氣坎的側(cè)壁上，可以防止主摻氣坎的通氣孔附近壁面發(fā)生空蝕。在側(cè)摻氣坎后形成的水氣摻混的漩渦也起到一定的消能作用。所述出水洞中的水流流出出水洞，與所述河道中的水流匯合，使河道中的水流在出水洞流出的水流高速射流的拖曳下，在出水洞潛水挑流坎作用下，挑流水舌的下方產(chǎn)生水平軸順時(shí)針的漩渦流，并通過(guò)通氣管摻入大量空氣，在所述挑流水舌上方產(chǎn)生水平軸逆時(shí)針的漩渦流，進(jìn)行紊動(dòng)剪切作用，提高消能率，減輕對(duì)河道的沖刷，同時(shí)由于水下消能無(wú)濺起巨大的浪花和在高空中彌散水汽，大大減輕了霧化現(xiàn)象。由于本實(shí)施例所述的潛水挑流坎是一個(gè)立體三角形，出水洞所流出的水流經(jīng)潛水挑流坎流出時(shí)產(chǎn)生一個(gè)傾斜的水舌，河道中水流受到所述水舌的拖曳，在水舌的下部靠下游產(chǎn)生近似水平軸的順時(shí)針?shù)鰸L流，在水舌的上部靠上游產(chǎn)生近似水平軸的逆時(shí)針?shù)鰸L流，如圖I所示，這兩股旋滾流的共同作用，產(chǎn)生很好的消能效果。這樣改建的出水洞挑流坎可以防止傳統(tǒng)的挑流坎向空中射流摻汽擴(kuò)散和急速降落時(shí)激起萬(wàn)丈高的水翅，防止使水汽彌散在海闊天空中，形成霧化現(xiàn)象，破壞生態(tài)植被和引起山體滑坡，同時(shí)也可以防止射流急速降落時(shí)造成河床的嚴(yán)重沖刷，不再會(huì)因沖刷堆積物引起水電站尾水位升高，降低發(fā)電量。最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案(比如側(cè)摻氣坎的形狀、潛水挑流坎的形狀等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能工，所述的斜井式泄洪洞包括入水口，所述入水口與斜井連接，所述的斜井與出水洞連接，所述的斜井與出水洞的連接處為反弧段，所述反弧段的起始處的底板上設(shè)置帶有通氣管的主摻氣坎，其特征在于，在所述主摻氣坎的上游的兩側(cè)壁設(shè)置相對(duì)而立的一對(duì)分別帶有通氣管的側(cè)摻氣坎；所述的出水洞的出口的位置設(shè)置在河道的洪水水位之下，所述出水洞的 出口與所述河道水流的夾角小于90度并沿泄洪水流的方向擴(kuò)大，形成喇叭形，所述出水洞的出口處底板上設(shè)置帶有通氣管的沿所述河道水流方向和所述泄洪水流方向逐漸抬起的潛水挑流坎。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消能工，其特征在于，所述的側(cè)摻氣坎的通氣管，由主管和連接主管上的支管組成，所述的主管的進(jìn)氣口設(shè)置在側(cè)摻氣坎的頂部，所述支管的出氣口設(shè)置在側(cè)摻氣坎的背水面；所述側(cè)摻氣坎的挑射角< 15度；兩個(gè)側(cè)摻氣坎之間的過(guò)流面積不小于0. 65倍的斜井截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的消能工，其特征在于，所述的潛水挑流坎的通氣管聯(lián)通沿潛水挑流坎的背水面設(shè)置，所述通氣管的進(jìn)氣口設(shè)置在所述河道的最高洪水水位之上，并在潛水挑流坎的背水面均勻排列多個(gè)出氣口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消能工，其特征在于，所述的潛水挑流坎沿所述河道水流的挑射角小于15度,沿所述泄洪水流的挑射角< 30度。
5.一種使用權(quán)利要求4所述消能工的消能方法，所述方法的步驟如下 水流通過(guò)入水口進(jìn)入斜井； 水流接近斜井底部時(shí)，通過(guò)所述主摻氣坎，在主摻氣坎后產(chǎn)生負(fù)壓吸允的大量空氣，由高速水流帶到反弧段的末端形成水氣墊層，以抑制發(fā)生空蝕，導(dǎo)致對(duì)鋼筋混凝土底板的破壞； 水流經(jīng)過(guò)反弧段進(jìn)入出水洞，在出水洞出口水流應(yīng)與河道水流小于90度的角度流入河道； 其特征在于 所述在斜井中的水流在經(jīng)過(guò)主摻氣坎之前，流經(jīng)側(cè)摻氣坎，水流在側(cè)摻氣坎背水面產(chǎn)生立軸渦流和負(fù)壓，所述負(fù)壓經(jīng)通氣管吸收大量洞頂空氣，摻入水中形成水汽墊層，保證下游主摻氣坎兩側(cè)壁不發(fā)生空蝕，同時(shí)側(cè)摻氣坎產(chǎn)生的立軸渦流也起到一定的消能作用； 所述出水洞中的水流流出出水洞，與所述河道中的水流匯合,使河道中的水流在出水洞流出的水流高速射流的拖曳下，在出水洞潛水挑流坎作用下，挑流水舌的下方產(chǎn)生水平軸順時(shí)針的漩渦流，并通過(guò)通氣管摻入大量空氣，在所述挑流水舌上方產(chǎn)生水平軸逆時(shí)針的漩渦流，進(jìn)行紊動(dòng)剪切作用，提高消能率，減輕對(duì)河道的沖刷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斜井式泄洪洞的側(cè)壁摻氣坎和出口潛水挑流坎的消能方法，包括入水口與斜井連接，斜井與出水洞連接，斜井與出水洞連接的反弧段的起始處的底板上設(shè)置帶有通氣管的主摻氣坎，主摻氣坎的上游的兩側(cè)壁設(shè)置相對(duì)而立的一對(duì)分別帶有通氣管的側(cè)摻氣坎。出水洞的出口的位置設(shè)置在河道的洪水水位之下，出水洞的出口處底板上設(shè)置帶有通氣管的沿河道水流方向和泄洪水流方向逐漸抬起的潛水挑流坎。由于側(cè)摻氣坎用渦流負(fù)壓吸允空氣，保護(hù)其側(cè)壁不發(fā)生空蝕。在泄洪洞出口帶有通氣管的挑流坎設(shè)置在洪水位以下的高程，使河道中的水流產(chǎn)生紊動(dòng)剪切，提高消能率，減輕對(duì)河道的沖刷，避免了泄洪洞破壞和出口下游山體滑坡，大大改善生態(tài)環(huán)境。
文檔編號(hào)E02B8/06GK102619200SQ20121010813
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者付輝, 李福田, 楊開(kāi)林, 王濤, 董興林, 郭新蕾, 郭永鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院