一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法是將多個(gè)泄水建筑物挑射的水股沿消力池的縱向分級(jí)且按流量逐級(jí)增大布置，級(jí)和級(jí)之間的水股間距在滿足Li–H?cot(ai)+H?cot(ai+1)下至少為20米，橫向上同一級(jí)各挑射水股的流量相等，各挑射水股之間的間距Li(j)至少為20米。本發(fā)明方法可使較小流量的水股依次先進(jìn)入消力池并位于底部和次底部運(yùn)動(dòng)，一方面不會(huì)對(duì)消力池底部產(chǎn)生沖擊破壞和磨蝕破壞，另一方面可與消力池底部的一部分已有水體依次產(chǎn)生的紊動(dòng)區(qū)域，在自身和相互之間產(chǎn)生更好的整體消能效果外，還可大大減弱后續(xù)較大流量的水股對(duì)消力池產(chǎn)生的沖擊破壞和磨蝕破壞，保證水利工程的安全運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程泄洪消能【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水利水電工程泄洪采用的挑流消能方式，其特點(diǎn)是自由射流水舌首先在空氣中擴(kuò)散摻氣，同時(shí)消耗一部分能量，繼而落入下游消力池中形成淹沒(méi)射流，通過(guò)形成的強(qiáng)烈水流剪切和紊動(dòng)擴(kuò)散來(lái)消能。為了提高消能效果，減弱挑射水流對(duì)下游的沖刷，常常采用不同的方式來(lái)使挑射水流盡可能分散后進(jìn)入下游河道，現(xiàn)有技術(shù)主要采用兩種方法解決這一問(wèn)題。第一種方法是當(dāng)水利工程中采用單個(gè)溢洪道下泄水流時(shí)，通過(guò)對(duì)溢洪道末端挑坎形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使經(jīng)過(guò)挑坎的水流脫離挑坎后在空中充分的擴(kuò)散，盡可能的分散進(jìn)入下游消力池中，但隨著下泄水流流量增大，通過(guò)優(yōu)化挑坎形式提高水流擴(kuò)散效果的難度迅速增大，下泄水流極易集中進(jìn)入消力池內(nèi)，對(duì)消力池造成沖刷破壞。第二種方法是當(dāng)水利工程中采用多個(gè)溢洪道(如壩身溢洪道與岸邊溢洪道)下泄水流時(shí)，雖可以在一定程度上分散下泄的總水量，在一定程度上減少消力池造成沖刷破壞，但是各個(gè)溢洪道彼此之間的流量由于沒(méi)有明確的分配關(guān)系，一方面無(wú)法充分利用各個(gè)溢洪道挑射水流進(jìn)入下游消力池后彼此之間相互作用的關(guān)系來(lái)提高整體的泄洪消能效果，另一方面還會(huì)因壩身溢洪道的挑射水流流量過(guò)大和相對(duì)集中而對(duì)消力池造成沖擊性破壞，影響水利工程的安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法。
[0004]本發(fā)明提供的一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法是將多個(gè)泄水建筑物挑射的水股沿消力池的縱向分級(jí)且按流量逐級(jí)增大配置，級(jí)和級(jí)之間的水股間距在滿足L1-H cot (a,)+H cot(ai+1)下至少為20米，同一級(jí)各挑射水股的流量相等，各挑射水股之間的間距L^)至少為20米。其中H為消力池內(nèi)的水深，a,為各級(jí)水股進(jìn)入消力池的入射角度。
[0005]由于本發(fā)明提供的方法，從縱向上看可使挑射水股按照一定的層次和間距逐級(jí)增大的進(jìn)入消力池，這一方面可以使各個(gè)入水水舌在進(jìn)入消力池前不發(fā)生橫向和縱向的疊加而單獨(dú)進(jìn)入下游消力池，另一方面可以使較小的流量先進(jìn)入消力池，這樣對(duì)消力池造成的沖擊壓力不大，也不會(huì)使消力池底部水流流速提高過(guò)多，自然不會(huì)對(duì)消力池產(chǎn)生沖擊破壞和磨蝕破壞，且小流量水流進(jìn)入消力池后，根據(jù)射流運(yùn)動(dòng)特性，該股水流主要是靠近消力池底部向下游運(yùn)動(dòng)，在向下游運(yùn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)會(huì)帶動(dòng)消力池底部的一部分已有水體也一起向下游流動(dòng)，并在水股和消力池尾坎之間形成一股回流，產(chǎn)生紊動(dòng)區(qū)域，帶來(lái)消能效果，如圖3所示，隨著下一級(jí)稍大一點(diǎn)流量的挑射水流進(jìn)入消力池內(nèi)后，除了自身在向下游運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)消力池的已有水體產(chǎn)生紊動(dòng)，還要穿越上一級(jí)水流所形成的紊動(dòng)區(qū)域，二者所形成的紊動(dòng)強(qiáng)度無(wú)疑會(huì)大于它們紊動(dòng)強(qiáng)度的加和，這樣就可加大消能效果，并且當(dāng)該級(jí)挑射水流向消力池底部運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)直接沖擊在靠近消力池底部的相鄰上一級(jí)水流上，兩股不同方向運(yùn)動(dòng)的水流沖擊碰撞時(shí)既可大大增加能量損失一消能，又可避免射流直接沖擊在消力池底板上，從而能有效減小消力池底板上的沖擊壓力。對(duì)于后續(xù)沿下游逐級(jí)增大流量的各級(jí)水股進(jìn)入消力池后的水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程和產(chǎn)生消能的效果可以依次類推，這樣就可以充分利用各個(gè)溢洪道挑射水流進(jìn)入下游消力池后彼此之間相互作用的關(guān)系來(lái)提高整體的泄洪消能效果，另一方面還會(huì)消除因壩身溢洪道的挑射水流流量過(guò)大和相對(duì)集中而對(duì)消力池造成沖擊性破壞。在橫向方向上，由于每級(jí)水流中橫向各水股進(jìn)入消力池后會(huì)與消力池內(nèi)水體相互產(chǎn)生剪切紊動(dòng)作用，通過(guò)剪切紊動(dòng)消耗一部分能量，同時(shí)有一定間距的橫向各個(gè)水股在消力池內(nèi)所產(chǎn)生的紊動(dòng)區(qū)域之間又存在相互作用，這樣就可進(jìn)一步提高消力池內(nèi)的紊動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到消耗水流能量的目的。
[0006]以上方法具體是將挑射的水股沿消力池的縱向分級(jí)分為I級(jí)、2級(jí)、3級(jí)……i
級(jí)......η級(jí),每級(jí)水流的流量計(jì)為Qp Q2 > Q3......Q1......Qn，如圖1所示，位于同一橫向位置
的水股為一級(jí)，其中i級(jí)水流中各股水流流量計(jì)為Q,)、Qi⑵、Q/3)……Q，)，如圖2所示。為了既消能又不會(huì)對(duì)消力池底板造成沖擊破壞，優(yōu)選相鄰下一級(jí)水流流量為上一級(jí)流量的
1.5~2倍，即Qi= (1.5~2) Qh，且級(jí)和級(jí)之間的間距在滿足L1-H Cotfei)+H cot (ai+1)下優(yōu)選20~50米。
[0007]以上方法中所述的橫向上同一級(jí)各挑射水股的流量具體計(jì)為Q/1)、Qi(2)、Qi(3)……Q/j)，其流量相等，即0，)=0，+1)，且^)+0，+0/3)+……+Qi^=Qi,各挑射水股之間的間距Li00優(yōu)選為20~50米。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]I)由于本發(fā)明方法是將多股挑射水流進(jìn)行分級(jí)流量配置，因而可使較小流量的水股依次先進(jìn)入消力池并位于底部和次底部運(yùn)動(dòng)，一方面對(duì)消力池的沖擊壓力不大，不會(huì)對(duì)消力池底部產(chǎn)生沖擊破壞和磨蝕破壞，另一方面與消力池底部的一部分已有水體依次產(chǎn)生的紊動(dòng)區(qū)域，除了自身和相互之間產(chǎn)生的消能作用外，還可大大減弱后續(xù)較大流量的水股對(duì)消力池產(chǎn)生的沖擊破壞和磨蝕破壞，一舉兩得。
[0010]2)由于本發(fā)明方法可根據(jù)消力池大小、水深以及入水角度將多股挑射水流按照一定間距逐級(jí)單獨(dú)進(jìn)入消力池，因而一方面可充分利用現(xiàn)有的消力池的大小，另一方面因保持了進(jìn)入消力池前挑射水流的能量，使之進(jìn)入消力池后能與其中的已有水體產(chǎn)生更強(qiáng)的相互作用的紊動(dòng)區(qū)域，可達(dá)到更好的整體消能效果，保證水利工程的安全運(yùn)行。
[0011]3)本發(fā)明方法構(gòu)思巧妙，簡(jiǎn)單且容易實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)各個(gè)溢洪道下泄水流流量之間配置的最優(yōu)化，提高消力池消能效果，并保證水利工程泄洪安全運(yùn)行提供了一種新的解決途徑。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明方法中挑流水股進(jìn)入消力池的狀態(tài)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明方法中挑流水股在消力池中入射點(diǎn)分布示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明方 法中各級(jí)水股進(jìn)入消力池后的相互作用示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式的挑流水股進(jìn)入消力池的狀態(tài)示意圖；[0016]圖5為圖4的挑流水股在消力池中入射點(diǎn)分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施的方式對(duì)本發(fā)明所述用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法作進(jìn)一步說(shuō)明。值得說(shuō)明的是，本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。
[0018]實(shí)施例
[0019]本實(shí)施例根據(jù)水利工程中需要下泄的洪水流量為9900m3/s，給出的泄洪挑流水股流量配置方式如圖4、5所示，即沿下游縱向方向?qū)⑾滦顾骺偭髁糠譃槿?jí)，各級(jí)流量分另IJ計(jì)為Q1、Q2、Q3，第一級(jí)橫向方向設(shè)置三股水流沿泄水挑流建筑物(壩身溢洪道)下泄，流量分別計(jì)為Q1 (1)、Q1 (2)、Q1 (3)，第二級(jí)設(shè)置兩股水流沿岸邊泄水挑流建筑物(岸邊溢洪道)下泄，流量分別計(jì)為Q2(1)、Q2(2)，第三級(jí)設(shè)置四股水流也沿岸邊泄水挑流建筑物(岸邊溢洪道)下泄，流量分別計(jì)為Q3a)、Q3(2)、Q3(3)、Q3⑷。本實(shí)施例將第一級(jí)的總泄水量定為Q1=ISOOmVs,本級(jí)的各水股的泄水量就為Q1iD=Q/2) =Q1 (3)=600m3/s，再選擇Q2=L 5Q1；Q3=2Q2及按每級(jí)各股水流流量相等的配置方式進(jìn)行其余二級(jí)各股水量分配為處=27001113/8，且02(1)=02(2)=13501113/S，第三級(jí):Q3=5400m3/s，且 Q3(1)=Q3(2) =Q3(3)=Q3(4)=1350m3/s，下游消力池水深 H=30m，第一級(jí)與第二級(jí)水股入射角度為％=&2=45°，第三層水股入射角度為a3=30°，各層水流進(jìn)入消力池時(shí)縱向距離Li根據(jù)L1- Hcot (aj) +Hcot =50米,設(shè)計(jì)為L(zhǎng)1=SO米，L2=28米,第一級(jí)各水股橫向距離間隔為30米，第二級(jí)各水股橫向距離間隔為50米，第三級(jí)各水股橫向距離間隔為20米。
【權(quán)利要求】
1.一種用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法是將多個(gè)泄水建筑物挑射的水股沿消力池的縱向分級(jí)且按流量逐級(jí)增大布置，級(jí)和級(jí)之間的水股間距在滿足L1-H cot (a,)+H cot(ai+1)下至少為20米，橫向上同一級(jí)各挑射水股的流量相等，各挑射水股之間的間距L^)至少為20米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法將挑射的水股沿消力池的縱向分級(jí)分為I級(jí)、2級(jí)、3級(jí)……i級(jí)……η級(jí)，每級(jí)水流的流量計(jì)為Qp Q2> Q3......Q1......Qn，且相鄰下一級(jí)水流流量為上一級(jí)流量的1.5~2倍，即Qi=(1.5 ~2)Qh。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法中所述的級(jí)和級(jí)之間的間距在滿足L1-H cot (?)+H cot(ai+1)下為20~50米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法中所述的橫向上同一級(jí)各挑射水股的流量計(jì)為Q/1)、Q/2)、Qi(3)……Q，)，其流量相等，即Qi(J) =Qi(沖，且Q?，+……+Qiw=Qi,各挑射水股之間的間距Li(j)為20~50米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于挑流水股的分級(jí)流量配置消能方法，其特征在于該方法中所述的橫向上同一級(jí)各挑射水股的流量計(jì)為Q^1)、Qi(2)、Qi0)……Qi'其流量相等，即0，)=0，+1)，且％(1)+0，+0嚴(yán)+……+Qi(J)=Qi,各挑射水股之間的間距L，)為20~50米。
【文檔編號(hào)】E02B8/06GK103898881SQ201410155219
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】許唯臨, 鄧軍, 田忠, 張法星, 劉善均, 王韋, 張建民, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名 申請(qǐng)人:四川大學(xué)