本發(fā)明涉及一種適合高水頭小流量泄洪消能的聯(lián)合消能工，屬于水利工程泄洪消能領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國西南地區(qū)河流豐富、雨量充沛，易于水利工程的開發(fā)與建設(shè)。然而許多河流流量較小、泄洪落差卻很大，水利工程攔截河流對下游沖刷破壞仍然比較嚴(yán)重。利用消能工進(jìn)行消能防沖，由于水頭高、流量小，大型消能工，消能效果好卻不經(jīng)濟(jì)；小型消能工，經(jīng)濟(jì)但效果不明顯。且傳統(tǒng)寬尾墩的消能工均為收縮式，在高水頭小流量的泄洪消能中反而增加了對局部的沖刷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適合高水頭小流量泄洪消能的聯(lián)合消能工，采用擴(kuò)散式寬尾墩有利于水流的擴(kuò)散、撞擊及其在空中的摩擦，倒“v”字階梯消能工優(yōu)化水流流態(tài)，降低“水翅”高度，施工方便，節(jié)約成本。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適合高水頭小流量泄洪消能的聯(lián)合消能工，包括寬尾墩1、左邊墩2、中墩3、右邊墩4、階梯消能過渡段5、階梯消能均勻段6、摻氣坎8、倒“v”字階梯，左邊墩2、中墩3以及右邊墩4位于壩體wes曲面上，左邊墩2、中墩3以及右邊墩4的下方均設(shè)有寬尾墩1，所述的寬尾墩1為擴(kuò)散式寬尾墩，寬尾墩1下方設(shè)有摻氣坎8，摻氣坎8另一端與倒“v”字階梯連接，倒“v”字階梯上部分為階梯消能過渡段5、下部分為階梯消能均勻段6，階梯消能過渡段5呈倒“v”字形；

所述的寬尾墩1的擴(kuò)散段斷面呈六邊形，b1為擴(kuò)散段斷面的頂部寬度，b2為擴(kuò)散段斷面的底部寬度，b為擴(kuò)散段斷面中心寬度，中墩3寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b均小于等于1/3，左邊墩2及右邊墩4寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b大于中墩3寬尾墩的擴(kuò)散比，但左邊墩2及右邊墩4寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b小于等于1/2，擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1及擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2可根據(jù)具體工程要求進(jìn)行變動，當(dāng)要求寬尾墩穩(wěn)定性較高時，可采用擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1寬于擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2；當(dāng)要求階梯消能穩(wěn)定性較高時，可采用擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2寬于擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1。

優(yōu)選地，所述的階梯消能過渡段5的倒“v”字形角度α=130°～150°且α從上到下逐步減小；階梯消能均勻段6呈坡度、寬度不變。

本發(fā)明的工作原理是：水流7自水庫上流經(jīng)壩體溢流壩段流入，經(jīng)過寬尾墩1的擴(kuò)散以及空中的撞擊散去一部分能量，又經(jīng)過摻氣坎8進(jìn)一步的挑射、摻氣，降低了臺階壩面處的空蝕空化，進(jìn)而流入倒“v”字階梯進(jìn)行進(jìn)一步消能。

本發(fā)明的有益效果是：傳統(tǒng)寬尾墩均為收縮式，在高水頭小流量的泄洪消能中反而增加了對局部的沖刷，而本發(fā)明采用擴(kuò)散式寬尾墩有利于水流的擴(kuò)散、撞擊及其在空中的摩擦。擴(kuò)散式寬尾墩可加強(qiáng)水流橫向擴(kuò)散，有利于水流撞擊和摩擦，提高消能率；過渡式倒“v”字階梯消能工優(yōu)化水流流態(tài)，降低“水翅”高度，施工方便，節(jié)約成本；擴(kuò)散式寬尾墩及過渡式倒“v”字階梯消能工聯(lián)合消能經(jīng)濟(jì)安全，完全可以滿足高水頭小流量的泄洪消能要求，可值得在我國西南地區(qū)高水頭小流量流域進(jìn)行推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明聯(lián)合消能工結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明擴(kuò)散式寬尾墩的擴(kuò)散段斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明擴(kuò)散式寬尾墩的左視圖；

圖4是本發(fā)明溢流壩段的俯視圖；

圖5是本發(fā)明倒“v”字階梯階的俯視圖；

圖6是本發(fā)明利用到水工建筑消能防沖中的整體示意圖。

圖1-6中各標(biāo)號：1-寬尾墩，2-左邊墩，3-中墩，4-右邊墩，5-階梯消能過渡段，6-階梯消能均勻段，7-水流，8-摻氣坎。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明所述聯(lián)合消能工作進(jìn)一步說明。

實施例1：如圖1-6所示，一種適合高水頭小流量泄洪消能的聯(lián)合消能工，包括寬尾墩1、左邊墩2、中墩3、右邊墩4、階梯消能過渡段5、階梯消能均勻段6、摻氣坎8、倒“v”字階梯，左邊墩2、中墩3以及右邊墩4位于壩體wes曲面上，左邊墩2、中墩3以及右邊墩4的下方均設(shè)有寬尾墩1，所述的寬尾墩1為擴(kuò)散式寬尾墩，寬尾墩1下方設(shè)有摻氣坎8，摻氣坎8另一端與倒“v”字階梯連接，倒“v”字階梯上部分為階梯消能過渡段5、下部分為階梯消能均勻段6，階梯消能過渡段5呈倒“v”字形；

所述的寬尾墩1的擴(kuò)散段斷面呈六邊形，b1為擴(kuò)散段斷面的頂部寬度，b2為擴(kuò)散段斷面的底部寬度，b為擴(kuò)散段斷面中心寬度，中墩3寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b均小于等于1/3，如擴(kuò)散比過大將影響其穩(wěn)定；由于壩體邊墩靠近岸坡部分了，混凝土壩邊墩較為牢固，因此左邊墩2及右邊墩4寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b可適當(dāng)大于中墩3寬尾墩的擴(kuò)散比，但左邊墩2及右邊墩4寬尾墩的擴(kuò)散比b1/b或b2/b小于等于1/2，擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1及擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2可根據(jù)具體工程要求進(jìn)行變動，當(dāng)要求寬尾墩穩(wěn)定性較高時，可采用擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1寬于擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2（即b1>b2）；當(dāng)要求階梯消能穩(wěn)定性較高時，可采用擴(kuò)散段斷面的底部寬度b2寬于擴(kuò)散段斷面的頂部寬度b1（即b2>b1）。

進(jìn)一步地，所述的階梯消能過渡段5的倒“v”字形角度α=130°～150°且α從上到下逐步減小；階梯消能均勻段6呈坡度、寬度不變。由于過渡式階梯消能方式主要受前幾節(jié)階梯影響，考慮消能率及施工經(jīng)濟(jì)性，采用變化角度形式的過渡式倒“v”字階梯消能工，其角度α=130°～150°；均勻階梯呈坡度、寬度不變。

通過國家自然科學(xué)基金（51569010）水工模型試驗，可得知在階梯消能中應(yīng)用過渡階梯消能率有所提高，并且其中前幾節(jié)階梯對其影響比較明顯。本發(fā)明所述擴(kuò)散式寬尾墩呈六邊形，本發(fā)明所述過渡式倒“v”字階梯消能工，包含了階梯消能過渡段5及階梯消能均勻段6兩部分，階梯消能過渡段5呈倒“v”字形，其角度α=130°～150°且α從上到下逐步減?。浑A梯消能均勻段6呈坡度、寬度不變，均勻變化。

本發(fā)明所述的聯(lián)合消能工由擴(kuò)散式寬尾墩及過渡式倒“v”字階梯消能工共同組成，應(yīng)用于高水頭小流量的泄洪消能中，擴(kuò)散式寬尾墩可加強(qiáng)水流橫向擴(kuò)散，有利于水流撞擊和摩擦，提高消能率；過渡式倒“v”字階梯消能工優(yōu)化水流流態(tài)，降低“水翅”高度，施工方便，節(jié)約成本；擴(kuò)散式寬尾墩及過渡式倒“v”字階梯消能工聯(lián)合消能經(jīng)濟(jì)安全，完全可以滿足高水頭小流量的泄洪消能要求，可值得在我國西南地區(qū)高水頭小流量流域進(jìn)行推廣。

舉例說明：

例1：阿海電站采用傳統(tǒng)y型寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能方式進(jìn)行消能防沖，實際操作時發(fā)現(xiàn)，無摻氣坎長時間的階梯消能造成了階梯嚴(yán)重沖刷、壩體安全隱患。通過查閱大量技術(shù)材料，阿海電站采用5孔泄流，5000年一遇洪峰流量達(dá)到17500m³/s、1000年一遇洪峰流量達(dá)到15300m³/s、100年一遇洪峰流量達(dá)到12200m³/s，屬于高水頭大流量電站。在對其進(jìn)行1:60水工模型實驗時發(fā)現(xiàn)，y型寬尾墩在收縮水流時造成臺階負(fù)壓加大、空蝕空化嚴(yán)重，階梯消能利用不充分，同時也發(fā)現(xiàn)過渡階梯體型對整體消能效果有較大影響。

通過水工模型試驗結(jié)果，對其進(jìn)行體型上的優(yōu)化，同時為了保證壩體的安全可靠，本發(fā)明所述聯(lián)合消能工適用范圍控制在高水頭小流量狀況下。本發(fā)明所述聯(lián)合消能工（見圖1）由擴(kuò)散式寬尾墩（見圖2、圖3）及倒“v”字階梯消能工（見圖5）組成，擴(kuò)散式寬尾墩不會造成臺階負(fù)壓加大、空蝕空化，倒“v”字階梯使階梯的消能效果得到充分利用，且增加了摻氣坎8因而消能效果更佳。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。