拱壩洩洪消能結構的製作方法
2023-06-15 11:43:21
專利名稱：拱壩洩洪消能結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水利水電工程中的洩洪消能結構，尤其是涉及一種峽谷地區高混凝土拱壩的洩洪消能結構。
背景技術：
目前，為適應峽谷地區通過壩身宣洩大流量的要求，高混凝土拱壩通常採用「水舌碰撞與水墊塘消能型式」這種壩身洩洪消能結構，其主要消能原理是在大壩下遊設二道壩形成水墊塘，通過合理布置壩身各層孔口，使下洩水流分層和大差動出流，不同層出流水股在空中碰撞分散與消能，儘可能的增加入水射流的分散度，減輕下洩水流對河床底部的衝刷破壞能力；壩身孔口一般布置上、下兩層，上層孔口一般為溢流表孔，常用下跌式布置，使出流水形成跌流；下層孔口尾部常用上翹式布置，使出流水形成挑流；上、下兩層孔口動出流水股在空中形成大差動，分層入水，並與表層水舌在空中碰撞，增加水舌的分散程度並增加在空中的消能，提高消能效率，減輕下遊衝刷。
這種洩洪消能結構較好的解決了峽谷地區需壩身宣洩大流量的高混凝土拱壩洩洪消能問題，國內大型拱壩工程，如二灘水電站、小灣水電站、溪落渡水電站、構皮灘水電站均採用這種洩洪消能結構。但同時因上、下層孔水股的空中碰撞，產生大量水霧，造成嚴重的洩洪霧化現象。洩洪霧化形成的暴雨，影響電廠、開關設備的正常運行，在一些工程中，已經出現水電站被淹，線路跳閘，飛石砸壞開關設備的情況。洩洪霧化區大雨如注，能見度低，時常伴隨風速10m/s以上的大風，影響兩岸交通。霧化形成的降水浸入巖體後降低巖體的抗滑能力，影響大壩和下遊岸坡穩定，誘發滑坡，這種影響在拱壩兩岸地質條件較差的情況下尤為突出。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可有效降低洩洪霧化，且能滿足峽谷地區通過壩身宣洩大流量要求的高混凝土拱壩洩洪消能結構。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該拱壩洩洪消能結構，通過在壩身上設置有上層孔口和下層孔口，使下洩水流分層和大差動出流，在大壩的下遊設置有二道壩形成水墊塘，其特徵是上層孔口採用窄縫下跌式出流，上層孔口和下層孔口的出流水股在空中不碰撞。上層孔口採用窄縫下跌式出流，孔口未端過水斷面急劇收縮，使出流水股在縱向拉長，橫向變窄。通過合理布置上、下層孔口的位置、型式和出流角度，使出流水股在水墊塘的長度方向和寬度方向儘量分散，滿足水股入水能量上限值的要求，且上層孔口和下層孔口的出流水股在空中不碰撞，從而達到降低洩洪霧化強度的效果。
本發明的有益效果是通過合理布置上層孔口和下層孔口的位置、型式和出流角度，使整個壩身出流水股充分擴散，水股在空中大量摻氣，射入下遊水墊塘單位面積上的能量減少，滿足了大壩洩洪消能的要求。同時，上、下層水股在空中不碰撞，大大降低了洩洪霧化強度。該發明可廣泛的在高落差、大流量、深峽谷電站中推廣使用。
圖1是本發明的上層孔口和下層孔口的出流水股入水位置示意圖。
圖2是本發明上層孔口水平截面的體型示意圖。
圖3是圖2中A-A剖視旋轉圖。
圖4是本發明的下層孔口水平截面的體型示意圖。
圖5是圖4中B-B剖視旋轉圖。
圖中標記為壩身1、上層孔口2、上層孔口如水水舌3、下層孔口4、水墊塘5、二道壩6、下層孔口如水水舌7。
具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
如圖1～圖5所示，本發明的拱壩洩洪消能結構，是通過在壩身1上設置有上層孔口2和下層孔口4，使下洩水流分層和大差動出流。在大壩的下遊設置有二道壩6形成水墊塘5，下洩水流射入水墊塘6，利用水墊塘6的水體進行消能。上層孔口2一般為表孔，下層孔口4為中孔或深孔，上層孔口2採用窄縫下跌式，上層孔口2沿水流方向由大至小收窄，並在孔口形成沿高度方向延伸的窄隙式下跌。通過對孔口位置和出口型式的合理選擇和布置，保證上層孔口2或下層孔口4出流水股在水墊塘範圍儘量擴散，上層孔口如水水舌3和下層孔口如水水舌7的入水能量在允許範圍內。在上層孔口2和下層孔口4的位置和出口型式的布置和選擇上，要求上層孔口2和下層孔口4的出流水股在空中不碰撞，以有效降低洩洪霧化強度。
實施例 現以某大型拱壩工程為例，說明此洩洪消能方式的應用 某大型拱壩壩址區河谷狹窄，兩岸岸坡陡峻，為典型的深切V型谷，枯期水面寬僅80m～100m。樞紐設計(校核)洩量為12297m3/s(13897m3/s)，最大洩洪水頭221.7m，洩洪功率高達33456MW，具有「窄河谷、高水頭、大流量」的特點，洩洪消能是該工程的重要技術問題之一。另外，由於該拱壩下遊左岸邊坡地形高陡，巖體破碎、卸荷強烈，邊坡穩定程度不高，在電站運行期需控制壩身洩洪霧化程度，以減少對下遊邊坡穩定的不利影響。
針對以上情況，該工程洩洪消能結構採用了本發明，具體情況為 (1)在大壩下遊設置二道壩6形成水墊塘5，水墊塘5斷面型式為梯形斷面，滿足大壩孔口出流水股入水消能寬度、長度和深度要求。具體為水墊塘深度的確定主要考慮在各級流量下水墊塘形成淹沒水躍和動水衝擊壓力在允許值範圍內，綜合比較，確定水墊塘深度為50m。一根據水流拋射距離和水躍漩滾長度，或根據二道壩6上遊壩面的動水壓力是否恢復到接近下遊靜水壓力來確定水墊塘的長度為386.5m。
(2)在拱壩的壩身1上設置兩層孔口，上層孔口2為4個表孔，下層孔口4為5個深孔。表孔出口採用窄縫式跌坎，孔口寬度在29m長度內由11m縮窄為3.6m，使出流水股在縱向上拉開，各孔口出流在平面上分散，表孔出流水股入水能量在允許範圍內。深孔採用「壓力上翹型並結合下彎型」，深孔出口為俯角的孔身採用下彎式，出口為挑角的孔身採用上翹型。5個深孔中，有4個深孔採用下彎式，其中2個深孔出口俯角12°，另個兩個深孔出口俯角5°，最後一個深孔採用上翹式，出口挑角5°。通過這樣的深孔型式的選擇和布置，達到深孔分層出流，出流水股縱向拉開、橫向擴散的效果，保證深孔出流水股入水能量在允許範圍內。
(3)上層孔口2和下層孔口4同時出流時，由於上層孔口2採用窄縫式跌坎及上層孔口2和下層孔口4的孔口型式和位置的合理布置，使上、下層水股在空中不碰撞，以有效降低洩洪霧化強度。
權利要求
1.拱壩消能結構，包括壩身(1)，在壩身(1)上設置有上層孔口(2)和下層孔口(4)使下洩水流分層和大差動出流，在大壩的下遊設置有二道壩(6)形成水墊塘(5)，其特徵是上層孔口(2)採用窄縫下跌式出流，上層孔口(2)和下層孔口(4)的出流水股在空中不碰撞。
全文摘要
本發明公開了一種峽谷地區高混凝土拱壩的洩洪消能結構，可有效降低洩洪霧化，且能滿足峽谷地區通過壩身宣洩大流量要求。該拱壩洩洪消能結構，在壩身上設置有上層孔口和下層孔口，在大壩的下遊設置有二道壩形成水墊塘，上層孔口採用窄縫下跌式出流，上層孔口和下層孔口的出流水股在空中不碰撞。通過合理布置上層孔口和下層孔口的位置、型式和出流角度，使整個壩身出流水股充分擴散，水股在空中大量摻氣，射入下遊水墊塘單位面積上的能量減少，滿足了大壩洩洪消能的要求。同時，上、下層水股在空中不碰撞，大大降低了洩洪霧化強度。該發明可廣泛的在高落差、大流量、深峽谷電站中推廣使用。
文檔編號E02B8/06GK101126232SQ200710201770
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月19日 優先權日2007年9月19日
發明者鍾 周, 饒紅玲, 勇 曾, 唐忠敏, 虎 唐, 劍 張 申請人:中國水電顧問集團成都勘測設計研究院