[发明专利]明流泄洪洞平面弯道的压顶方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种采用压顶技术用于明流泄洪洞平面弯道的压顶方法。

背景技术

利用导流隧洞改建成“龙抬头”型式的明流泄洪洞，能节省工程投资，是目前水利工程中采用较多的布置型式。其主要特点是：第一工作闸门布置于明流泄洪洞的进水口，便于集中管理；其次明流泄洪洞的水流流态明确；再就是工程量相对较小。由于明流泄洪洞的进水口的设置高程较高，作用在进水口工作闸门上的水头较小，从而降低了工作闸门制作上的技术难度，而提高了工作闸门运行的安全度和灵活性。

按《水工隧洞设计规范》(DL/T 5195-2004)要求：高流速明流泄洪洞平面上应布置为直线。原因是明流泄洪洞平面弯道的水流流态差，并影响下游平直段泄流。但受实际布置的限制，通常利用导流隧洞改建的明流泄洪洞的前部存在平面弯道，因此有必要寻求改善平面弯道水流流态的方法。目前解决此问题的途径主要有两种：第一、明流泄洪洞平面弯道前设计为有压流，平面弯道后设计工作闸门。该方法除了需要增加平面弯道前的工程量外，还将增加工作闸门井的工程量。第二、利用导流隧洞改建明流泄洪洞时，目前大型工程中常采用进水口后增设竖井旋流消能工，再接工作闸门，工作闸门下游平直段按明流泄洪洞设计。该方法需要增加设置竖井旋流消能工的工程量，增加投资较大，特别对于中小型水利水电工程来说很不经济。

能否找到一种其它更为简便、经济实用的方法，并能保证下游平直段水流平稳，实现安全泄洪，这正是本发明的任务所在。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术中所存在的不足，本课题组结合实际工程，通过水工模型试验，提出一种明流泄洪洞平面弯道的压顶方法来完成所提出的发明任务。该方法采用的压顶技术解决了明流泄洪洞平面弯道水流流态差，并影响下游平直段泄流的问题。

本发明的目的是由以下措施构成的技术方案来实现的。

本发明明流泄洪洞平面弯道的压顶方法，包括以下工艺步骤：

(1)对明流泄洪洞平面弯道段采取压顶技术降低顶高，当明流泄洪洞在最大泄流量时平面弯道前有一水深、洞顶余幅；计算明流泄洪洞在最大泄流量时平面弯道前的佛汝德数F_r；

(2)定义明流泄洪洞平面弯道段的压顶系数K等于压顶余幅与洞顶余幅之比，根据明流泄洪洞洞宽与平面弯道转弯半径之比，佛汝德数F_r及平面弯道转角参数，确定压顶系数K的数值，再根据定义的压顶系数，反算出压顶余幅；

(3)根据设计要求，所述明流泄洪洞压顶余幅小于明流泄洪洞在最大泄流量时平面弯道前的洞顶余幅；

(4)为保证压顶出口后平直段的水流流态平稳，设计明流泄洪洞压顶段沿伸至平直段的压顶沿伸长度为2-4倍明流泄洪洞洞宽。

上述技术方案中，所述明流泄洪洞的压顶余幅小于洞顶余幅，且应满足压顶系数K＜1。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益的技术效果：

1、本发明采用的压顶技术，通过降低明流泄洪洞平面弯道的顶高，凹岸水体被控制在压顶以下，可避免水流直冲弧形洞顶、出现旋滚的不利流态，保证了明流泄洪洞下游平直段水流流态满足平稳的要求，从而实现安全泄洪。

2、本发明采用的压顶技术，不仅为解决明流泄洪洞平面弯道过流，提供了一种经济实用、设计合理的方法，而且为研究并掌握平面弯道水流提供帮助，进而为保证泄洪安全提供依据。

3、本发明采用的压顶技术，施工简便、工程量小，节省投资显著，特别适合于中小型水利水电工程，可以提高导流隧洞改建明流泄洪洞所带来的显著经济效益。

附图说明

图1为实现本发明明流泄洪洞平面弯道的压顶方法的结构示意图；其中，(A)为明流泄洪洞平面弯道的平面示意图；(B)为明流泄洪洞平面弯道前、平面弯道段、平直段各剖面水面的示意图。

图中：B为明流泄洪洞洞宽，H_max为最大泄流量时平面弯道起点水深，ΔH为洞顶余幅，ΔHy为压顶余幅，a为平面弯道压顶起点，b为平面弯道终点，c为压顶终点，L为压顶沿伸长度，1为平面弯道前，2为平面弯道段，其中：R、θ分别为平面弯道段的半径、转角，3为平直段，4为压顶段。

具体实施方式

下面结合附图及工程实例给出实施例以对本发明作进一步详细的说明，但所给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本发明的保护范围。