[发明专利]斜井式泄洪洞的侧壁掺气坎和出口潜水挑流坎的消能方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种斜井式泄洪洞的侧壁掺气坎和出口潜水挑流坎的消能方法，是一种水利工程的消能方法和设施，是一种用于水库防洪泄水的泄洪洞中的消能方法和消能设置。

背景技术

传统的斜井式泄洪洞，洪水从其进水口通过斜井进入反弧段，再通过平洞的出口挑流坎将水流抛射到下游河内。在高速水流的作用下，反弧段末端的底板极易由于空蚀引起严重破坏。例如美国胡佛坝泄洪洞发生的深达3米的空蚀破坏，格林峡坝处泄洪洞深达6米的破坏，还有墨西哥的英菲尔尼罗坝、西班牙的阿尔达阿达比拉坝等处的泄洪洞，以及中国的刘家峡和二滩大坝的泄洪洞都曾发生过类似的破坏。为了防止泄洪洞反弧段末端底板的破坏，通常在反弧段起始处上游斜井的底板上浇注掺气坎（掺气槽），并在坎后的边墙设置通气孔，防止地板的破坏。然而，由于仅在底板上设置用以防止下游空蚀的掺气坎和通气孔，当水流的流速很大时（超过40m/s），掺气坎的边墙也可能发生空蚀，破坏掺气坎和通气孔，使掺气坎失去了保护反弧段末端的防蚀作用。例如中国二滩水电站的一号泄洪洞就是由于掺气挑坎后的侧墙出现空蚀，导致下游钢筋混凝土底板严重破坏。

传统斜井式泄洪洞的另一个问题是由于洞内未能有效消能，泄洪洞出水口水流带有大量能量，为防止这些能量破坏出水口岸边，传统的方式是采用出口挑流坎。这种出口挑流坎都是设在高于下游洪水位以上的高程处，用空中挑流的方式将高速水流抛射到下游河内。这种高速水流抛射会造成严重的河床冲刷，同时由于高速水流在空中的掺气扩散作用，以及从高空降落冲击河水溅起高大的浪花，同大气再次掺混弥散形成严重的雾化现象，产生特大暴雨，某些泄洪洞泄洪时，由于雾化形成的降雨量竟达1000mm/h，严重破坏生态植被，引起山体滑坡和环境恶化。由于出口挑流雾化携带泥沙粉尘，还会使高压变电器短路，导致电力中断，同时还破坏了岸边公路。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种斜井式泄洪洞的侧壁掺气坎和出口潜水挑流坎的消能方法，对已建成的泄洪洞进行改进，在反弧段起始处底板的掺气坎上游侧壁设置带有通气管的侧掺气坎，改造泄洪洞出水口，设置潜水挑流坎，以防止反弧段末端空蚀和减轻出水口的雾化现象，消除对泄洪洞下游的生态破坏。

本发明的目的是这样实现的：一种斜井式泄洪洞的侧壁掺气坎和出口潜水挑流坎的消能工，所述斜井式泄洪洞包括：入水口，所述入水口与斜井连接，所述的斜井与出水洞连接，所述的斜井与出水洞连接的反弧段的起始处的底板上设置带有通气管的主掺气坎，在所述主掺气坎的上游的两侧壁设置相对而立的一对分别带有通气管的侧掺气坎；所述的出水洞的出口的位置设置在河道的洪水水位之下，所述出水洞的出口与所述河道水流的夹角小于90度并沿泄洪水流的方向扩大，形成喇叭形，所述出水洞的出口处底板上设置带有通气管的沿所述河道水流方向和所述泄洪水流方向抬起潜水挑流坎。

一种使用上述消能工的消能方法，所述方法的步骤如下：

水流通过入水口进入斜井；

水流接近斜井底部时，通过所述主掺气坎，在主掺气坎后产生负压吸允的大量空气，由高速水流带到反弧段的末端形成水气垫层，以抑制空蚀对钢筋混凝土底板的破坏；

水流经过反弧段进入出水洞，在出水洞出口水流以与河道水流小于90度的角度流入河道；

所述在斜井中的水流在经过主掺气坎之前，流经侧掺气坎，水流在侧掺气坎背水面产生立轴涡流产生消能作用，同时所述的立轴涡流在侧掺气坎背水面产生负压，所述负压经通气管吸收大量洞顶空气，掺入水中消能，立轴涡流和掺入的空气，保证主掺气坎两侧壁不发生空蚀；

所述出水洞中的水流流出出水洞，与所述河道中的水流汇合，使河道中的水流在出水洞流出的水流高速射流的拖曳下，在出水洞潜水挑流坎作用下，挑流水舌的下方产生水平轴顺时针的漩涡流，并通过通气管掺入大量空气，在所述挑流水舌上方产生水平轴逆时针的漩涡流，进行紊动剪切作用，提高消能率，减轻对河道的冲刷和雾化现象。