[发明专利]圆弧形明渠

说明书

技术领域

本发明涉及具有消能功能的明渠的设计，尤其是在山区地形条件下设计纵坡比降大并且弯曲的输水明渠。

背景技术

人工明渠的横断面一般为规则的几何形状，常见的有矩形、梯形、三角形和圆形等。在地势平坦的地区，输水明渠的横断面可根据输水需要和不同的条件采用矩形、梯形或三角形等形状，而在山区，由于地形崎岖，地面坡度陡，输水明渠横断面如果同样采用矩形或梯形等规则的几何形状，那么断面水流形态将发生变化，尤其是受地形因素影响渠道需要转弯的情形，上方高速水流会冲击转弯部位渠道侧壁，产生水跃和偏斜水流，导致水流溢出渠道、对边坡冲刷以及渠道的破坏。对山区坡度陡、弯曲的明渠水流通常采取消能措施进行控制，如通过在渠底铺设石头等材料来增加糙率，或者采用落差工程手段，甚至在明渠的转弯部位采用暗渠结构等方式。但是，如果设计输水流量比较大，输水明渠工程规模将增大，在地形崎岖的山区这类工程的施工非常困难。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有消能功能的输水明渠，即通过改变矩形断面明渠侧壁的形状，使山区坡度陡、弯曲的明渠水流平稳流过渠道而设计的一种新型水工建筑物。且输水明渠顶部具有部分遮蔽有利于节水并提高输送能力。

本发明的目的是这样实现的：圆弧形明渠，其特征是明渠渠壁的横截面是横置的胶囊形，两端为圆弧形。上端圆弧形渠壁有遮蔽或上端圆弧形渠壁延长一段直线渠壁遮蔽渠底；横截面的其它顶部直线部分是空的。

即将现有的矩形横断面明渠的左右两侧壁改成圆弧形，使渠道的断面形状有利于水流的平稳通过。

本发明可以制备成一定长度的截面如上述的明渠（混凝土）预制块，可以是全截面的预制块，也可以是一定长度的两块以中心对称线分割预制块。

本发明所构建的圆弧形明渠，其特点在于通过渠道断面形状的改变，既使渠道纵坡比降大、渠道弯曲，水流也能平稳流过渠道而不产生溢流。当上方高速水流流经渠道弯曲部位时，将以(V为流速，h为水位，g为重力加速度)的流速流过，圆弧形的渠道侧壁使水流以螺旋流的形式前进，将高速水流流经矩形渠道弯曲部位时冲击渠道侧壁形成的向上能量转变为旋转能量，通过能量形式的转换达到消能的目的，使高速水流产生的冲击波不产生溢流、不冲刷边坡、不破坏渠道本身。而且，通过渠道断面形状的改变，还可以缩小工程规模，节约工程成本，从而使在地形崎岖的山区进行纵坡比降大、弯曲的输水明渠的设计与施工难度变小。

另外，为了防止螺旋流在圆弧形断面渠道中流动时产生水沫、或因水位上升产生溢流，在圆弧形侧壁的顶部设置垂直侧壁。

本发明的有益效果是，具有消能功能，使山区坡度陡、弯曲的明渠水流平稳流过而设计的一种新型水工建筑物。本发明的输水明渠顶部具有部分遮蔽有利于节水并提高输送能力。不易溢流、不破坏渠道本身。还可以降低工程成本。

附图说明

图1是本发明横断面示意图

图2是本发明纵断面结构示意图，圆弧形明渠右侧纵断面。

具体实施方式

如图1所示：图中：圆弧形明渠1、渠底2、圆弧形侧壁3、垂直侧壁4。

圆弧形明渠1，通过对矩形断面渠道的左右两侧壁进行改造，渠道断面形状变为圆弧形，因此水流在渠道内的流态呈螺旋流。圆弧形明渠的断面积要能够容纳全部流水而不外溢，就截面的形状而言，圆弧形侧壁（侧部）的直径：渠底宽（直线底宽）的比例为1∶1.5-1.6，圆弧形侧壁圆弧形的中心角度为180-220度，图中标注了210度，则有30度的遮蔽。圆弧形侧壁顶部的垂直侧壁厚度为0.2-0.3米，明渠开口宽度与渠底宽度的比例为3∶3.8-4.4。图2所示：圆弧形明渠纵断面结构（右侧壁），以中心对称线分割的预制块，二块构成一小长段。水流在渠道内以螺旋流流态沿程流下。圆弧形明渠左侧壁内的水流同样以螺旋流流态沿程流下。左右两侧壁中的螺旋流均在渠道横断面内中心线附近落下并相互冲击，从而达到消能的目的。