[发明专利]利用台阶进行泄流与消能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程中泄流通道的消能方法，尤其是涉及利用台阶进行泄流与消能的方法。

背景技术

在水利水电工程中，为达到控制水流、消除水患、合理开发利用水利资源的目的，常需要修建泄水建筑物如泄流槽等泄流通道。水流在流经泄水建筑物时，往往具有较大的能量，如不针对下泄水流加以处理，下泄水流会对下游河渠造成冲刷，甚至危及建筑物的安全，因此必须消除下泄水流多余的能量，防止冲刷的产生，保护建筑物的安全。目前消除泄水多余能量的形式有三种：底流消能、挑流消能、面流消能。底流消能一般适用于中低水头及地质条件较差的情况，挑流消能一般适用于中高水头及地质条件较好的情况，面流消能一般适用于水深较大、水位稳定的情况。但由于水力、地形、地质及使用条件的复杂性和多样性，考虑工程建筑物的合理性和经济性，已有的三种消能方式并不适合所有的工程，因此，因地制宜的采用合适的消能方式对保证工程安全、减少工程投资至关重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用台阶进行泄流与消能的方法，从而更加有效、合理、经济的消除下泄水流能量。

为实现上述目的，本发明可采取以下技术方案：

本发明所述利用台阶进行泄流与消能的方法，将泄流通道的溢流面设置成同坡比台阶结构；所述同坡比台阶的台阶高度T与宽度h之比即为所述泄流通道溢流面的设计坡比；泄流通道的设计消能率η根据泄流通道总高度P、泄流通道的泄流单宽流量q和同坡比台阶的台阶糙率n确定；所述同坡比台阶的台阶糙率n根据同坡比台阶的台阶突出高度Δ确定；所述同坡比台阶的台阶突出高度Δ根据同坡比台阶的台阶高度T、泄流面与水平面的夹角α确定；同坡比台阶的台阶高度T根据泄流通道的泄流单宽流量q确定，泄流通道的泄流单宽流量q根据泄流通道宽度B确定；所述泄流面是指由同坡比台阶两直角边组成的直角三角形斜边所构成的斜面；

所述泄流单宽流量q为：Q=Q/B；式中：Q—泄流总流量，B—泄流通道宽度。

所述消能率η为：                                                ；式中：q—泄流单宽流量，P—泄流通道总高度，n—台阶糙率；

所述台阶突出高度Δ为：Δ=T×cosα；式中：T—台阶高度，α—泄流面与水平面夹角；

所述台阶糙率n为：n=Δ^1/6/A；式中：A—每个台阶单位宽度斜面面积。

本发明优点主要体现在以下方面：

1、将所述同坡比台阶作为泄流通道的溢流面，利用下泄水流在每一级台阶上的跌落，大大提高了下泄水流的消能率，消除了下泄水流的能量，减小泄水通道下游防护的工程量。

2、由于下泄水流在每一级台阶上进行跌落消能，因此不受下游水位变化对消能的影响，简化了消能的使用条件。

3、采取台阶结构的溢流面在泄水通道中的布置，使得结构简单，方便施工，工程量少，提高了施工效率，节省了工程投资。

附图说明

图1是本发明实施的泄流通道布置结构示意图。

图2是图1的I部放大图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述利用台阶进行泄流与消能的方法，将泄流通道（1）的溢流面设置成同坡比台阶（2）结构；所述同坡比台阶（2）的台阶高度T与宽度h之比即为所述泄流通道（1）溢流面的设计坡比；泄流通道（1）的设计消能率η根据泄流通道（1）总高度P、泄流通道（1）的泄流单宽流量q和同坡比台阶（2）的台阶糙率n确定；所述同坡比台阶（2）的台阶糙率n根据同坡比台阶（2）的台阶突出高度Δ确定；所述同坡比台阶（2）的台阶突出高度Δ根据同坡比台阶（2）的台阶高度T、泄流面与水平面的夹角α确定；同坡比台阶（2）的台阶高度T根据泄流通道（1）的泄流单宽流量q确定，泄流通道（1）的泄流单宽流量q根据泄流通道（1）宽度B确定；所述泄流面是指由同坡比台阶（2）两直角边组成的直角三角形斜边所构成的斜面；

所述泄流单宽流量q为：Q=Q/B；式中：Q—泄流总流量，B—泄流通道宽度。

所述消能率η为：；式中：q—泄流单宽流量，P—泄流通道总高度，n—台阶糙率；

所述台阶突出高度Δ为：Δ=T×cosα；式中：T—台阶高度，α—泄流面与水平面夹角；

所述台阶糙率n为：n=Δ^1/6/A；式中：A—每个台阶单位宽度斜面面积。