[实用新型]一种异型反台阶消力池

说明书

技术领域

本实用新型属于水利水电工程泄洪消能领域，涉及一种消力池。

背景技术

在水利水电泄水建筑物中，泄流与下游天然河道相衔接时，必然需要消能与调整流速分布。高水头、高Fr数泄水条件，可用挑流加水垫塘，亦可用底流、面流加消力池等措施，达到消能防冲目的。但对于低水头、大单宽、低Fr数水流消能问题一直成为难点，尤其是单宽流量极大(大于300m²/s)、Fr数极低(1～2)情况下，水流消能难度极大。尤其是岸边泄洪流道出口，地质条件复杂，出口消能区域受限，出口水流与下游河道轴线存在夹角，需要同时兼顾水流消能及平顺归槽的双层目标。

从消能角度：无论哪种消能形式，在消能段能出现完整稳定水跃流态，对消能极为有利。但稳定水跃形成对来流Fr数、单宽流量、上下游水位差及变化等条件要求较高。很多情况下，尤其是低水头、大单宽、低Fr数水流，上下游水位组合复杂多变、水跃产生区地形地质条件受限，水跃产生形态不稳定，甚至不能形成水跃现象，不能够保证泄水流道出口高效消能。目前，为了利用水跃消能，常采用辅助消能工(墩、坎等)及收缩扩散等方式强迫水流产生水跃现象，但是，对于单宽流量极大(大于300m²/s)、Fr数极低(1～2)，上下游水位差较小，下游水位较低，出口地形地质条件受限(消能区域较短)等情况，消能难度较大，由于出口单宽流量大、流速高，难以形成水跃，消能率极低，造成下游冲刷严重。从水流归槽角度：泄水流道出口水流归槽问题直接影响到下游安全。很多工程由于地形、地质条件复杂，尤其是岸边建筑物，出口区域空间受到限制，出口后河床地质条件差、覆盖层较厚，消能区域空间小，只能在有限区域集中高效消能方可保证下游安全。一般情况下，岸边流道出口水流轴线与河道主流轴线存在夹角，夹角较小时，出流靠岸，严重威胁下游岸坡安全；夹角较大时，水流难以归槽，也会影响对岸岸坡安全。因此，岸边流道出口水流需要同时解决出口消能和平顺归槽的双重重任。而传统的齿坎、导流墩、扭面等措施对于水体集中、离心力较大的大单宽、低Fr数水流，转向整流作用不显著，出流横向扩散不均匀，均不易达到消能和归槽的双层目的。

台阶消能方式已在水利工程、景观设计、河流防沙及鱼道工程等领域得到应用，水利工程中常在坝面、溢洪道等处采用台阶进行消能，通过对底流加糙，增加掺气、旋滚、碰撞，达到消能掺气的目的，且多为正向(即每个台阶平面高程沿水流方向逐级降低)台阶。对于 反台阶(即每个台阶平面高程沿水流方向逐级升高)消能方式，目前工程上多采用单个台阶型式(如坎、墩等)，亦可理解为一个反台阶形式，用以整流或促使水跃产生，但是消能效果还有待提高。

发明内容

本实用新型针对低水头、大单宽流量(尤其是大于300m²/s)、低Fr数(尤其是Fr数<2)水流，进流均匀，出流水流与河道轴线存在夹角的情况，提供一种异型反台阶消力池，可有效缩短消力池池长，提高消能率，并解决岸边泄水水流归槽问题。

本实用新型具体采用如下技术方案：

一种异型反台阶消力池，由前端的跌坎、底部的底板、两侧的边墙及末端的尾坎组成，其特征是所述消力池两侧边墙非对称分布且向河心侧呈曲面扩散，尾坎采用连续反台阶，连续反台阶由宽度随消力池边墙扩散而变化的多个台阶组成，台阶顺水流方向高程逐级升高，每阶台阶边缘布置成连续“L”型或锯齿形，形成进口处低、出口处高、河心侧低、近岸坡侧高的横向和纵向三维异型反台阶结构。

优选地，所述尾坎阶数为3～5阶；

优选地，所述尾坎单阶台阶高度为2～4m。(各阶台阶高度可以相等，也可以不相等。)

优选地，曲面的形式由流态调整需要决定，包括圆弧面、椭圆弧面、多次曲面及他们的任意组合。

本实用新型反台阶尾坎各阶踏步深度可根据实际流态调整需要结合反台阶的阶数及单阶台阶高度综合考虑设计。