[发明专利]镊子形水舌横向碰撞消能工

说明书

本发明提出一种镊子形水舌横向(水流左右方向)碰撞消能工，在采用挑流消能方式的泄水建筑物末端底板上，如溢流坝面、溢洪道泄槽或者泄洪洞末端，沿水流方向设置一上游段(前端，即迎流端)尖角设计的、类似于梭形的分流墩，将原泄槽水流分为左右两股水流。分流墩尾部渐渐缩窄，同时挑坎宽度也渐渐缩窄使两股水流的内外两侧边界都进行收缩，挑坎底板设计成反弧型，左右两股水流从挑坎挑出后，水舌在空中相遇从而产生横向(左右方向)碰撞。由于水流流速高，碰撞后水舌在横向产生散裂，达到横向分散水舌的目的，从而达到降低下游冲刷的效果，解决工程的泄洪消能难题，特别针对高水头、大流量、窄河谷工程，能够进一步提高消能效率，进一步减轻水流对下游河床冲刷破坏。

技术领域

本发明属于水利水电工程中的泄洪消能领域，特别设计一种应用于泄洪建筑物出口挑坎水舌横向碰撞的消能结构。

背景技术

我国水能资源的70％集中于西南地区，该地区很多水利水电工程的特点是水头高、流量大、河道狭窄，泄洪消能是工程建设的关键性技术难题。为了满足高水头、大流量、窄河谷工程的消能防冲要求，将下泄高速水流尽量沿纵向(上下游方向)拉伸分散，使水舌落水区域远离枢纽大坝等工程建筑物，同时避免对下游河道左右岸岸坡、坡脚的冲刷成为重要的研究内容，如窄缝消能工。但由于窄缝消能工是在出口前对泄流宽度突然进行收缩，加大泄流出口高度，高速水流离开挑坎后，在惯性的作用下，横向很难明显分散，水舌横向仍然很集中，窄缝挑流水舌只是沿纵向拉伸了，水舌落水形状呈“I”形状，落水区水垫塘或河床仍然面临较大的水舌入水冲击力。

水舌空中碰撞是分散挑流水舌的有效措施，传统的挑流水舌空中碰撞消能仅仅是在垂直方向碰撞，即两层挑流水舌在下落过程中，在空中交汇产生碰撞，从而使水舌散裂，增大落水区域面积，从而减小下游落水区水面单位面积的入流量，使原水舌的能量通过碰撞散裂达到分散，可大幅度降低对下游的冲击压力，达到保护下游消能设施(如水垫塘)和河床的目的。下泄水舌在下游消能区入水后，通过与消能区水体的摩阻、强烈紊动掺混、剪切等消能过程，流速进一步降低，达到与下游河道的平顺衔接的效果。

实际上，不少狭窄工程，尽管下游河道狭窄，对窄缝一条线似挑流水舌形状而言，对水舌适当进行横向扩散的空间还是有的，而窄缝挑流消能的缺点就是水舌横向太集中，横向基本没有扩散或者扩散很小，给下游河道水面横向留出的“空档”太宽。这就意味着，从横向分散水流角度来说，下游河道还有泄洪消能潜力可以挖掘，如何挖掘利用好下游河道的泄洪消能潜力，对解决工程泄洪消能问题以及节约投资具有重要意义。目前泄洪挑流水舌在垂直(上下)方向进行碰撞消能的消能工已经有一些研究成果，也有已竣工的相关工程，有代表性的是二滩水电站和溪洛渡水电站等，都采用的是表中孔水舌空中碰撞消能，对水舌横向空中碰撞消能的研究较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种镊子形水舌横向(水流左右方向)碰撞消能工，通过使水舌横向(水流左右方向)进行分散和碰撞，达到分散水舌的作用，降低下游冲刷，解决工程的泄洪消能难题，特别针对高水头、大流量、窄河谷工程，能够进一步提高消能效率，进一步减轻水流对下游河床冲刷破坏。

本申请的发明人通过研究发现，针对高水头、大流量、窄河谷工程采用挑流泄洪消能方式，如果在将挑流水舌进行纵向拉伸的同时，能够采取工程措施，在确保水流不冲刷左右岸坡、坡脚的情况下，对水舌横向适当地进行分散，挖掘河道横向泄洪消能的潜力，是减轻水流对下游河床冲刷程度的有力措施。水舌在空中横向碰撞本身也有消能的作用，碰撞散裂达到分散水流能量的目的。