[发明专利]一种双弯曲溢洪道导向消能的水力设计方法

说明书

本发明提供一种双弯曲溢洪道导向消能的水力设计方法，属于水利水电工程技术领域，本发明是对特定条件下的双弯曲溢洪道进行的消能防冲及水流导向设计，通过圆柱消力墩+弧形导流墩+消力池+斜底槛+台阶几种导流消能工的联合运用，最终解决双弯曲溢洪道的水流导向及消能防冲问题，该方法克服了常规单一的导流消能方式对短距离双弯道水流因离心力叠加影响而造成水流流态恶化改善效果较差的问题。

技术领域

本发明涉及一种双弯曲溢洪道导向消能的水力设计方法，属于水利水电工程技术领域。

背景技术

根据《溢洪道设计规范》[1](SL253—2018)规定，溢洪道布置应使水流顺畅，轴线宜取直线。现有技术中，众多工程因为受地形及施工条件等限制、为了减轻对生态环境的破坏、节省工程投资等因素不可避免地会采用弯道甚至双弯道的布置型式。水流在弯道离心力作用下，流量和水深分布极不均匀，弯道内水面会产生横比降、横向冲击波等问题，尤其是在短距离内布置双弯道，上游弯道水流会对下游弯道水流产生叠加的影响，进一步造成水流流态恶化，势必影响下游的消能防冲。因此，需要研究影响双弯道式溢洪道的水流流态和下游消能效果的因素，以便于改善弯道水流流态，提高下游消能效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种双弯曲溢洪道导向消能的水力设计方法，包括以下步骤：

(1)溢洪道进口处布置圆柱消力墩群，调整进口的不均衡进流；

(2)所述消力墩群后设有第一个逆时针弯道，所述第一个逆时针弯道底部水平设计成渐扩式使水流充分扩散减小单宽流量，所述第一个逆时针弯道中线处设计一个弧形导流墩将进流分隔成两个部分，防止所述第一个逆时针弯道水流集中；

(3)所述第一个逆时针弯道后设置有第一消力池，所述第一消力池尾坎对所述第一个逆时针弯道中的水流进行了调整和消能，均衡了左右岸的水流分布；

(4)所述第一消力池后设置第二个顺时针弯道，所述第二个顺时针弯道底板坡度1:4，水流同时又受到了离心力的影响，下泄的水流偏凹岸一侧，水流分布再次不均衡，在所述第二个顺时针弯道设计斜底槛，调整所述第二个顺时针弯道水流平衡；所述斜底槛顶部过水面都有圆弧小倒角，防止水流脱离边界产生飞跃；

(5)所述第二个顺时针弯道后设置直段泄槽，所述直段泄槽上设置不等宽台阶，水流经台阶加剧水体之间的翻滚、碰撞，进一步消杀能量，降低流速；

(6)所述直槽台阶后设置第二消力池，消能稳浪，引导水流平稳地进入到泄流涵洞中。

优选地，所述步骤(1)中，初拟一个消力墩群后水流的理想达到的流速V_l，溢洪道边墙高度减去一定的安全超高做为溢洪道进口平均水深H；测量进口断面水流平均流速V，再根据泄流流量Q、计算确定所需的过流宽度B，单排消力墩的净间距b，B＝(n-1)b，n为单排消力墩个数；消力墩的高度根据平均水深H确定；消力墩排距S＝(1.0～1.2)b，前后排消力墩交错呈梅花型布置；经试验测试消力墩群后水流平均流速V₂，根据V₂的大小重新调整消力墩净间距b₂，相应地调整消力墩数量n₂和排距S₂；再测试消力墩后水流平均流速V₃，依次循环往复直至V_n≈V₁，调整出理想的消力墩布置型式；另外，单排消力墩墩距可以根据进流流量的不均衡比值相应地调整不等宽布置，流量越大的位置消力墩净间距b值越小。