阅读说明：本技术 一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统 (Novel arc cylinder side wall spillway energy dissipation system ) 是由 何新林 曾钰峰 于 2021-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种优化水流条件,对下游河道、岸坡冲刷小,造价低廉,结构简单紧凑,泄洪能力强,洪水没有雾化,减短了下游消力池长度,使用寿命长,抗冲击、耐用性高的,集挑流、阶梯、弧形圆柱边墙、面流、底流消能有机地结合在一起地新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统。它由过渡段、阶梯及弧形圆柱边墙、挑坎、锯齿、消能坎组成；水流经过过渡段到达阶梯和弧形圆柱边墙段,在阶梯末端接挑坎,将水流挑至下游锯齿段,锯齿段后接消能坎,水流最后通过消能坎进入河道。(The invention discloses a novel energy dissipation system of an arc-shaped cylindrical side wall spillway, which optimizes water flow conditions, has small scouring on a downstream river channel and a bank slope, has low manufacturing cost, simple and compact structure, strong flood discharge capacity, no atomization of flood, short length of a downstream stilling basin, long service life, high impact resistance and durability, and organically combines the functions of trajectory lifting, stairs, an arc-shaped cylindrical side wall, surface flow and bottom flow energy dissipation. The energy dissipation device consists of a transition section, steps, arc-shaped cylindrical side walls, flip buckets, sawteeth and energy dissipation buckets; water flow reaches the step and the arc-shaped cylindrical side wall section through the transition section, the flip bucket is connected to the tail end of the step, the water flow is flipped to the downstream sawtooth section, the sawtooth section is connected with the energy dissipation bucket, and the water flow finally enters the river channel through the energy dissipation bucket.)

一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统

技术领域

本发明涉及溢洪道技术领域，具体为一种新型的弧形圆柱边墙溢洪道消能系统。

背景技术

水库作为拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物，可以利用来灌溉、发电、防洪和养鱼。可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作用。对于国民经济的发展起着重要作用。而作为水库的泄洪建筑物——溢洪道，其作用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全的溢流泄水建筑物。溢洪道一般不经常工作，但却是水库枢纽中的重要建筑物。

由于溢洪道陡槽的坡度比较陡，槽内水流的主要特征是流速大、紊动强烈、水面不稳定，水流质点以惯性为主，粘滞阻力作用不显著。此时的水流对边界条件特别敏感，如果控制不好，就会有掺气、冲击波、空蚀等现象发生，威胁到建筑物本身及下游的安全。所以当溢洪道的过流断面形状及水流要素沿程急剧变化时，除要满足泄洪流量外，对水流的流态控制也提出了较高的要求。泄洪消能的主要目的是通过坝身孔口、溢洪道或者泄洪隧洞将大量的洪水安全地渲泄到下游。如果泄洪消能问题处理不好，不仅会对下游河床产生严重的冲刷，而且会造成恶劣的流态，影响枢纽中其他建筑物的正常运行，甚至会危及大坝的安全。

随着水利工程事业的发展，消能模式已从单一向多种消能模式发展。目前，不管哪一种泄洪的方式都无法做到大幅度减少对下游河道的冲刷和破坏。为了减少对下游河道，岸坡的冲刷，并且减短下游消力池的长度，提出了本发明的弧形圆柱边墙溢洪道消能系统。

目前根据中国专利的有关资料检索表明，尚未有弧形圆柱边墙溢洪道消能的有关报道。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种集阶梯段消能、边墙曲线消能、挑流、底流、面流消能有机结合的一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统。它具有优化水流条件，对下游河道、岸坡冲刷小，造价低廉，结构简单紧凑，泄洪能力强，洪水没有雾化，减短了下游消力池长度，使用寿命长，抗冲击、耐用性高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统，其特征在于，包括过渡段、阶梯段、弧形圆柱、边墙、挑坎、锯齿段和消能坎，所述过渡段设置于两个平行的边墙一端之间，且过渡段的两端分别和两个边墙连接；所述阶梯段设置于两个边墙之间，所述阶梯段前端和过渡段后侧连接，所述边墙的内侧设置有若干个等距排列的弧边圆柱，所述弧边圆柱位于边墙和阶梯段之间；所述阶梯段末端连接挑坎，所述挑坎两端分别和两个边墙另一端连接；锯齿段前端和挑坎后侧面连接；所述锯齿段后段连接消能坎；所述阶梯段的高度从过渡段朝向消能坎方向逐渐降低；所述挑坎的高度高于阶梯段后端的高度。

优选地，所述边墙为梯形结构。

优选地，所述过渡段外侧面为三圆弧曲线的曲面；

优选地，所述阶梯段由若干个凸起的台阶组成；

优选地，所述弧形圆柱为半圆式结构；

优选地，所述挑坎采用斜鼻坎的形式；

优选地，所述锯齿段采用向上凸起的V型锯齿；

优选地，所述消能坎为正向或者反向的消能坎。

本发明的有益效果在于:结构紧凑，消能基本上从洪水宣泄就开始进行，并且同时利用了挑流、面流、底流等几种消能方式，消能效率较高；

在溢洪道宣泄洪水时，阶梯段和弧形圆柱曲线边墙消除了大部分能量，使得下游消力池的长度大大减少，节省了造价，且结构简单方便施工；

水流经过挑坎到达锯齿段段时，能量已经消耗了大半，对下游的冲刷轻微，有利于对岸坡、河床的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统的立体结构图；

图2为本发明提供的一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统的横截面图；

图3为本发明提供的一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统的前视图；

图4为本发明提供的一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统的俯视图。

附图标记说明：

过渡段1、阶梯段2、弧形圆柱3、边墙4、挑坎5、锯齿段6、消能坎7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，一种新型弧形圆柱边墙溢洪道消能系统，包括过渡段1、阶梯段2、弧形圆柱3、边墙4、挑坎5、锯齿段6和消能坎7，所述过渡段1设置于两个平行的边墙4一端之间，且过渡段1的两端分别和两个边墙4连接；所述阶梯段2设置于两个边墙4之间，所述阶梯段2前端和过渡段1后侧连接，所述边墙4的内侧设置有若干个等距排列的弧边圆柱，所述弧边圆柱位于边墙4和阶梯段2之间；所述阶梯段2末端连接挑坎5，所述挑坎5两端分别和两个边墙4另一端连接；锯齿段6前端和挑坎5后侧面连接；所述锯齿段6后段连接消能坎7；所述阶梯段2的高度从过渡段1朝向消能坎7方向逐渐降低；所述挑坎5的高度高于阶梯段2后端的高度。

进一步的，所述边墙4为梯形结构。

进一步的，所述过渡段1外侧面为三圆弧曲线的曲面；

进一步的，所述阶梯段2由若干个凸起的台阶组成；

进一步的，所述弧形圆柱3为半圆式结构；与边墙4连接性较好；

进一步的，所述挑坎5采用斜鼻坎的形式；水流经鼻坎后使水舌进行有效的导向并提高空中扩散率，同时使水舌顺利归于狭窄的河道和减小单宽流量削弱入射水舌对下游河床的冲刷；

进一步的，所述锯齿段6采用向上凸起的V型锯齿；

进一步的，所述消能坎7为正向或者反向的消能坎7。

溢洪道前端为过渡段1，过渡段1后接阶梯段2，利用阶梯段2的跌水消耗能量，同时在阶梯段2的两侧边墙4内测修建弧形圆柱3，一个个弧形圆柱3紧凑排列，利用水流遇弧形圆柱3产生漩涡、碰撞进行消能，这种水流结构可消散水流中大部分能量,使流向下游的水流剩余能量较小,减轻下游的消能负担和减少下游冲刷；这种消能的最基本的水流形态环流,在其固体边壁存在着较大的离心力,与大气相接触,整个水流不会出现负压,流速迅速降低,空化特性较好,不会产生空化与空蚀；增大了水头损失，同时使得水流更加平顺，降低了水流流速，在阶梯段2的末尾接挑坎5，利用挑流消能，通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用，消除部分能量，挑坎5后接锯齿段6，水流落在锯齿段6上，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦，掺气和撞击消耗能量，在锯齿段6的最后接消能坎7，利用消能坎7，将主流挑至水面，通过主流在表面扩散及底部旋滚和表面旋滚以消除余能。

本溢洪道可采用混凝土浇筑；水流经过过渡段1到达阶梯段2和弧形圆柱3边墙4段，在阶梯段2末端接挑坎5，将水流挑至下游锯齿段6，锯齿段6后接消能坎7，水流最后通过消能坎7进入河道。

所述弧形圆柱3不具有特定的尺寸和形状，可根据实际情况设置；并且其弧形圆柱3的距离也可根据实情任意设置。

所述的阶梯段2的尺寸、高度、宽度均未设限制，根据实际情况设定。

所述锯齿段6的尺寸、形状均未设限制，根据实际情况设定。

本发明的设计优化水流条件，对下游河道、岸坡冲刷小，造价低廉，结构简单紧凑，泄洪能力强，洪水没有雾化，减短了下游消力池长度，使用寿命长，抗冲击、耐用性高的，集挑流、阶梯、弧形圆柱3边墙4、面流、底流消能有机地结合在一起。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。