用于過水圍堰消能平臺的水墊池方法技術

本發明專利技術涉及一種用于過水圍堰消能平臺的水墊池方法，屬于水利工程領域。該方法通過對過水圍堰消能平臺設置水墊池。實現步驟：先計算過水圍堰消能平臺附近水躍躍前弗汝德數；根據水躍躍前水深及弗汝德數，確定消能平臺總長度；由定義的水墊池長度系數，反算出水墊池的長度；結合消能平臺前堰面坡度、水流流速方向，確定出水墊池深度與水墊池長度比值得水墊池深度。本發明專利技術在過水圍堰消能平臺設置水墊池后，可吸收堰面射流能量，實現水流柔性轉向，并降低了底部流速；水體在水墊池實現了“軟著陸”，降低消能平臺底板承受的沖擊力和脈動壓力，提高其消能效果；減輕水流對下游護面、堰腳的沖刷，實現過水圍堰安全溢洪。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水利工程技術，特別涉及一種采用水墊池技術的，屬于水利工程領域。
技術介紹
水利工程中，過水圍堰參與溢洪，可減小導流建筑物的規模，具有降低工程造價、縮短工期的優勢。采用圍堰過流可以解決按全年擋水設計時工程量較大、水工布置困難的問題，是山區河流較為經濟、合理的導流方式。作為臨時水工建筑物，過水圍堰的抗沖刷能力相對較弱。溢洪時一旦堰面、堰腳局 部沖開缺口、填充料被掏，最終有可能導致發生潰堰事故，將嚴重影響施工、危脅下游安全。為此有必要尋求改善過水圍堰水力條件的方法，減輕水流對護面的沖刷，保障過水圍堰安全。目前解決此問題的途徑主要是在過水圍堰的背水面設置消能平臺，使得水流沿堰面斜沖加速后轉向，從急流過渡為緩流，即通過水躍與下游銜接，同時達到消能的作用。由于消能平臺上水流急轉向、其底流速較大，采用該方法其消能平臺底板承受的沖擊力和脈動壓力均較大。特別在過水圍堰落差較大時，為實現水流轉向和消能防沖，需要有較長的消能平臺，這樣的話工程量會增加很多，作為臨時的水工建筑物來說不太經濟。因此，本課題組經研究探索并結合實際工程，找到一種，該方法較目前的其他消能方法更為經濟實用，并能獲得更為理想的消能防沖效果，以實現安全溢洪，這正是本專利技術的任務所在。
技術實現思路
本專利技術的目的正是為了克服上述現有技術中所存在的缺陷和不足，提出一種。該水墊池方法是在過水圍堰消能平臺設置水墊池，通過對過水圍堰消能平臺設置的水墊池長度和深度進行設計計算，從而達到改善過水圍堰消能平臺的消能防沖效果，并減輕了水流對下游護面及堰腳的沖刷破壞；以完成本專利技術所提出的專利技術任務。為實現上述目的，本專利技術采用由以下技術措施構成的技術方案來實現的。本專利技術，其特征在于包括以下工藝步驟(I)根據過水圍堰溢洪時消能平臺水躍躍前水深Ii1、躍前斷面流速V1，根據弗汝德數公式，計算水躍躍前弗汝德數^ ;(2)根據過水圍堰消能平臺水躍躍前水深Ii1和弗汝德數Fp由自由水躍躍長公式Lj=9. % (匕-I)，計算自由水躍長度Lj,由此確定出消能平臺總長度L= (O. 6 O. 8) Lj ；(3 )定義水墊池長度系數Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺總長度L之比，S卩Ks=Ls/L，根據躍前的弗汝德數Fp確定出水墊池長度系數Ks的值，再由定義的水墊池長度系數Ks，反算出水墊池的長度Ls=Ks · L ；(4)結合消能平臺前堰面坡度η、水流流速方向；綜合分析確定出水墊池的深度hs與水墊池長度Ls的比值關系，hs/Ls=(0. 3 O. 5)η。上述方案中，所述的水墊池長度Ls應小于過水圍堰消能平臺總長度L。上述方案中，所述水墊池長度系數Ks應滿足Ks < I。本專利技術所述消能平臺總長度L= (O. 6 O. 8) Lj是根據理論研究并結合實踐經驗計算出來的；所述水墊池長度系數KS=LS/L也是根據理論研究再結合實踐經驗定義的；水墊池深度hs與水墊池長度Ls的比值hs/Ls=(0. 3 O. 5)n，也是根據理論研究并結合實踐經驗得出的。本專利技術與現有技術相比具有以下優點及有益的技術效果I、本專利技術采用的水墊池方法，將消能平臺底部轉變成為柔性底板，對從堰面下來的射流以柔性作用吸收沖擊力，并有效降低底部流速，可避免消能平臺底板發生過大的脈動壓力，保證了消能平臺水流平穩轉向和消能防沖的要求，從而實現安全溢洪。2、本專利技術采用的水墊池方法，由于水墊池的柔性作用，吸收了射流的沖擊力，實現了水流的柔性轉向，同時降低了底部流速；水體在水墊池實現了 “軟著陸”，可以避免消能平臺底板發生過大的脈動壓力；又由于射流與水墊池的相互作用，提高了過水圍堰消能平臺的消能防沖效果，減輕了對下游護面及堰腳的沖刷，從而實現安全溢洪。3、本專利技術采用的水墊池方法，不僅為解決過水圍堰的消能防沖，提供了一種經濟實用、設計合理的方法，而且為研究并掌握消能平臺水流特性提供幫助，進而為保證溢洪安全提供依據。4、本專利技術采用的水墊池方法，施工簡便、工程量小，特別適合于山區河流上的土石過水圍堰工程，可以提高圍堰參與溢洪所帶來的顯著經濟效益。附圖說明圖I為本專利技術實現的剖面結構示意圖。圖中n為消能平臺前堰面的坡度，Ii1為消能平臺水躍的躍前水深，L為消能平臺總長度，Ls為水墊池長度，hs為水墊池的深度。具體實施例方式下面結合附圖及工程實例給出實施例以對本專利技術作進一步詳細的說明，但所給出的實施例不應理解為是對本專利技術保護范圍的任何限制，因而本專業的技術人員根據上述本專利技術的內容和設計思想所作出的非本質的改進和調整也應屬于本專利技術的保護范圍。實施例采用本專利技術，擬用于某實際過水圍堰工程中，所用具體技術參數如下I、根據過水圍堰溢洪時測得消能平臺水躍的躍前水深Ii1=L 60m、躍前斷面流速V1= 15. 00m/s,根據所述弗汝德數的定義計算水躍躍前弗汝德數匕，即Fr =Vj^ghi =15.00/^9,81x1.60 =3. 79；2、根據已測得躍前水深I. 60m、躍前斷面流速15. OOm/s，計算出弗汝德數為3. 79，再根據自由躍長Lj公式的定義，計算出自由水躍長度即Lj=9. % (Fr-I) =9. 4X I. 60 X (3. 79-I) =41. 96m ;由此確定出消能平臺總長度L= (O. 6 O. 8)L」；由該公式可以算出消能平臺總長度L取值范圍為25. 176m 33. 568m,通過經濟技術比較，在本實施例中取L為30. OOm,即消能平臺總長度確定為30. 00m，如圖I所示的L ；3、根據定義的水墊長度系數Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺總長度L之比，即KS=LS/L，再根據算出的過水圍堰消能平臺水躍的躍前弗汝德數3. 79，經研究確定出相應的水墊池長度系數Ks=O. 50 O. 70，綜合分析取Ks=O. 60,根據此水墊池長度系數Ks值，反算出水墊池長度Ls=Ks · L=O. 60X30. 00=18. 00m，如圖I所示的Ls ；4、根據本實施例的工程中消能平臺前堰面的坡度n=l : 5，水墊池長度Ls為18. OOm,經分析確定水墊池深度hs,按關系式hs/Ls=(0. 3 O. 5) η確定，即可確定水墊池深度hs=l. 08 I. 80m,最終確定水墊池深度hs=l. 50m,如圖I所示的hs。本專利技術根據上述計算、綜合分析確定的技術參數，設計出消能平臺總長度L、水墊池長度Ls以及水墊池深度匕；用于過水圍堰消能平臺，水體從消能平臺前堰面流下來、經加速，最后以射流的形式進入水墊池，由于水墊的柔性作用，吸收了射流的沖擊力，實現了水 流的柔性轉向，同時降低了底部流速；水體在水墊池實現了 “軟著陸”，可以避免消能平臺底板發生過大的脈動壓力；又由于射流與水墊池的相互作用，提高了過水圍堰消能平臺的消能防沖效果，減輕了對下游護面及堰腳的沖刷，從而實現安全溢洪。如果實際工程中不采用本專利技術的水墊池技術，即直接采用單一的消能平臺，如圖I所示的虛線，從堰面下來的射流，與消能平臺底板將以“硬碰硬”的形式轉向，導致底板承受較大的沖擊力和脈動壓力，而且消能平臺上底部流速較大，對下游護面、堰腳的沖刷破壞也較大。本專利技術所述工程中過水圍堰消能平臺采用水墊池技術后，正是由于水墊池的吸能作用，使流下堰面的射流實現柔性轉向，并降本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于過水圍堰消能平臺的水墊池方法，其特征在于包括以下工藝步驟：（1）根據過水圍堰溢洪時消能平臺水躍躍前水深h1、躍前斷面流速V1，根據弗汝德數公式，計算水躍躍前弗汝德數Fr；（2）根據過水圍堰消能平臺水躍躍前水深h1和弗汝德數Fr，由自由水躍躍長公式Lj=9.4h1(Fr？1)，計算自由水躍長度Lj，由此確定出消能平臺總長度L=（0.6~0.8）Lj；（3）定義水墊池長度系數Ks等于水墊池長度Ls與消能平臺總長度L之比，即Ks=Ls/L，根據躍前的弗汝德數Fr，確定出水墊池長度系數Ks的值，再由定義的水墊池長度系數Ks，反算出水墊池的長度Ls=Ks·L；（4）結合消能平臺前堰面坡度n、水流流速方向；綜合分析確定出水墊池的深度hs與水墊池長度Ls的比值關系，hs/Ls=(0.3～0.5)h。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳云良，伍超，王波，田靜杰，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：