窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構制造技術

本實用新型專利技術公開了一種窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構，在壩身上布置有上層孔口和下層孔口，在壩的下游不需設置二道壩以形成封閉的水墊塘，僅需設置混凝土護坦和兩岸護岸。上層孔口采用較小角度的挑角及較小角度的俯角組合出流，下層孔口采用平底角、兩側收縮、豎向擴散的窄縫式出流，上層孔口和下層孔口的下泄水流在空中不碰撞。可取消設置二道壩；控制上層孔口出流為較小的角度，以控制水舌落點和霧化的程度及范圍。本實用新型專利技術充分利用了三維空間分散消能及下游消能區水深的特點，簡化了消能及防護設施結構型式，減輕了對生態環境和樞紐區邊坡的破壞和影響、降低了施工難度、減小了工程量和工程投資，獲得了良好的社會效益和經濟效益。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種水利水電工程中的泄洪消能結構，尤其是涉及一種峽谷區中窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構。
技術介紹
拱壩一般設置在峽谷地區，高拱壩通常采用壩身分層設置孔口泄洪，將下泄水流在空中碰撞或將水舌拉開在空中進行部分消能；為解決下游消能區河床底部的防護問題，往往布置有二道壩形成封閉的水墊塘以提供消能所需的水深，下泄水流跌入水墊塘后進行消能。但是，上述方法往往使泄洪霧化影響程度及防護范圍較大，對生態環境和樞紐區 邊坡的破壞和影響較大，消能結構復雜，施工難度大，防護工程量和工程投資較大。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是，提供一種能降低對下游消能區水深要求，且消能充分，能有效地降低泄洪霧化影響范圍及程度，防護結構簡單的窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構。本技術所采用的技術方案是一種窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構，包括壩身在壩身上設置有上層孔口和下層孔口，在大壩的下游設置混凝土護坦和兩岸護岸，上層孔口和下層孔口在平面上相互間隔布置，使下泄水流分層和大差動出流，出射水舌在空中不碰撞，橫向不擴散，水舌在縱向和豎向拉開，下泄水舌落點分散不疊加。所述上層孔口采用角度0° 15°的挑角和角度0° 一 15°的俯角組合出流；下層孔口采用平底角、兩側收縮、豎向擴散的窄縫式出流。在大壩的下游形成范圍為15m 50m水深的消能區，不設置二道壩。所述消能區防護采用了長護岸、短護坦的結構型式，所述混凝土護坦長度短于兩岸護岸的長度。本技術的有益效果是通過合理設置泄洪消能建筑物上下層孔口位置和體型，采用縱向和豎向充分拉開，橫向不擴散、水舌不疊加的方案，提高了空中消能率，實現了利用狹窄的空間進行分散消能的目標；由于利用三維空間進行了部分消能，有效地減少了進入下游消能區的能量，從而降低了對下游消能區水深要求，加之消能區具有的較深的尾水而滿足消能需要，可取消設置二道壩；控制上層孔口出流為較小的角度，以控制水舌落點和霧化的程度及范圍。本技術充分利用了三維空間分散消能及下游消能區水深的特點，簡化了消能及防護設施結構型式，減輕了對生態環境和樞紐區邊坡的破壞和影響、降低了施工難度、減小了工程量和工程投資，獲得了良好的社會效益和經濟效益，具有廣泛的指導意義和推廣意義。附圖說明圖I為本技術的平面示意圖。圖2為本技術上層孔口的平面示意圖。圖3為圖2中A— A剖視圖。圖4為圖2中B— B剖視圖。圖5為本技術下層孔口的平面示意圖。圖6為圖5中C一C剖視圖。圖中I——壩身；·2——上層孔口 ；3——下層孔口 ；4——混凝土護坦；5——兩岸護岸；6——上層孔口表孔入水落點；7——下層孔口中孔入水落點。具體實施方式以下結合附圖和具體實施方式對本技術作進一步詳細說明如圖1-6所示，本技術的窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構，包括壩身I在壩身上設置有上層孔口 2和下層孔口 3，使下泄水流分層和大差動出流，在大壩的下游設置混凝土護坦4和兩岸護岸5。其中2a為較小角度的挑角結構的上層孔口，2b為較小角度的俯角結構的上層孔口。下層孔口 3為平底角、兩側收縮、豎向擴散的窄縫式中孔。為了降低泄洪霧化影響的強度和范圍及控制水舌落點位置，上層孔口 2采用較小角度的范圍為0° 15°的挑角、及較小角度的范圍為0° 一 15°的俯角組合出流；下層孔口 3采用平底角、兩側收縮、豎向擴散的窄縫式出流。河床寬度狹窄，為降低泄洪霧化影響的強度及范圍，充分利用狹窄的三維空間發散出射水流、摻氣消能，提高空中消能率，上層孔口 2和下層孔口 3在平面上相互間隔布置，出射水舌在空中不碰撞、橫向不擴散、水舌在縱向和豎向拉開，下泄水舌落點分散不疊加。消能區可形成范圍為15m 50m的較深的尾水，通過合理的設置泄洪孔口位置、高程及出口體型，控制下泄水舌空間分布狀態及落點，分散消能，減少了消能區單位面積的能量。由于消能區可自然形成深尾水而滿足消能需要，因而不需設置二道壩形成封閉的水墊塘以加大水深消能，僅需設置混凝土護坦和兩岸護岸。消能區防護采用了長護岸、短護坦的結構型式，混凝土護坦長度4短于兩岸護岸5的長度。下面結合具體實施例進行詳細說明某中型水電站工程，大壩為拱壩，最大壩高107m。大壩校核洪水入庫洪峰流量5650m3/s，下泄流量為5046m3/s ;設計洪水入庫洪峰流量3530m3/s，下泄流量為3152m3/s ；消能防沖建筑物洪水入庫洪峰流量3090m3/s，下泄流量為2728m3/s，最大泄洪水頭69. 6m,相應泄洪功率約3500MW。壩址區河谷狹窄，枯水期河床寬度為30 40m，兩岸岸坡陡峻，河谷斷面為“U”字形，為典型的峽谷河段。壩址區兩岸邊坡總體穩定性較好，受斷層影響的巖體比較破碎，表層并存在一定程度的卸荷，泄洪過程中水流的沖刷和霧化作用對兩岸的巖體會起到一定的軟化作用，尤其受斷層和長大裂隙影響的部位易產生局部坍塌，因此，應控制運行期壩身泄洪霧化程度，以減少對下游邊坡的不利影響。由于泄洪建筑物泄洪時可在下游消能區自然形成15 50m的較大水深，因此應利用工程可自然形成深尾水的有利條件，考慮優化泄洪及消能防護結構，以盡量簡化施工、降低工程難度、節省工程投資。如圖I至圖6所示，泄洪建筑物采用在拱壩壩身I上設置兩層孔口，上層孔口 2為3個表孔，下層孔口 3為2個中孔。由于河床寬度狹窄，為控制出射水流的落點位置使之在平面上錯開不碰撞、不疊加，表孔出口角度米取了挑角和俯角相間布置的方式中間的2b為表孔俯角結構、兩側的2a為表孔挑角結構；為降低霧化影響強度和范圍，應控制出口采用較小的角度挑角采用10°、俯角采用-9°。中孔采用平底角、兩側收縮、豎向擴散的窄縫式出流，采用平底角出流控制水舌落點位置不致過遠，以減少防護范圍；中孔孔口出口寬 度在5m范圍內由5. 5m縮窄為2. 4m ;豎向頂面向上在5m范圍內漸變增加了 3. 3m、底部向下下跌了 10 15m，使出射水流在縱向和豎向拉開。通過合理分配及調整上層3個表孔和下層2個中孔的下泄能量，加之控制出射水流的落點、使之在縱向和豎向充分拉開，利用空間摻氣分散消能，提高空中消能率，保證進入消能區的水流能量在自然形成的下游水深允許的范圍內。上層孔口 2和下層孔口 3同時泄流時，由于合理的設置泄洪孔口位置、尺寸、高程及出口體型，使上下層下泄水流能量分配均衡、在空中未碰撞，水流三維立體分散并充分摻氣，提高了空中消能率，有效地減低了泄洪霧化強度和影響范圍，也降低了進入下游消能區的能量，從而降低了對下游消能區水深要求。由于消能區河床狹窄，泄洪時在下游自然形成了 15m 50m較深的水墊，下泄水流進入消能區河道后，消能充分，形成的沖坑較淺，范圍較小，不必設置二道壩以壅高水深即可滿足泄洪安全要求。為防止下泄小流量時對壩腳的淘刷，僅設置了長度為40m的混凝土短護坦，考慮霧化的影響，兩岸混凝土護岸的設置長度長于護坦，長度為60m。本技術通過在拱壩的泄洪建筑物布置中合理地設置孔口位置、高程及出口體型，調整下泄水舌空中分布狀態及落點，使水舌橫向不擴散、縱向和豎向拉開、空中不碰撞、下泄水舌落點分散不疊加，提高空中消能率，減少了消能區單位面積的能量、從而降低了消能對下游水深的要求、降低了下游河床沖坑深度和泄洪本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種窄河谷、深尾水的高拱壩泄洪消能結構，包括壩身（1），其特征在于：在壩身（1）上設置有上層孔口（2）和下層孔口（3），在大壩的下游設置混凝土護坦（4）和兩岸護岸（5），上層孔口（2）和下層孔口（3）在平面上相互間隔布置，使下泄水流分層和大差動出流，出射水舌在空中不碰撞，橫向不擴散，水舌在縱向和豎向拉開，下泄水舌落點分散不疊加。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧毅國，王毅鳴，蘇巖，林健勇，李賀林，周飛平，
申請(專利權)人：中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，
類型：實用新型
國別省市：