專利名稱：圓弧形明渠的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有消能功能的明渠的設計，尤其是在山區(qū)地形條件下設計縱坡比降大并且彎曲的輸水明渠。
背景技術(shù)：
人工明渠的橫斷面一般為規(guī)則的幾何形狀，常見的有矩形、梯形、三角形和圓形等。在地勢平坦的地區(qū)，輸水明渠的橫斷面可根據(jù)輸水需要和不同的條件采用矩形、梯形或三角形等形狀，而在山區(qū)，由于地形崎嶇，地面坡度陡，輸水明渠橫斷面如果同樣采用矩形或梯形等規(guī)則的幾何形狀，那么斷面水流形態(tài)將發(fā)生變化，尤其是受地形因素影響渠道需要轉(zhuǎn)彎的情形，上方高速水流會沖擊轉(zhuǎn)彎部位渠道側(cè)壁，產(chǎn)生水躍和偏斜水流，導致水流溢出渠道、對邊坡沖刷以及渠道的破壞。對山區(qū)坡度陡、彎曲的明渠水流通常采取消能措施進行控制，如通過在渠底鋪設石頭等材料來增加糙率，或者采用落差工程手段，甚至在明渠的 轉(zhuǎn)彎部位采用暗渠結(jié)構(gòu)等方式。但是，如果設計輸水流量比較大，輸水明渠工程規(guī)模將增大，在地形崎嶇的山區(qū)這類工程的施工非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出ー種具有消能功能的輸水明渠，即通過改變矩形斷面明渠側(cè)壁的形狀，使山區(qū)坡度陡、彎曲的明渠水流平穩(wěn)流過渠道而設計的ー種新型水エ建筑物。且輸水明渠頂部具有部分遮蔽有利于節(jié)水并提高輸送能力。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的圓弧形明渠，其特征是明渠渠壁的橫截面是橫置的膠囊形，兩端為圓弧形。上端圓弧形渠壁有遮蔽或上端圓弧形渠壁延長一段直線渠壁遮蔽渠底；橫截面的其它頂部直線部分是空的。即將現(xiàn)有的矩形橫斷面明渠的左右兩側(cè)壁改成圓弧形，使渠道的斷面形狀有利于水流的平穩(wěn)通過。本發(fā)明可以制備成一定長度的截面如上述的明渠(混凝土)預制塊，可以是全截面的預制塊，也可以是一定長度的兩塊以中心對稱線分割預制塊。本發(fā)明所構(gòu)建的圓弧形明渠，其特點在于通過渠道斷面形狀的改變，既使渠道縱坡比降大、渠道彎曲，水流也能平穩(wěn)流過渠道而不產(chǎn)生溢流。當上方高速水流流經(jīng)渠道彎曲部位時，將以V=# (V為流速，h為水位，g為重力加速度)的流速流過，圓弧形的渠道側(cè)壁使水流以螺旋流的形式前進，將高速水流流經(jīng)矩形渠道彎曲部位時沖擊渠道側(cè)壁形成的向上能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)能量，通過能量形式的轉(zhuǎn)換達到消能的目的，使高速水流產(chǎn)生的沖擊波不產(chǎn)生溢流、不沖刷邊坡、不破壞渠道本身。而且，通過渠道斷面形狀的改變，還可以縮小工程規(guī)模，節(jié)約工程成本，從而使在地形崎嶇的山區(qū)進行縱坡比降大、彎曲的輸水明渠的設計與施工難度變小。另外，為了防止螺旋流在圓弧形斷面渠道中流動時產(chǎn)生水沫、或因水位上升產(chǎn)生溢流，在圓弧形側(cè)壁的頂部設置垂直側(cè)壁。
本發(fā)明的有益效果是，具有消能功能，使山區(qū)坡度陡、彎曲的明渠水流平穩(wěn)流過而設計的ー種新型水エ建筑物。本發(fā)明的輸水明渠頂部具有部分遮蔽有利于節(jié)水并提高輸送能力。不易溢流、不破壞渠道本身。還可以降低工程成本。


圖I是本發(fā)明橫斷面示意2是本發(fā)明縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖，圓弧形明渠右側(cè)縱斷面。
具體實施例方式如圖I所示圖中圓弧形明渠I、渠底2、圓弧形側(cè)壁3、垂直側(cè)壁4。圓弧形明渠1，通過對矩形斷面渠道的左右兩側(cè)壁進行改造，渠道斷面形狀變?yōu)閳A弧形，因此水流在渠道內(nèi)的流態(tài)呈螺旋流。圓弧形明渠的斷面積要能夠容納全部流水而不外溢，就截面的形狀而言，圓弧形側(cè)壁(側(cè)部)的直徑渠底寬(直線底寬)的比例為I I. 5-1. 6，圓弧形側(cè)壁圓弧形的中心角度為180-220度，圖中標注了 210度，則有30度的遮蔽。圓弧形側(cè)壁頂部的垂直側(cè)壁厚度為O. 2-0. 3米，明渠開ロ寬度與渠底寬度的比例為3 3. 8-4. 4。圖2所示圓弧形明渠縱斷面結(jié)構(gòu)(右側(cè)壁)，以中心對稱線分割的預制塊，ニ塊構(gòu)成ー小長段。水流在渠道內(nèi)以螺旋流流態(tài)沿程流下。圓弧形明渠左側(cè)壁內(nèi)的水流同樣以螺旋流流態(tài)沿程流下。左右兩側(cè)壁中的螺旋流均在渠道橫斷面內(nèi)中心線附近落下并相互沖擊，從而達到消能的目的。
權(quán)利要求
1.圓弧形明渠，其特征是明渠渠壁的橫截面是橫置的膠囊形，兩端為圓弧形，上端圓弧形渠壁有遮蔽或上端圓弧形渠壁延長一段直線渠壁遮蔽渠底。
2.由權(quán)利要求I所述的圓弧形明渠，其特征是制備成一定長度的截面如上述的明渠混凝土預制塊，制備成全截面的預制塊或一定長度的兩塊以中心對稱線分割的預制塊。
3.由權(quán)利要求I或2所述的圓弧形明渠，其特征是渠道渠壁的左右兩側(cè)壁為圓弧形，圓弧形的中心角度為180-220度。
4.由權(quán)利要求I所述的圓弧形明渠，其特征是圓弧形側(cè)壁的直徑與渠底寬的比例為I I. 5-1. 6ο
5.由權(quán)利要求I所述的圓弧形明渠，其特征是圓弧形側(cè)壁頂部的垂直側(cè)壁厚度為O.2-0. 3 米。
6.由權(quán)利要求I所述的圓弧形明渠，其特征是明渠開ロ寬度與渠底寬度的比例為.3 3. 8-4. 4ο
全文摘要
一種圓弧形明渠，明渠渠壁的橫截面是橫置的膠囊形，兩端為圓弧形，上端圓弧形渠壁有遮蔽或上端圓弧形渠壁延長一段直線渠壁遮蔽渠底。制備成一定長度的截面如上述的明渠混凝土預制塊，制備成全截面的預制塊或一定長度的兩塊以中心對稱線分割的預制塊。流水在渠道內(nèi)以螺旋流流態(tài)沿程流下，是一種具有效能功能的渠道。尤其適用于地面坡度陡，渠道縱坡比降大而且渠道需要彎曲的地區(qū)，螺旋流將高速水流流經(jīng)傳統(tǒng)的矩形斷面明渠時沖擊渠道側(cè)壁產(chǎn)生的向上能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)能量，使渠道內(nèi)水流不溢流、不沖刷邊坡、不破壞渠道本身。而且，圓弧形明渠可縮小工程規(guī)模，使它的設計施工難度減小，并節(jié)約工程成本。
文檔編號E02B5/00GK102828493SQ20121034201
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者張興奇 申請人:南京大學