本發(fā)明涉及一種拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，屬于水電工程消能防沖。

背景技術(shù)：

1、拱壩是水利水電工程中一種常見的筑壩形式，通常建設(shè)在高山峽谷當(dāng)中，其泄洪布置的主要技術(shù)難點(diǎn)有：壩身泄洪流量巨大、水頭高、河谷狹窄、地質(zhì)條件較差。為降低泄洪霧化對兩側(cè)山體的影響，表、深孔水舌無碰撞入水方式逐漸成為高拱壩工程泄洪消能的優(yōu)先選擇。

2、但是，無碰撞入水意味著大部分能量的耗散只能依靠水舌與水墊塘內(nèi)水體的剪切進(jìn)行，為保證強(qiáng)烈的水流沖擊下水墊塘底板的安全，這就需要水墊塘要有足夠的開挖深度。

3、如圖1所示，圖1為高拱壩壩后水墊塘的典型布置形式，包括壩身1，在所述壩身1上設(shè)置有溢流表孔2和泄洪中孔3，在壩身1的下游依次設(shè)置有水墊塘7及二道壩10，泄洪中心線與水墊塘中心線重合；水墊塘上游側(cè)靠近壩踵位置開挖深度較大，影響抗力體的完整性，增加了水墊塘的開挖工程量，同時(shí)水墊塘上游側(cè)存在明顯的靜水區(qū)，大部分水體在泄洪運(yùn)行過程中并未參與入射水流的剪切消能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在針對上述技術(shù)問題，提供一種拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，在保證泄流量和水墊塘底板安全的前提下，盡可能多的保留壩肩、壩踵位置處的抗力體，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，包括壩身，在所述壩身上設(shè)置有溢流表孔和泄洪中孔，在壩身的下游依次設(shè)置有水墊塘及二道壩，泄洪中心線與水墊塘中心線重合，所述水墊塘包括抬高區(qū)域，所述抬高區(qū)域的下游側(cè)設(shè)置有高度小于所述抬高區(qū)域的水墊塘底板；所述抬高區(qū)域的一側(cè)與所述壩身連接，所述抬高區(qū)域的另一側(cè)沿上有至下游的方向延伸；所述抬高區(qū)域從上游至下游的延伸長度不超過溢流表孔的水舌在水墊塘的近落點(diǎn)的位置；所述抬高區(qū)域的高度小于所述二道壩的高度?；所述抬高區(qū)域的下游側(cè)與所述二道壩之間形成深水區(qū)。

4、溢流表孔水舌根據(jù)在水墊塘中的位置分為近落點(diǎn)水舌和遠(yuǎn)落點(diǎn)水舌，在表孔體型確定的情況下，從底板透空處下泄的水流厚度較小，表孔水舌的近落點(diǎn)基本是固定的，遠(yuǎn)落點(diǎn)則是隨運(yùn)行水位不同有所差異。

5、由此，在水墊塘上游側(cè)設(shè)置抬高區(qū)域，使得表孔水舌主流入水點(diǎn)位于水墊較深區(qū)域，且水舌遠(yuǎn)近落點(diǎn)均位于水墊塘水深較深的區(qū)域，通過設(shè)置抬高區(qū)域，在保持原有開挖深度的同時(shí)加大了水舌主流入水點(diǎn)位的水深，壩體下游側(cè)可保留更為完整的抗力體，減小了開挖深度，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性的同時(shí)減小了工程投資。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還可以對本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案：

7、為了避免表孔開啟伊始，下泄水流直接沖擊水墊塘上游側(cè)底板，進(jìn)一步地，所述抬高區(qū)域的高度不超過所述二道壩壩高的一半。

8、進(jìn)一步地，所述溢流表孔的出口末端設(shè)置有位于所述溢流表孔內(nèi)部的第一消能工，所述泄洪中孔的出口末端設(shè)置有第二消能工。

9、進(jìn)一步地，所述溢流表孔和所述泄洪中孔均包括邊墻及設(shè)置在兩個(gè)所述邊墻之間的底板，所述底板的末端位于所述邊墻尾端的內(nèi)側(cè)。

10、進(jìn)一步地，所述第一消能工和所述第二消能工均為收縮式消能工。收縮式消能工借助兩側(cè)邊墻向中部的收縮構(gòu)成收縮段，迫使水流變形，增強(qiáng)紊動和摻氣，形成豎向和縱向擴(kuò)散的水流流態(tài)。收縮式消能工能收縮水流的特性，使大壩上表孔和中孔的出口段同時(shí)逐漸收窄形成了窄縫，因而使下泄水流在空間沿垂向及河道縱向方向上擴(kuò)散和拉伸，空中相互穿插并在水墊塘中分區(qū)入水，尋求到了一種既充分利用河道縱向空間，使表、中孔挑流出的水舌無碰撞或少碰撞，從而避免了因水流空中碰撞所產(chǎn)生的霧化問題，大大降低整個(gè)工程泄洪霧化的強(qiáng)度，又盡可能保證水流對水墊塘消能池的底板沖擊動壓較小的適合狹窄河谷地區(qū)工程特點(diǎn)的泄洪消能新形式。

11、所述第一消能工和所述第二消能工采用收縮式消能工以及溢流表孔和所述泄洪中孔的底板的末端位于所述邊墻尾端的內(nèi)側(cè)，使得表孔出流水舌縱向拉開，水舌落點(diǎn)呈現(xiàn)紡錘形，水流主流位于水舌前部，沖擊水墊塘底板。表孔水舌主流集中程度通過出口底板在邊墻尾端內(nèi)側(cè)的延伸長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

12、進(jìn)一步地，所述溢流表孔堰頂高程在同一水平面上，所述泄洪中孔為平底出流，底板高程一致。

13、為了兩側(cè)基巖的完整性，在不影響表孔水舌的入水的前提下，進(jìn)一步地，所述抬高區(qū)域的至少一側(cè)設(shè)置有側(cè)墻，所述側(cè)墻朝向左岸或右岸的一側(cè)向所述水墊塘的中心線方向延伸。

14、進(jìn)一步地，所述抬高區(qū)域的下游側(cè)設(shè)置有高度小于所述抬高區(qū)域的水墊塘底板，所述抬高區(qū)域與所述水墊塘底板之間設(shè)置有傾斜的連接段。

15、進(jìn)一步地，所述水墊塘兩岸均有混凝土護(hù)坡。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1）本發(fā)明的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)充分利用水墊塘內(nèi)不同深度的水墊進(jìn)行剪切消能，避免了因表中孔水舌集中入水而造成的水墊塘底板沖擊動水壓強(qiáng)過大的問題，壩體下游側(cè)可保留更為完整的抗力體，增強(qiáng)了壩體穩(wěn)定性的同時(shí)減小了工程投資。

18、3）本發(fā)明的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)水舌遠(yuǎn)近落點(diǎn)均位于水墊較深區(qū)域，增大與水墊塘內(nèi)水體剪切面積的同時(shí)，在橫向上為表孔水舌入水提供了更大空間，實(shí)現(xiàn)了水流的空中無碰撞；異形水墊塘上游側(cè)底板抬升區(qū)域的水平長度由表孔水舌主流落點(diǎn)的位置進(jìn)行控制，使得表孔水舌主流入水點(diǎn)位于水墊較深區(qū)域。

技術(shù)特征：

1.一種拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，包括壩身（1），在所述壩身（1）上設(shè)置有溢流表孔（2）和泄洪中孔（3），在壩身（1）的下游依次設(shè)置有水墊塘（7）及二道壩（10），泄洪中心線與水墊塘（7）中心線重合，其特征在于：所述水墊塘（7）包括抬高區(qū)域（71），所述抬高區(qū)域（71）的下游側(cè)設(shè)置有高度小于所述抬高區(qū)域（71）的水墊塘底板（72）；所述抬高區(qū)域（71）的一側(cè)與所述壩身（1）連接，所述抬高區(qū)域（71）的另一側(cè)沿上有至下游的方向延伸；所述抬高區(qū)域（71）從上游至下游的延伸長度不超過溢流表孔（2）的水舌在水墊塘（7）的近落點(diǎn)的位置；所述抬高區(qū)域（71）的高度小于所述二道壩（10）的高度?；所述抬高區(qū)域（71）的下游側(cè)與所述二道壩（10）之間形成深水區(qū)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述抬高區(qū)域（71）的高度不超過所述二道壩（10）壩高的一半。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述溢流表孔（2）的出口末端設(shè)置有位于所述溢流表孔（2）內(nèi)部的第一消能工（11），所述泄洪中孔（3）的出口末端設(shè)置有第二消能工（12）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述溢流表孔（2）和所述泄洪中孔（3）均包括邊墻（4）及設(shè)置在兩個(gè)所述邊墻（4）之間的底板（5），所述底板（5）的末端位于所述邊墻（4）尾端的內(nèi)側(cè)；所述溢流表孔（2）和所述泄洪中孔（3）在沿壩身（1）的寬度方向上交錯設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一消能工（11）和所述第二消能工（12）均為收縮式消能工。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述溢流表孔（2）堰頂高程在同一水平面上，所述泄洪中孔（3）為平底出流，底板高程一致。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述抬高區(qū)域（71）的至少一側(cè)設(shè)置有側(cè)墻（711），所述側(cè)墻（711）朝向左岸或右岸的一側(cè)向所述水墊塘（7）的中心線方向延伸。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述抬高區(qū)域（71）與所述水墊塘底板（72）之間設(shè)置有向所述水墊塘底板一側(cè)傾斜的連接段（73）。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述水墊塘（7）兩岸均有混凝土護(hù)坡（6）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種拱壩泄洪消能結(jié)構(gòu)，包括壩身，在壩身上設(shè)置有溢流表孔和泄洪中孔，在大壩的下游設(shè)置有水墊塘及二道壩，溢流表孔包括邊墻及設(shè)置在兩個(gè)邊墻之間的底板，底板的末端位于邊墻尾端的內(nèi)側(cè)，溢流表孔的出口末端設(shè)置有位于溢流表孔內(nèi)部的第一消能工，泄洪中孔的出口末端設(shè)置有第二消能工；水墊塘的上游側(cè)設(shè)置有抬高區(qū)域，抬高區(qū)域的水平長度不超過溢流表孔水舌的落點(diǎn)位置；抬高區(qū)域的高度不超過二道壩壩高的一半，抬高區(qū)域與二道壩之間形成深水區(qū)。本發(fā)明利用異形水墊塘避免了因表中孔水舌集中入水而造成的水墊塘底板沖擊動水壓強(qiáng)過大的問題，壩體下游側(cè)可保留更為完整的抗力體，增強(qiáng)了壩體穩(wěn)定性的同時(shí)減小了工程投資。

技術(shù)研發(fā)人員：周華,劉要來,張建民,鄢建華,譚彬,徐聰云,張力方,周躍飛,張勇智,鄒杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華能瀾滄江水電股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10