本发明公开了一种连通泄水建筑物的竖井结构及泄洪方法。所述竖井结构包括竖井、多级泄水建筑物、与下游河渠连通的导流洞；所述竖井包括多级竖向串联连通的涡室涡井单元和一个消力井；每级涡室涡井单元包括一个涡室和与该涡室底端连通的涡井，相邻两级涡室涡井单元的上一级涡室涡井单元的涡井底端与下一级涡室涡井单元的涡室顶端连通，且最下一级涡室涡井单元的涡井底端分别与所述消力井和导流洞连通；每级泄水建筑物与相应级的涡室涡井单元的涡室连通。本发明使得竖井适用于高流速水头的泄水建筑物，且多个泄水建筑物共用一个竖井，从而解决了泄洪洞、放空洞或底孔等高流速水头泄水建筑物的泄洪消能问题。
1.一种连通泄水建筑物的竖井结构，其特征在于，包括竖井（2）；
所述竖井（2）包括多级竖向串联连通的涡室涡井单元和一个消力井（23）；每级涡室涡井单元包括一个涡室（21）和与该涡室（21）底端连通的涡井（22），相邻两级涡室涡井单元的上一级涡室涡井单元的涡井（22）底端与下一级涡室涡井单元的涡室（21）顶端连通，且最下一级涡室涡井单元的涡井（22）底端分别与所述消力井（23）和导流洞（3）连通；
每级泄水建筑物（1）与相应级的涡室涡井单元的涡室（21）连通；
最上一级涡室涡井单元的涡室（21）通过通气孔（4）与大气连通；
所述涡井（22）呈倒锥状，该涡井（22）下端的直径小于其上端的直径；
相邻两级涡室涡井单元中，下一级涡室涡井单元的涡井（22）的顶端直径大于上一级涡室涡井单元的涡井（22）的顶端直径，且下一级涡室涡井单元的涡室（21）直径大于上一级涡室涡井单元的涡室（21）直径。
2.根据权利要求1所述的连通泄水建筑物的竖井结构，其特征在于，所述泄水建筑物（1）为溢洪道（11）、泄洪洞（12）、放空洞和底孔（13）中的至少两种。
3.根据权利要求1或2所述的连通泄水建筑物的竖井结构，其特征在于，所述泄水建筑物有三级，最上一级为溢洪道（11），中间一级为泄洪洞（12），最下一级为放空洞或底孔（13）；所述涡室涡井单元对应有三级。
4.一种利用权利要求1-3之一所述的连通泄水建筑物的竖井结构进行泄洪的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先开启最上一级泄水建筑物泄洪，直至上游水位降低到最上一级泄水建筑物的堰顶高程；
然后自上而下逐级开启中级各泄水建筑物泄洪，直至上游水位降低到对应级的泄水建筑物的进口底板高程；
5.根据权利要求4所述的进行泄洪的方法，其特征在于，所述泄水建筑物有三级，最上一级为溢洪道（11），中间一级为泄洪洞（12），最下一级为放空洞或底孔（13）；具体泄洪步骤为：首先开启溢洪道（11）泄洪，直至上游水位降低到溢洪道（11）的堰顶高程；
然后开启泄洪洞（12）泄洪，直至上游水位降低到泄洪洞（12）的进口底板高程；
一种连通泄水建筑物的竖井结构及泄洪方法
技术领域
[0001] 本发明涉及水利水电工程泄洪消能领域,具体涉及一种连通泄水建筑物的竖井结构及泄洪方法。
背景技术
[0002] 导流洞是许多水利水电工程在施工期采用的泄水建筑物，为了使导流洞在工程完建后能够永久发挥作用，工程技术人员开展了大量的研究工作。越来越多的工程选择将导流洞改建为溢洪道、泄洪洞、放空洞或底孔的一部分，改建的基本型式主要为龙抬头式和竖井式。
[0003] 竖井式是利用竖井将上方的溢洪道、泄洪洞、放空洞或底孔与下方的导流洞连通的一种结构型式。下泄水流利用设置在竖井上部的涡室的引导，以旋流的方式平顺地导入到涡井内，并形成贴壁的涡旋流动；水流在贴壁流动过程中与空气发生剪切和卷吸作用，挟带大量的气体射入消力井内的水体中，引发激烈的碰撞、剪切和掺混，消刹大量的能量；水流在竖井（或消力井）内以有压流或明流的方式转向进入导流洞，再流入下游河渠。
[0004] 对于高流速水头的泄水建筑物（如泄洪洞、放空洞、底孔），当出口水流流速大于30m/s时，水流引发边壁空蚀破坏的可能性比较大，因此竖井式一般适用于低流速水头的泄水建筑物，且仅适用于单一的泄水建筑物。
发明内容
[0005] 本发明旨在提供一种连通泄水建筑物的竖井结构，该竖井结构使得竖井适用于高流速水头的泄水建筑物，且多个泄水建筑物共用一个竖井。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种连通泄水建筑物的竖井结构，其结构特点是，包括
[0008] 竖井；
[0009] 多级泄水建筑物；
[0010] 与下游河渠连通的导流洞；
[0011] 所述竖井包括多级竖向串联连通的涡室涡井单元和一个消力井；每级涡室涡井单元包括一个涡室和与该涡室底端连通的涡井，相邻两级涡室涡井单元的上一级涡室涡井单元的涡井底端与下一级涡室涡井单元的涡室顶端连通，且最下一级涡室涡井单元的涡井底端分别与所述消力井和导流洞连通；
[0012] 每级泄水建筑物与相应级的涡室涡井单元的涡室连通。
[0013] 最上一级涡室涡井单元的涡室通过通气孔与大气连通。
[0014] 以下为本发明的进一步改进的技术方案：
[0015] 进一步地，所述泄水建筑物为溢洪道、泄洪洞、放空洞和底孔中的至少两种。
[0016] 为了避免上一级涡室涡井单元中的下泄水流对下一级涡室涡井单元中的涡井壁面产生冲击，同时避免水流与壁面分离，所述涡井的下端直径不大于上端直径。更进一步地，所述涡井呈倒锥状，该涡井下端的直径小于其上端的直径。试验证明，这种设计可以保证涡井内的水流始终紧贴边壁流动，不产生分离。
[0017] 相邻两级涡室涡井单元中，下一级涡室涡井单元的涡井的顶端直径不小于上一级涡室涡井单元的涡井的底端直径，且下一级涡室涡井单元的涡室直径不小于上一级涡室涡井单元的涡室直径。
[0018] 下一级涡室涡井单元的涡井的顶端直径大于上一级涡室涡井单元的涡井的顶端直径，且下一级涡室涡井单元的涡室直径大于上一级涡室涡井单元的涡室直径。由此，下一级涡井的上端直径大于上一级涡井的下端直径，避免了从上一级涡井下泄的水流冲击下一级涡室和涡井的壁面。
[0019] 所述泄水建筑物有三级，最上一级为溢洪道，中间一级为泄洪洞，最下一级为放空洞或底孔；所述涡室涡井单元对应有三级。
[0020] 基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用上述的连通泄水建筑物的竖井结构进行泄洪的方法，该泄洪方法包括如下步骤：首先开启最上一级泄水建筑物泄洪，直至上游水位降低到最上一级泄水建筑物的堰顶高程；然后自上而下逐级开启中级各泄水建筑物泄洪，直至上游水位降低到对应级的泄水建筑物的进口底板高程；最后开启最下一级泄水建筑物泄洪。
[0021] 根据本发明的实施例，所述泄水建筑物有三级，最上一级为溢洪道，中间一级为泄洪洞，最下一级为放空洞或底孔；具体泄洪步骤为：首先开启溢洪道泄洪，直至上游水位降低到溢洪道的堰顶高程；然后开启泄洪洞泄洪，直至上游水位降低到泄洪洞的进口底板高程；最后开启放空洞或底孔泄洪。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在竖井的不同高程处分段设置多个涡室，涡室分别与多个不同的泄水建筑物连通，从而将单一的高流速水头泄水建筑物分解为多个低流速水头的泄水建筑物，通过自上而下的泄水建筑物分级泄洪，降低上游水位，从而解决泄洪洞、放空洞或底孔等高流速水头泄水建筑物的泄洪消能问题。
[0023] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
[0024] 图1是本发明一个实施例的结构剖视图；
[0025] 图2是本发明一个实施例的平面图。
[0026] 在图中
[0027] 1-泄水建筑物；11-溢洪道；12-泄洪洞；13-放空洞或底孔；2-竖井；21-涡室；22-涡井；23-消力井；3-导流洞；4-通气孔。
具体实施方式
[0028] 一种连通泄水建筑物的竖井结构，如图1所示，本实施例的竖井结构包括竖井2，所述竖井2在不同的高程处分段设置3个涡室21、3个涡井22和1个消力井23；每一级涡室21的下端与涡井22上端连通，涡井22的下端直径小于上端直径，呈倒圆锥状；下一级涡井22的上端直径大于上一级涡井22的下端直径；涡室21分别与溢洪道11、泄洪洞12、放空洞或底孔13连通；最下部涡井22的下端与消力井23连通，并与导流洞3连通；最上部涡室21的顶部利用通气孔4与大气连通；所述导流洞3与下游河渠连接。
[0029] 综上所述，本发明的竖井在不同的高程部位分段设置多级涡室和涡井，各级涡室分别与相应的溢洪道、泄洪洞、放空洞或底孔等泄水建筑物连通，每一级的涡室下端与涡井上端连通，最下部涡井的下端与消力井及导流洞连通，竖井的顶部利用通气孔与大气连通。
[0030] 一种利用本实施例的连通泄水建筑物的竖井结构进行泄洪的方法，所述泄水建筑物有三级，最上一级为溢洪道11，中间一级为泄洪洞12，最下一级为放空洞或底孔13；具体泄洪步骤为：
[0031] 首先开启溢洪道11泄洪，直至上游水位降低到溢洪道11的堰顶高程；
[0032] 然后开启泄洪洞12泄洪，直至上游水位降低到泄洪洞12的进口底板高程；
[0033] 最后开启放空洞或底孔13泄洪。
[0034] 由此，本发明将单一的高流速水头泄水建筑物分解为多个低流速水头的泄水建筑物，通过自上而下的泄水建筑物分级泄洪，降低上游水位，从而解决泄洪洞、放空洞或底孔等高流速水头泄水建筑物的泄洪消能问题。
[0035] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
