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导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法

阅读：270发布：2021-03-03

IPRDB可以提供导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法，测量待进行消能防冲整治的排涝流道的沿程水深、流道两侧过流比，据此确定导流坎高度、导流坎个数，以及消力坎、消力墩的高度和开孔率；测量泵房出口流速、泵房出口总宽度、出水池长度，根据给出的水力设计公式计算各道导流坎的布置位置、弧长和半径；测量消力墩墩前流速，根据给出的水力设计公式计算各道消力坎布置位置；最终设计出导流坎‑消力墩‑梁柱结构消力坎联合消能工，用以解决异形排涝通道的消能防冲问题。，下面是导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）：测量待进行消能防冲整治的排涝流道的沿程水深、流道左右侧过流比α，确定导流坎高度、导流坎个数，以及消力坎、消力墩的高度和开孔率，具体设计方法为：在弯道附近分次逐级消能或导流，导流坎、消力墩及消力坎的高度控制在该处增设消能工前平均水深的

1/2～2/3，导流坎个数为1/α--（1/α+1），并于出水箱涵段等距布置，导流坎的形状为圆弧形，导流坎按其头部与根部连线与凹岸约成30°布置，导流坎的圆弧半径按圆弧中心角50°-

60°设置；

（2）：测量泵房出口流速、泵房出口总宽度、出水池长度，计算各道导流坎的布置位置、弧长和半径；

首道导流坎水力设计公式：

Ｌ×＝Ｂ0+Ｌ0-8.2Ｖ2 0／2ｇＬ1＝0.874×Ｌ×

Ｒ1／Ｌ1＝7.42×Ｖ2 0／2ｇ／Ｌ０式中：Ｌ×为首道导流坎起点至出水池右边墙距离，Ｂ0为泵房出口总宽度，Ｌ０为出水池长度，Ｖ0为泵房出口流速，ｇ为重力加速度，Ｌ1为导流坎弧长，所述Ｌ1中的下标1为导流坎编号，后文中Ｌ2、Ｌ3和Ｌ4含义类推，Ｒ1为导流坎半径，所述Ｒ1中的下标1为导流坎编号，后文中Ｒ2、Ｒ3和Ｒ4含义类推；

第二道导流坎水力设计公式：

L2=1.0×Ｌ1

Ｒ2=1.0×Ｒ1

第三道导流坎水力设计公式：

L3=0.776×Ｌ1

Ｒ3=0.619×Ｒ1

第四道导流坎水力设计公式：

L4=1.0×Ｌ1

Ｒ4=1.0×Ｒ1

（3）：测量消力墩墩前流速，计算各道消力坎布置位置：第一道消力坎距消力墩距离d1为

d1=8.98×V2 1/2g

第二道消力坎距消力墩距离d2为

d2=19.54×V2 1/2g

第三道消力坎距消力墩距离d3为

d3=37.66×V2 1/2g

式中，V1为消力墩墩前水流平均流速;（4）：消力坎采用梁柱结构型式，下部采用圆柱体与基础连接，上部通过等宽的横梁将各个柱体连成整体，消力坎梁厚，导流坎、消力坎的宽度，及消力墩的厚度依据工程实际结构强度需要而定。

2.根据权利要求1所述的一种导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法，其特征在于：所述消力墩的墩净间距与墩中心距之比为0.3-0.6，消力墩墩前水流流速越高、比值选取越大。

3.根据权利要求1所述的一种导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法，其特征在于：所述消力坎的开孔率为0.3-0.6，消力坎处水流流速越大，开孔率选取越大。

说明书全文

导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于水利水电工程中水工建筑物泄洪消能领域，具体涉及导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法。

背景技术

[0002] 城市排涝是水利的一项重要任务，然而，受限于城市本身的用地条件和规划限制等因素，在建及实际使用中的排涝通道往往并不顺畅，消能防冲问题突出，对工程本身运行安全及人民生命财产安全构成威胁。特别是沿海重要城镇，多受热带风暴及台风影响，洪涝灾害频发，加之地处感潮河段，其复杂的水力特征为城市排涝增加不利因素，常规消能防冲技术很难满足异形排涝通道消能防冲要求。目前消能防冲研究多应用于闸和坝，如文恒等的“闸门开启过程中的闸下冲刷”研究，胡明的“低水头、大单宽流量泄洪消能形式试验研究”，董宝顺等的Y型宽尾墩跌坎消力池联合消能方式；城市排涝学科领域的研究则大多集中在城市排涝体系规划、排涝对策研究、城市排涝水力计算等方面，如张静等提出建立蓄、滞、排相结合的现代城市排涝体系；针对异形排涝通道的消能防冲研究则很少。由于城市是政治、经济、文化中心，城市排涝的设计优劣，直接关系到城市发展和人民生命财产安全，排涝站一旦失事，其造成的损失往往会大大超过一般地处偏远山区闸坝水毁的破坏力。因此，探索适应城市异形排涝通道的消能防冲新技术尤为重要。

发明内容

[0003] 针对现有技术的水工建筑物泄流消能设计的现状与不足，本发明的目的旨在提供一种导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法。该联合消能工相比常规消能防冲设施具有水力条件局限性小、布置灵活并兼具导流功能等优势，可有效解决异形排涝通道的消能防冲问题，保障工程安全。

[0004] 测量计算布置导流坎–消力墩–梁柱结构消力坎联合消能工的具体步骤如下：步骤1（1）：测量待进行消能防冲整治的排涝流道的沿程水深、流道左右侧过流比α，确定导流坎高度、导流坎个数，以及消力坎、消力墩的高度和开孔率，具体设计方法为：在弯道附近分次逐级消能或导流，导流坎、消力墩及消力坎的高度控制在该处增设消能工前平均水深的1/2～2/3，导流坎个数为1/α--（1/α+1），并于出水箱涵段等距布置，导流坎的形状为圆弧形，导流坎按其头部与根部连线与凹岸约成30°布置，导流坎的圆弧半径按圆弧中心角
50°-60°设置；
消力坎的开孔率以及消力墩的墩净间距与墩中心距之比为0.3-0.6，消力墩墩前水流流速越高、比值选取越大, 消力坎处水流流速越大，开孔率选取越大；
（2）：测量泵房出口流速、泵房出口总宽度、出水池长度，计算各道导流坎的布置位置、弧长和半径；
首道导流坎水力设计公式：
Ｌ×＝Ｂ0+Ｌ0-8.2Ｖ2 0／2ｇ
Ｌ1＝0.874×Ｌ×
Ｒ1／Ｌ1＝7.42×Ｖ2 0／2ｇ／Ｌ０
式中：Ｌ×为首道导流坎起点至出水池右边墙距离，Ｂ0为泵房出口总宽度，Ｌ０为出水池长度，Ｖ0为泵房出口流速，ｇ为重力加速度，Ｌ1为导流坎弧长，所述Ｌ1中的下标1为导流坎编号，后文中Ｌ2、Ｌ3和Ｌ4含义可类推，Ｒ1为导流坎半径，所述Ｒ1中的下标1为导流坎编号，后文中Ｒ2、Ｒ3和Ｒ4含义可类推；
第二道导流坎水力设计公式：
L2=1.0×Ｌ1
Ｒ2=1.0×Ｒ1
第三道导流坎水力设计公式：
L3=0.776×Ｌ1
Ｒ3=0.619×Ｒ1
第四道导流坎水力设计公式：
L4=1.0×Ｌ1
Ｒ4=1.0×Ｒ1
（3）：测量消力墩墩前流速，计算各道消力坎布置位置：
第一道消力坎距消力墩距离d1为
d1=8.98×V2 1/2g
第二道消力坎距消力墩距离d2为
d2=19.54×V2 1/2g
第三道消力坎距消力墩距离d3为
d3=37.66×V2 1/2g
式中，V1为消力墩墩前平均流速。

[0005] （4）：消力坎采用梁柱结构型式，下部采用圆柱体与基础连接，上部通过等宽的横梁将各个柱体连成整体，消力坎梁厚，导流坎、消力坎的宽度，及消力墩的厚度依据工程实际结构强度需要而定。

[0006] 附图说明：图1为福州某地排涝站根据本导流坎-消力墩-梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法设计出的导流坎-消力墩-梁柱结构消力坎联合消能工的结构示意图；
图2为江西某地排涝闸根据本导流坎-消力墩-梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法设计出的导流坎-消力墩-梁柱结构消力坎联合消能工的结构示意图；
图3为福建某地河道根据本导流坎-消力墩-梁柱结构消力坎联合消能工的水力设计方法设计出的航道整治工程的结构示意图。

[0007] 图中：1、排涝站泵房，2、泵房出口，3出水池，4、导流坎，5、出水箱涵垂直立柱，6、出水箱涵，7、消力墩，8新五孔闸，9、梁柱结构消力坎，10、九孔闸，11、排涝闸，12、支流弯道。

[0008] 具体实施方式：下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0009] 实施例1依据图1所述，根据本设计方法算得，福建某地排涝站在最不利工况下，出水箱涵6段平均水深约1.64m，左右侧过流比为1/3，项目采用4道0.9m高的弧形的导流坎4，大致等距布置。导流坎4挑角为30°，中心角为51°。新五孔闸8与九孔闸10之间平均水位约1.62m，流速约
4 6m/s，出水箱涵6出口处流速为最大6.09m/s。项目在出水箱涵6出口处布置1道共9个高~
1m、宽0.8m的消力墩7，消力墩7净间距与中心距之比为0.56，在新五孔闸8和九孔闸10之间顺沿新五孔闸8开闸泄水的流向布置2道高0.8m、开孔率0.44的梁柱结构消力坎9，1道高
0.8m、开孔率0.34的梁柱结构消力坎9。

[0010] 排涝站泵房出口2流速为6.91m/s，泵房出口2总宽度25m，出水池3长度17m，根据上述公式，计算得出首道导流坎4起点距离出水池3右边墙22m，弧长为19.3m，导流坎4半径为20.5m，实际工程取21m。第二道导流坎4弧长19.3m，半径21m；第三道导流坎4弧长15.0m，半径13m；第四道导流坎4弧长19.3m，半径21m。

[0011] 排涝站梁柱结构消力坎9下部采用直径0.8m、高0.5m的等距布置的圆柱体与护坦连接，上部通过宽0.8m、厚0.3m的横梁将各个柱体连成整体，从而形成高、宽均为0.8m的消力坎。

[0012]实施例2
依据图2所述，根据本设计方法算得，江西某地排涝闸近似成S型，两弯角间平均水深
2.12m，左右侧过流比为0.5，该区间布置2道1.4m高的弧形的导流坎4，挑角为30°，中心角为
60°。第二弯角处平均水深2.09m，流速约5.1m/s，主流区最大流速7.2m/s，该区域布置1道共
10个高1.4m、宽0.8m的消力墩7，净间距与中心距之比为0.6,和1道高1.1m、开孔率0.5的梁柱结构消力坎9。

[0013] 对于本工程而言，泵房出口2流速即为排涝闸11过闸最大流速7.3m/s，泵房出口2总宽即为闸室总宽度20m，出水池3长度即为闸室至第一弯道的距离约21m，根据上述公式，计算得出首道导流坎4起点距离出水池3右边墙18.7m，弧长为16.4m，导流坎4半径为15.7m，实际工程取15.5m。第二道导流坎4弧长16.4m，半径15.5m。

[0014] 该工程中消力墩7墩前平均流速为5.6m/s，根据上述公式计算梁柱结构消力坎9距消力墩7的距离分别为14.4m。

[0015] 该工程梁柱结构消力坎9，下部采用直径0.8m、高0.8m的等距布置的圆柱体与护坦连接，上部通过宽0.8m、厚0.3m的横梁将各个柱体连成整体，从而形成高1.1m、宽0.8m的消力坎。

[0016] 实施例3依据图3所述福建某地航道整治工程位于干支流交汇处，支流主流偏向河道左侧集中汇流，交汇处干流侧流速较大，不利于通航。通过本设计方法算得，在设计工况下，支流出口段水深约2.2m，左右侧过流比为0.5，该区间布置2道1.1m高的弧形的导流坎4，挑角为30°，中心角为60°。支流出口设计最大流速5.5m/s，干支流交汇处平均水深2.5m，在支流出口处布置1道共27个高1.1m、宽2.1m的消力墩7，净间距与中心距之比为0.3,1道高1.7m、开孔率
0.6的梁柱结构消力坎9。

[0017] 对于本工程而言，泵房出口2流速即为支流上游弯道流速5.5m/s，泵房出口2总宽度即为支流宽度50m，出水池长度即为支流上游转弯距离约10m，出水池3右边墙即为支流上游弯道左岸，根据上述公式，计算得出首道导流坎4起点距离弯道左岸49.4m，弧长为43.1m，导流坎4半径为41.1m，实际工程取41m。第二道导流坎4弧长43.1m，半径41m。

[0018] 本工程中消力墩7墩前平均流速为5.5m/s，根据上述公式计算消力坎距消力墩的距离为13.8m。

[0019] 本工程梁柱结构消力坎4，下部采用直径1.5m、高1.2m的等距布置的圆柱体与护坦连接，上部通过宽1.5m、厚0.5m的横梁将各个柱体连成整体，从而形成高1.7m、宽1.5m的消力坎4。

[0020] 本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

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