一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎的制作方法

本发明涉及水利水电工程，特别是一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎。

背景技术：

1、目前我国的水利水电工程大多位于高山峡谷区，泄水建筑物通常采用洞式且一般布置于岸边，泄洪水头高、单宽流量大、泄洪功率大，出口处山体陡峭、河谷狭窄。挑流消能是泄水建筑物常用的消能形式，通过泄水建筑物末端布置的挑流鼻坎，使下泄水流向空中挑射、扩散并掺入大量空气后跌落至下游河道。由于岸边泄水建筑物与下游河道存在一定的交角且河道狭窄时，挑出水舌纵向的扩散空间受到限制，挑流水舌落点控制较难，水舌归槽及陡峭边坡抗冲刷问题较为突出。下泄水流易砸本岸、冲对岸，下游岸边防护工程量大，投资高。需设计合理的挑流鼻坎型式，在保证工程运行安全的同时节省工程投资。

2、cn110578322a公开了一种河谷挑流鼻坎，其采用折线斜切挑坎，水舌分散程度有限，入水较集中，对岸边坡冲刷较大。

3、cn112095554b公开了一种适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎，左侧底板为下倾的斜面，下泄小流量时左侧出流易冲刷岸边坡。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，分散出坎水舌，减小水舌入河单宽流量。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，包括反弧底板；所述反弧底板出口端与曲面挑坎连接；所述反弧底板侧边分别与右侧边导墙、左侧边导墙固定连接；所述曲面挑坎一侧边与曲面挑坎右侧边导墙连接，另一侧边与左侧外扩边导墙、出口左导墙固定连接，所述右侧边导墙与曲面挑坎右侧边导墙固定连接，所述左侧边导墙与左侧外扩边导墙固定连接，所述左侧边外扩导墙与所述出口左导墙固定连接；所有的导墙均为铅垂平面；所述反弧底板、曲面挑坎表面均为曲面，且反弧底板的入口端高于所述曲面挑坎出口端；所述曲面挑坎在三维直角坐标系的y轴正方向上为由高至低的倾斜扭面；其中，所述三维直角坐标系的原点为以曲面挑坎入口端与曲面挑坎右侧边导墙的交点为起点向右平移b米后的点，以水流方向为x轴正向，以铅垂方向向上为z轴正向，以垂直于水流方向向左为y轴正向。

3、本发明曲面挑坎底板右侧为向上的圆弧、左侧为水平的直线或大半径的圆弧，挑坎在横向上为由高至低的倾斜扭面，挑坎出口长度大于n倍洞宽，分散了出坎水舌，减小了水舌入河单宽流量。

4、所述反弧底板表面半径大于反弧底板上水深的n倍。

5、所述反弧底板入口端起点与泄水建筑物斜坡段底板切向连接。

6、所述曲面挑坎右侧边导墙为外扩的圆弧墙，该圆弧墙半径δ为200m～400m。

7、所述曲面挑坎右侧边导墙为与洞轴线平行的直线墙或外扩的圆弧墙。

8、所述左侧边外扩导墙为外扩的圆弧墙或直线墙；当所述左侧边外扩导墙为外扩的圆弧墙时，该圆弧墙的圆弧半径α为80m～150m；当所述左侧边外扩导墙为外扩的直线墙时，扩散角度β≤6°。曲面挑坎左侧导墙起点上移并外扩，可使下泄水流在挑坎内提前扩散。

9、所述出口左导墙与洞轴线的夹角γ＝35°～50°。

10、所述曲面挑坎在x轴正方向上为半径为r1的向上圆弧，r1为起点处水深的6～12倍，上扬挑角(出射水流的出口切线与水平面的夹角)θ为30°～40°。

11、所述曲面挑坎出口端与洞轴线的夹角为σ，σ＝25°～35°，曲面挑坎出口长度l2＞3倍洞宽。

12、本发明中，通过调整曲面挑坎两侧导墙底板参数，如反弧半径、挑角、一侧底板采用平坡等，可以使出坎水舌入水点沿下游河道岸边纵向拉开分散入水。在小流量时不砸本岸，中、大流量时水舌落点靠近本岸边，减轻对岸的冲刷，水舌落点位置随流量的增减变化较小。本发明的曲面挑流鼻坎可适应泄洪建筑物轴线与下游河道中线存在一定夹角且河谷狭窄的布置条件。

13、当曲面挑坎洞身左侧边线底板为向上的圆弧时，曲面挑坎底板上任意一点(x，y)满足以下关系式：

14、当曲面挑坎洞身左侧边线底板为水平的直线时，曲面挑坎底板上任意一点(x，y)满足以下关系式：

15、其中，r1为曲面挑坎在x轴正方向上的表面半径，r2为洞身左侧边线底板为向上的圆弧时对应的圆弧半径，b为洞身宽度；优选地，r2≥1.5r1。

16、本发明曲面挑坎体型简单、施工方便，挑坎曲面用方程式进行表达，可计算出任意点坐标对应的曲面底板高程，精准指导曲面挑坎施工。在方便施工的同时保证了曲面挑坎成型后的曲面精度及光滑度，避免挑坎在泄洪过程中的气蚀破坏。

17、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可减轻对岸边坡的冲刷，可以降低岸边防护桩深度，节省工程投资。本发明可使出坎水舌沿岸边纵横向分散拉开进入下游河道，在小流量时不砸本岸，中、大流量时水舌落点靠近本岸边，且落点位置随流量的增减变化较小，可减轻岸坡的冲刷破坏，不受泄水建筑物轴线与下游河道交角限制。本发明在曲面挑坎一侧底板边上建立三维直角坐标系，并提供挑坎曲面方程表达式，给定曲面上任意一点的坐标可求出此点对应的高程，为曲面挑坎施工提供了便利条件，精确指导曲面挑坎测量放样，保证挑坎曲面施工精度。

技术特征：

1.一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，包括反弧底板；其特征在于，所述反弧底板出口端与曲面挑坎连接；所述反弧底板侧边分别与右侧边导墙、左侧边导墙固定连接；所述曲面挑坎一侧边与曲面挑坎右侧边导墙连接，另一侧边与左侧外扩边导墙、出口左导墙固定连接，所述右侧边导墙与曲面挑坎右侧边导墙固定连接，所述左侧边导墙与左侧外扩边导墙固定连接，所述左侧边外扩导墙与所述出口左导墙固定连接；所有的导墙均为铅垂平面；所述反弧底板、曲面挑坎表面均为曲面；所述曲面挑坎在三维直角坐标系的y轴正方向上为由高至低的倾斜扭面；其中，所述三维直角坐标系的原点为以曲面挑坎入口端与曲面挑坎右侧边导墙的交点为起点向右平移b米后的点，以水流方向为x轴正向，以铅垂方向向上为z轴正向，以垂直于水流方向向左为y轴正向。

2.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述反弧底板表面半径大于反弧底板上水深的n倍。

3.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述反弧底板入口端起点与泄水建筑物斜坡段底板切向连接。

4.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述曲面挑坎右侧边导墙为外扩的圆弧墙，该圆弧墙半径δ为200m～400m。

5.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述曲面挑坎右侧边导墙为与洞轴线平行的直线墙或外扩的圆弧墙。

6.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述左侧边外扩导墙为外扩的圆弧墙或直线墙；当所述左侧边外扩导墙为外扩的圆弧墙时，该圆弧墙的圆弧半径α为80m～150m；当所述左侧边外扩导墙为外扩的直线墙时，扩散角度β≤6°。

7.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述出口左导墙与洞轴线的夹角γ＝35°～50°。

8.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述曲面挑坎在x轴正方向上为半径为r1的向上圆弧，r1为起点处水深的6～12倍，挑角θ为30°～40°。

9.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，所述曲面挑坎出口端与洞轴线的夹角为σ，σ＝25°～35°，曲面挑坎出口长度l2＞3倍洞宽。

10.根据权利要求1所述的泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，其特征在于，当曲面挑坎洞身左侧边线底板为向上的圆弧时，曲面挑坎底板上任意一点(x，y)满足以下关系式：

技术总结本发明公开了一种泄水建筑物的曲面挑流鼻坎，包括反弧底板；所述反弧底板出口端与曲面挑坎连接；所述反弧底板侧边分别与右侧边导墙、左侧边导墙固定连接；所述曲面挑坎一侧边与曲面挑坎右侧边导墙连接，另一侧边与左侧外扩边导墙、出口左导墙固定连接，所述右侧边导墙与曲面挑坎右侧边导墙固定连接，所述左侧边导墙与左侧外扩边导墙固定连接，所述左侧边外扩导墙与所述出口左导墙固定连接；所有的导墙均为铅垂平面；所述反弧底板、曲面挑坎表面均为曲面；所述曲面挑坎在三维直角坐标系的Y轴正方向上为由高至低的倾斜扭面。本发明可使出坎水舌沿岸边纵横向分散拉开进入下游河道。技术研发人员：周望武,段川,曾少岳,刘金山,李志,张天伟,黄永春,何金龙,倪磊,魏大晗,李乃利,龚云柱受保护的技术使用者：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1