專利名稱：一種控制水渠彎道水流超高的導流坎技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利工程技術領域，尤其屬于水利工程技術中河流河床治理結構設計技術領域，特別涉及一種控制彎道水流超高的導流坎布置與設計技術。
背景技術：
在實際水利工程中，由于地形地質的原因，急流彎道廣泛地存在于溢洪道、泄洪涵洞、引水工程、河流航道、潰壩等工程。急流彎道一般由于坡度陡、水流速度快、水流沖刷厲害等原因，導致生產事故頻發。如部分彎道水流貼著凹岸壁面流動，而凸岸基本上卻處于無水狀態，導致凹岸水流翻出邊墻，將下游泄水道沖毀，將陡坡底板基礎掏空，嚴重影響工程的正常運行。目前，對于彎道水流的超高更多的是關注其控制超高，而對于其過流能力和綜合運行能力關注不夠，如斜檻法不能有效地過流、復合曲線法只能適用于特定渠道，斜底法過流比較小等。導流坎設計結構也簡單，如中國專利CN200720033539.2，其底坎由所述的長坎和短坎構成，其不符合流線型設計，容易遭到破壞，水流很難平順地落在底部，導流的效果不好。底坎背面懸空，更容易遭受空蝕破壞。
發明內容
本發明根據現有技術的不足公開了一種控制水渠彎道水流超高的導流坎技術。本發明要解決的問題是提供一種最大可能減少過流影響、結構更合理、控制水流超高更有效的彎道導流坎布置與設計技術。本發明通過以下技術方案實現:控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:在彎道底板上設置多組導流坎構成導流區和過流區；所述導流坎一端與彎道凹岸連接，另一端延伸至水渠中部與彎道凸岸最小距離為水渠寬度的二分之一至六分之一；導流坎縱向與彎道凹岸邊墻半徑方向的夾角Θ為35。至65 ° ;多組導流坎自水渠進口直道與彎道連接處開始布置至彎道出口，相鄰兩導流坎在彎道凹岸邊墻上的間距為彎道半徑的0.08倍至0.2倍；進一步所述導流坎包括擋水面和背水面，擋水面是一垂直設置的平面，平面一端有凹形弧面與凹岸平滑連接，另一端有凸形弧面與導流坎過流側面平滑連接；背水面頂部到底部由平滑連接的凸形弧面和凹形弧面構成，過流側面沿水流方向F布置。更進一步導流坎擋水面的高度是水渠水深的0.1至0.6倍。優選導流坎擋水面的高度是水渠水深的0.4倍。更進一步導流坎擋水面有頂部圓弧過度面。上述導流坎背水面凸形弧面的弧面半徑是擋水面高度的I至5倍。上述導流坎背水面凹形弧面的弧面半徑是擋水面高度的3至9倍。上述導流坎縱向與彎道凹岸邊墻半徑方向的夾角Θ優選為50°。
上述導流坎延伸至水渠中部優選與彎道凸岸最小距離為水渠寬度的三分之一。上述相鄰兩導流坎在彎道凹岸邊墻上的間距為彎道半徑的0.1倍。上述背水面頂部到底部的凸形弧面半徑是擋水面高度的I至2.5倍、凹形弧面半徑是擋水面高度的1.5至6倍。本發明有益性:本發明在水渠彎道的底板上，布置導流坎，導流坎將彎道底板分成2個區，即導流區和過流區，方便水流順利通過。同時導流坎的擋水面和背水面分別設計，導流坎擋水面的頂部可以用圓弧過渡，防止水流飛濺；導流坎的背水面用兩段圓弧平滑連接，水流平順地過渡到渠底，便于下一個導流坎有效地導流。本發明導流坎技術能充分地發揮作用，將水流導到凸岸，水流能比較流暢地流向下游，泄洪彎道能充分降低超高，同時又能順利泄流，保證水流平順和延長建筑物使用壽命。
圖1是本發明彎道和導流坎布置示意圖；圖2是本發明彎道和導流坎標示示意圖；圖3是本發明導流坎底面形狀示意圖；圖4是本發明導流坎立體結構示意圖；圖5是本發明導流坎橫截面結構示意圖，即圖4EE截面結構示意圖；圖6是本發明導流坎橫截面另一結構示意圖，即圖4EE截面另一結構示意圖；圖7是本發明本發明導流坎縱截面結構示意圖，即圖4CC截面結構示意圖。圖中，I是導流坎，2是導流區，3是過流區，4是擋水面，5是背水面，6是彎道凹岸，7是彎道凸岸，8是凹岸連接側面，9是過流側面，B是河床寬度，BI是擋水面厚度，B2是背水面厚度，D是過流側面與彎道凸岸最小距離，F是水流方向，L是導流坎長度，h2是導流坎擋水面高度，R是彎道凹岸半徑，Rl是擋水面凸形弧面，R2是背水面凸形弧面，R3是背水面凹形弧面，R4是擋水面頂部弧面，R5是擋水面凹形弧面，Θ是導流坎縱向與彎道凹岸邊墻半徑方向的夾角，S是相鄰兩導流坎在彎道凹岸邊墻上的間距。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行進一步的描述，本實施例只用于對本發明進行進一步的說明，但不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員可以根據上述內容作出一些非本質的改進和調整屬于本發明保護的范圍。實施例1控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，本發明技術在水渠彎道底板上設置多組導流坎I使水渠彎道構成導流區2和過流區3。布置采用導流坎I 一端與彎道凹岸6連接，另一端延伸至水渠中部與彎道凸岸7最小距離D為水渠寬度B的二分之一至六分之一，最佳是三分之一；導流坎I縱向與彎道凹岸6邊墻半徑方向的夾角Θ為35。至65°，最佳是50° ;多組導流坎I自水渠進口直道與彎道連接處開始布置至彎道出口，相鄰兩導流坎I在彎道凹岸邊墻上的間距S為彎道半徑R的0.08倍至0.2倍，優選0.1倍。具體每組導流坎I包括擋水面4和背水面5，擋水面是垂直設置的平面，平面一端有凹形弧面R5與凹岸6平滑連接，另一端有凸形弧面Rl與導流坎過流側面9平滑連接；背水面5頂部到底部由平滑連接的凸形弧面R2和凹形弧面R3構成；過流側面9沿水流方向F布置。導流坎擋水面4的高度h2是水渠水深的0.1至0.6倍。優選導流坎擋水面4的高度h2是水渠水深的0.4倍。導流坎背水面5凸形弧面R2的弧面半徑是擋水面4高度h2的I至5倍，凹形弧面R3的弧面半徑是擋水面4高度h2的3至9倍。背水面5頂部到底部的凸形弧面R2半徑是擋水面4高度h2的I至2.5倍、凹形弧面R3半徑是擋水面4高度h2的1.5至6倍。BI為擋水面厚度，取導流坎擋水面4高度h2的0.1至I倍。B2為背水面的底部厚度，背水面底部厚度為導流坎擋水面4的高度h2的4至2倍，導流坎背面符合流線型單位為米。結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖7。如圖1、圖2所示，圖1是本發明彎道和導流坎布置示意圖，圖2是本發明彎道和導流坎標示示意圖。圖中導流坎I從水渠進口直道與彎道連接處開始布置至彎道出口，導流坎I 一端與彎道凹岸6連接，另一端延伸至水渠中部，沿水流方向F布置的過流側面9與凸岸7最小距離D本例為三分之一水渠寬度B，導流坎I與水流方向F傾斜布置縱向與彎道凹岸6邊墻半徑方向的夾角Θ本例為50°，相鄰兩導流坎I在彎道凹岸邊墻上的間距S為彎道半徑R的0.08倍至0.2倍，根據上述要求，圖中標示出4組導流坎I。如圖3所示，導流坎I的底面呈不規則的平行四邊形，導流坎I的一側面是與凹岸6連接的凹岸連接側面8，擋水面4與凹岸6連接側面8有凹形弧面R5連接，在圖4中表示出凹形弧面R5為柱狀弧形與凹岸6平滑連接；擋水面4與過流側面9有凸形弧面Rl連接，在圖4中表示出凸形弧面Rl為柱狀弧形平滑連接擋水面4與過流側面9。如圖4所示，導流坎I的立體結構示意圖，結合圖3，擋水面4的CC縱截面、即沿長度L方向的截面為矩形，擋水面4表面包括兩端柱狀弧形的凹形弧面R5和凸形弧面Rl ;結合圖5，背水面5頂部到底部由平滑連接的凸形弧面R2和凹形弧面R3構成。如圖5、圖7所示，圖5是導流坎橫截面結構示意圖，即圖4EE截面結構示意圖；圖7是本發明本發明導流坎縱截面結構示意圖，即圖4CC截面結構示意圖。根據實驗證明如果過流側面與彎道凸岸最小距離D小于B/6，則水流不順暢，大于B/2則導流效果不好，本發明D為水渠寬度B的二分之一至六分之一最佳；根據理論計算推導實驗數據及工程實例總結Θ取值35°至65°，最佳50°為最佳布置角度。實施例2本例與實施例1各結構相同，不同在于如圖6所示，導流坎I擋水面4頂部是圓弧過度的頂部弧面R4，導流坎I擋水面4的頂部用圓弧過渡，防止水流飛濺，減少阻力，更有利于過流。具體工程例某彎道設計水深為4米，彎道為急流，水渠寬度B為18米，彎道的轉角為36°，彎道凹岸6半徑R為108.5米。現在取Θ為50°，0為1/3渠道寬度，即6米。導流坎I長度L為18.67米，取導流坎I的高度h2為0.4倍水深，即為1.6米。導流坎I間距S取0.1R為18.5米，整個彎道可設計4條綜合導流坎，從進口開始布置，一直到出口結束。擋水面厚度BI取擋水面高度h2的0.25倍，即0.4米。背水面的厚度B2取擋水面高度h2的2倍，即3.2米。背水面頂部圓弧R2半徑取擋水面高度h2的I倍，即1.6米。背水面底部圓弧R3半徑取擋水面高度h2的1.5倍，即2.4米。擋水面頂部圓弧R4的半徑取擋水面厚度BI的I倍，即0.4米。經數值模擬，本發明斜坎形成的相對動水壓強均大于O。這樣減少負壓的可能性，便于水流流暢；同時也有利于導流，減少超高。
權利要求
1.一種控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于: 在水渠彎道底板上設置多組導流坎(I)構成導流區(2)和過流區(3)； 所述導流坎(I) 一端與彎道凹岸(6)連接，另一端延伸至水渠中部與彎道凸岸(7)最小距離(D)為水渠寬度(B)的二分之一至六分之一；導流坎(I)縱向與彎道凹岸(6)邊墻半徑方向的夾角(Θ)為35°至65° ;多組導流坎(I)自水渠進口直道與彎道連接處開始布置至彎道出口，相鄰兩導流坎(I)在彎道凹岸邊墻上的間距(S)為彎道半徑(R)的0.08倍至0.2 倍。
2.根據權利要求1所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎(I)包括擋水面(4)和背水面(5)，擋水面是一垂直設置的平面，平面一端有凹形弧面(R5)與凹岸(6)平滑連接，另一端有凸形弧面(Rl)與導流坎過流側面(9)平滑連接；背水面(5)頂部到底部由平滑連接的凸形弧面(R2)和凹形弧面(R3)構成；過流側面(9)沿水流方向(F)布置。
3.根據權利要求2所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎擋水面(4)的高度(h2)是水渠水深的0.4倍。
4.根據權利要求1或2或3所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎擋水面(4)有頂部圓弧(R4)過度面。
5.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎背水面(5)凸形弧面(R2)的弧面半徑是擋水面(4)高度(h2)的I至5倍。
6.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎背水面(5)凹形弧面(R3)的弧面半徑是擋水面(4)高度(h2)的3至9倍。
7.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎(I)縱向與彎道凹岸(6)邊墻半徑方向的夾角(Θ )為50°。
8.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述導流坎(I)延伸至水渠中部與彎道凸岸(7)最小距離(D)為水渠寬度(B)的三分之一。
9.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:相鄰兩導流坎(I)在彎道凹岸邊墻上的間距(S)為彎道半徑(R)的0.1倍。
10.根據權利要求4所述的控制水渠彎道水流超高的導流坎技術，其特征在于:所述背水面(5)頂部到底部的凸形弧面(R2)半徑是擋水面(4)高度(h2)的I至2.5倍、凹形弧面(R3)半徑是擋水面(4)高度(h2)的1.5至6倍。
全文摘要
本發明公開了一種控制水渠彎道水流超高的導流坎技術。包括在彎道底板上設置多組導流坎構成導流區和過流區，導流坎一端與彎道凹岸連接，另一端延伸至水渠中部，導流坎與凹岸邊墻傾斜設置，包括擋水面和背水面，擋水面與凹岸和過流側面平滑連接；背水面由平滑連接的凸形弧面和凹形弧面構成，過流側面沿水流方向F布置。本發明在水渠彎道的底板上布置導流坎，導流坎的擋水面和背水面分別設計，頂部圓弧防止水流飛濺；背水面兩段圓弧平滑連接，水流平順地過渡到渠底，便于下一個導流坎有效地導流。本發明導流坎將水流順利導到凸岸，流暢地流向下游，泄洪彎道能充分降低超高，同時又能順利泄流，保證水流平順和延長建筑物使用壽命。
文檔編號E02B5/08GK103195016SQ201310099599
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者吳宇峰, 劉小兵, 宋文武, 施浩然, 曾永忠, 符杰, 楊耀, 付成華, 劉曉輝, 徐良芳, 劉曉慶 申請人:西華大學