本發(fā)明屬于水利水電工程中泄水重力壩消能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)及消能方法。

背景技術(shù)：

水利工程中，泄水重力壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，其泄水方式有壩頂溢流和壩身泄水孔泄水。在水利樞紐中，泄水重力壩可承擔(dān)泄洪，向下游輸水、排沙、放空水庫和施工導(dǎo)流等任務(wù)。當(dāng)高水頭泄水重力壩泄水時(shí)，由于流速很高(可達(dá)30～40m/s)，產(chǎn)生的高速水流對(duì)下游河床造成嚴(yán)重的沖刷破壞，甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。因此，對(duì)于泄水重力壩下泄水流的巨大能量，必須妥善進(jìn)行處理，在工程中通常采用的措施有底流消能，挑流消能，面流消能與消力戽。這幾種方式消能的主要原理是產(chǎn)生水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚鳎⒁揽克S產(chǎn)生的表面漩滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)，剪切和摻混作用來消除水流的能量，雖然可以達(dá)到消能的目的，但也使下泄水流的流態(tài)及其的不穩(wěn)定，對(duì)河床會(huì)產(chǎn)生附加的破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)及消能方法，通過立體格柵結(jié)構(gòu)可使下泄水流依靠多層消能格柵，在重力的作用下分解出垂直方向的流速，并產(chǎn)生分層流動(dòng)消能效應(yīng)，流態(tài)也相對(duì)穩(wěn)定。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)，安裝于泄水重力壩的河道底部，包括四層格柵網(wǎng)格，各層格柵網(wǎng)格包括網(wǎng)格部分和非網(wǎng)格部分，所述的非網(wǎng)格部分由糙率為0.15～0.2之間的韌性編織網(wǎng)構(gòu)成；所述的四層格柵網(wǎng)格從上至下依次為第一層格柵、第二層格柵、第三層格柵和第四層格柵；所述的第一層格柵和第三層格柵呈三角形分布，所述的第二層格柵和第四層格柵呈菱形分布。

進(jìn)一步的，所述的第一層格柵和第三層格柵的網(wǎng)格部分為三角形網(wǎng)格，所述的三角形網(wǎng)格的尖角方向與水流方向相同，可對(duì)下泄水流在水平方向起到導(dǎo)流作用。

進(jìn)一步的，所述的第二層格柵和第四層格柵的網(wǎng)格部分為菱形網(wǎng)格，所述的菱形網(wǎng)格的對(duì)角線方向分別為鋼連接，既可提高菱形網(wǎng)格的穩(wěn)定性，又可對(duì)下泄水流起到進(jìn)一步的阻礙消能作用。

進(jìn)一步的，所述的各層格柵網(wǎng)格由多個(gè)單組格柵結(jié)構(gòu)焊接而成，所述的單組格柵結(jié)構(gòu)由鋼材焊接而成，并由錨釘錨定在河道底部。

進(jìn)一步的，所述的各層格柵網(wǎng)格之間由鋼材或混凝土結(jié)構(gòu)支撐。

一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)的消能方法，包括以下步驟：

步驟1第一層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第一層格柵上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過三角形網(wǎng)格墜入下一層格柵，分解出垂直方向的流速，削減下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流沖量的作用下繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在韌性編織網(wǎng)的摩擦作用下流速降低，能量減少；

步驟2第二層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第二層格柵上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過菱形網(wǎng)格繼續(xù)墜入下一層格柵，繼續(xù)分解出垂直方向的流速；另一部分水流在水流沖量的作用下在第一層與第二層格柵間繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在流速分解以及韌性編織網(wǎng)的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減??；

步驟3第三層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第三層格柵上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過三角形網(wǎng)格墜入下一層格柵，分解出垂直方向的流速，削減下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流沖量的作用下在第二層與第三層格柵間繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在流速分解以及韌性編織網(wǎng)的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減?。?/p>

步驟4第四層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第四層格柵流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過菱形網(wǎng)格繼續(xù)墜入河道底部，另一部分水流在水流沖量的作用下繼續(xù)水平方向流動(dòng)，但在多次流速分解以及韌性編織網(wǎng)的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減小。

本發(fā)明的有益效果：

(1)水流在立體格柵結(jié)構(gòu)上逐層的下墜至各級(jí)格柵網(wǎng)格的過程中，不斷地分解出垂直方向的流速，并且水平方向的流速在韌性編織網(wǎng)的摩擦作用下也會(huì)減少，進(jìn)而對(duì)下泄的水流進(jìn)行消能，保護(hù)下游河床不被破壞；

(2)水流在立體格柵消能的作用下，分層流動(dòng)，流態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，也可減小消能過程中的水流流態(tài)不穩(wěn)而對(duì)河床產(chǎn)生的附加破壞。

附圖說明

圖1為一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為單組立體格柵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為立體格柵結(jié)構(gòu)的四層格柵示意圖；

其中，1-泄水重力壩，2-立體格柵結(jié)構(gòu)，3-第一層格柵，4-第二層格柵，5-第三層格柵，6-第四層格柵，7-韌性編制網(wǎng)，8-錨釘，9-單組格柵結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

實(shí)施例1：

如圖1-圖4所示，一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)，安裝于泄水重力壩1的河道底部，包括四層格柵網(wǎng)格，各層格柵網(wǎng)格包括網(wǎng)格部分和非網(wǎng)格部分，所述的非網(wǎng)格部分由糙率為0.15～0.2之間的韌性編織網(wǎng)7構(gòu)成；所述的四層格柵網(wǎng)格從上至下依次為第一層格柵3、第二層格柵4、第三層格柵5和第四層格柵6；所述的第一層格柵3和第三層格柵5呈三角形分布，所述的第二層格柵4和第四層格柵6呈菱形分布。

進(jìn)一步的，所述的第一層格柵3和第三層格柵5的網(wǎng)格部分為三角形網(wǎng)格，所述的三角形網(wǎng)格的尖角方向與水流方向相同，可對(duì)下泄水流在水平方向起到導(dǎo)流作用。

進(jìn)一步的，所述的第二層格柵4和第四層格柵6的網(wǎng)格部分為菱形網(wǎng)格，所述的菱形網(wǎng)格的對(duì)角線方向分別為鋼連接，既可提高菱形網(wǎng)格的穩(wěn)定性，又可對(duì)下泄水流起到進(jìn)一步的阻礙消能作用。

進(jìn)一步的，所述的各層格柵網(wǎng)格由多個(gè)單組格柵結(jié)構(gòu)9焊接而成，所述的單組格柵結(jié)構(gòu)9由鋼材焊接而成，并由錨釘8錨定在河道底部。

進(jìn)一步的，所述的各層格柵網(wǎng)格之間由鋼材或混凝土結(jié)構(gòu)支撐。

一種泄水重力壩消能的立體格柵結(jié)構(gòu)的消能方法，包括以下步驟：

步驟1第一層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第一層格柵3上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過三角形網(wǎng)格墜入下一層格柵，分解出垂直方向的流速，削減下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流沖量的作用下繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在韌性編織網(wǎng)7的摩擦作用下流速降低，能量減少；

步驟2第二層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第二層格柵4上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過菱形網(wǎng)格繼續(xù)墜入下一層格柵，繼續(xù)分解出垂直方向的流速；另一部分水流在水流沖量的作用下在第一層與第二層格柵間繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在流速分解以及韌性編織網(wǎng)7的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減?。?/p>

步驟3第三層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第三層格柵5上流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過三角形網(wǎng)格墜入下一層格柵，分解出垂直方向的流速，削減下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流沖量的作用下在第二層與第三層格柵間繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在流速分解以及韌性編織網(wǎng)7的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減?。?/p>

步驟4第四層格柵消能：當(dāng)下泄水流在第四層格柵6流動(dòng)時(shí)，一部分水流在重力的作用下通過菱形網(wǎng)格繼續(xù)墜入河道底部，另一部分水流在水流沖量的作用下繼續(xù)在水平方向流動(dòng)，但在多次流速分解以及韌性編織網(wǎng)7的摩擦的綜合作用下流速會(huì)明顯減小。

水流在立體格柵結(jié)構(gòu)上逐層的下墜至各級(jí)格柵網(wǎng)格的過程中，不斷地分解出垂直方向的流速，并且水平方向的流速在韌性編織網(wǎng)7的摩擦作用下也會(huì)減少，進(jìn)而對(duì)下泄的水流進(jìn)行消能，保護(hù)下游河床不被破壞。并且水流在立體格柵消能的作用下，分層流動(dòng)，流態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，也可減小消能過程中的水流流態(tài)不穩(wěn)而對(duì)河床產(chǎn)生的附加破壞。

實(shí)施例2：

實(shí)施例1中的立體格柵結(jié)構(gòu)2中單組各層格柵可由鋼材焊接而成，并由錨釘8錨定在下游河床，各層格柵結(jié)構(gòu)由鋼材或混凝土結(jié)構(gòu)支撐，各級(jí)格柵中非網(wǎng)格部分由糙率為0.15～0.2之間的韌性編織網(wǎng)7編制填補(bǔ)。在具體的工程中，只要采用本消能的原理即可，對(duì)于材料的使用在滿足強(qiáng)度的情況下，可根據(jù)工程的造價(jià)而做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

本發(fā)明的配圖僅為各結(jié)構(gòu)的示意圖，在具體的工程中，對(duì)于立體格柵結(jié)構(gòu)2可由單組立體格柵結(jié)構(gòu)焊接裝配而成，對(duì)于裝配的數(shù)量以及使用的范圍可視工程的具體情況而定，并不僅僅局限于示意圖中的使用情況。此外，本發(fā)明中的立體格柵結(jié)構(gòu)不僅可以應(yīng)用于泄水重力壩下游的消能，也可適用于泄洪道等結(jié)構(gòu)的高速水流消能。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。