本發明屬于水利水電工程中水工建筑物泄洪消能領域，具體涉及一種溢流壩分區挑流耗散消能結構。
背景技術：
隨著開發河流，利用水力的大趨勢，我國建設了許許多多的大型水壩，溢流壩作為重要的組成部分，分布于全國各地的河流上。但是，溢流壩給人們帶來許多便利的時候，也存在著眾多問題。高溢流壩因為“窄河谷、高水頭、大泄量”泄洪消能問題突出，傳統的高壩溢洪道通常采用的是挑流和底流消能，較新型的消能工會采用窄縫消能方式。但由于有些溢洪道壩高近百米，水頭差大，下泄水流的單寬流量大，以上的消能方法并不能取得較好的效果。
挑流消能方式是利用溢洪道末端設置的挑坎將下泄的水流自由地拋射到空氣中擴散、摻氣乃至碰撞，來消散下泄水流的巨大動能，使之與遠離壩體的下游緩流相銜接，從而減輕下游河床沖刷。同時也存在一些缺陷：
1.下游河床沖刷較為嚴重，當沖坑過深時有可能危及水工建筑物的安全；
2.下游產生強烈回流，可造成岸坡嚴重沖刷；
3.沖坑下游堆積物較多，可能使下游河床變形，堆丘將抬高尾水，影響電站出力；
4.挑流引起霧化，處理不當可影響樞紐特別是電站的正常運行。
采用底流消能則主要考慮經濟和技術兩方面因素。一方面,底流消能需要要修建造價昂貴的底流消力池,工程投資較大;另一方面,由于高壩工程工作水頭高,致使消力池臨底流速很高,難于保證消力池自身安全。
較新型的窄縫消能工通過側墻收縮將下泄的水流束窄，使得水流縱向及豎向擴散拋射到空氣中摻氣消能。比傳統的挑流消能消能效果要好，通常能比挑流消能方式減輕下游沖刷30%～40%。同樣的它也存在著下游回流強烈，可造成岸坡嚴重沖刷以及霧化對電站產生的不良影響。
技術實現要素：
針對現有技術的水工建筑物泄流消能設計的現狀與不足，本發明的目的旨在提供高壩溢流面射流控制結構對過閘水流進行分區挑流，使得水流摻氣、碰撞摩擦進行耗散消能從而達到減輕下游河床沖刷，減少沖坑下游堆碴、減小下游兩岸回流及霧化對下游電站廠房影響的目的。
本發明提供的高壩溢流面射流控制結構，包括設于壩體上的溢流閘孔，溢流閘孔下方的壩體堰面wes曲線末端設有陡槽段，所述陡槽段的末端設有連續式挑坎，所述陡槽段上設有能夠分區挑射水流的溢流面挑坎，所述溢流面挑坎包括邊緣溢流面挑坎和相對于兩個邊緣溢流面設置的中間溢流面挑坎，所述中間溢流面挑坎設于所述陡槽段的中間，所述邊緣溢流面挑坎的外側邊緣分別與所述陡槽段兩側的上邊墩對應相接，所述溢流面挑坎中設有能夠引導水流挑射角度的弧形挑射底面，所述弧形挑射底面兩側設有防止水流向兩側擴散，起到歸束水流作用的弧形擋水墻，所述弧形擋水墻的兩側外部設有摻氣坎，所述摻氣坎與壩體上設置的摻氣槽連通，從溢流閘孔下泄的水流經過所述中間溢流面挑坎、邊緣溢流面挑坎和連續式挑坎分區挑射，其中10%左右的水流從所述溢流面挑坎兩側擴散在空中先交匯碰撞消能，剩余35%左右的主流經弧形擋水墻歸束后從所述溢流面挑坎中間挑射與剩余的由連續式挑坎挑射出的水流匯合碰撞消能。
由于中間溢流面挑坎和邊緣溢流面挑坎是分隔不連續設置在陡槽段中的，從溢流閘孔中下泄的水流，一部分從中間溢流面挑坎和邊緣溢流面挑坎中挑射出去，另外一部分繼續流下經過連續式挑坎的末端挑射；中間溢流面挑坎和邊緣溢流面挑坎兩側擴散的水流在空中呈扇形狀相互交匯碰撞，而弧形擋水墻可以達到歸束水流的目的使得歸束后的主流經溢流面挑坎從中間挑出后再與經過連續式挑坎挑射出的水流交匯碰撞消能，能夠很好的消除水流中的能量，從而減輕水流對下游河床及岸坡的沖刷。
另外，溢流面挑坎中設置的弧形摻氣坎與壩面的摻氣槽的連通，再加上溢流面挑坎的中空設計使得挑出的水流能夠在空中全面摻氣消能，經過中間溢流面挑坎、邊緣溢流面挑坎和連續式挑坎挑射的多股水流以多維立體交會方式在空中相互交匯碰撞摩擦，配合水流的充分摻氣，下泄的水流耗散大量能量后再落到下游河床中，下游水流形態良好,消能效果明顯。
較優的，所述溢流面挑坎的弧形挑射底面的出射終端處的切面與水平面的夾角為30°。
較優的，所述溢流面挑坎設置于所述陡槽段的起始段。
較優的，所述弧形擋水墻的墻體從起始點到末端逐漸升高，所述弧形擋水墻的末段出口朝向所述壩體中部上方。
較優的，所述溢流面挑坎的底面設有延伸至所述陡槽段表面的兩個平行承重墻，所述溢流面挑坎底面和兩個所述承重墻之間形成架空結構，所述架空結構中設有與所述摻氣槽相連的摻氣通道；架空結構的溢流面挑坎能夠節省工程量，節約成本，又方便與壩體上的摻氣槽相連通，達到更好的摻氣效果。
較優的，所述中間溢流面挑坎最少為一個。
所述溢流面挑坎下方的所述連續式挑坎兩側的下邊墩分別與所述邊緣溢流面挑坎的內側邊緣相連；由于兩側的邊緣溢流面挑坎直接將水流挑向下游，所以溢流面挑坎下方的連續式挑坎就能夠收縮減少寬度，這樣也能夠大大地減少工程量，節約成本。
本發明遠不同于現有技術，相較于現有技術，本發明具有如下優點：
1.消能充分，河床沖刷輕微，下游水流形態穩定，有利于堤岸和生態環境的保護；
2.河床沖刷堆碴形態良好，有利于電站廠房的運行安全；
3.泄洪主要霧化區上移靠近壩后，減輕泄洪霧化對電站廠房的運行影響；
4.消能工程結構相對簡單，工程量小，投資少。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。其中：
圖1為本發明高壩溢流面射流控制結構的俯視示意圖；
圖2為本發明高壩溢流面射流控制結構的側視示意圖；
圖3為本發明溢流挑坎部分的剖視示意圖；
圖4為本發明溢流挑坎部分的截面示意圖；
圖中：1、溢流閘孔；2、陡槽段；21、上邊墩；22、下邊墩；3、溢流面挑坎；31、中間溢流面挑坎；32、邊緣溢流面挑坎；301、弧形挑射底面；302、弧形擋水墻；303、摻氣坎；304、承重墻；305、架空結構；4、摻氣槽；5、連續式挑坎；6、溢流面挑坎挑射的水流；7、連續式挑坎挑射的水流；8、交匯碰撞后的水流。
具體實施方式
下面結合附圖給出本發明的實施例，并通過實施例對本發明進行進一步的具體描述。必要在此指出的是，實施例只用于對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容做出一些非本質的改進和調整進行實施，但這樣的實施應仍屬于本發明的保護范圍。
實施例1
請參閱圖1至圖4所示，本發明高壩溢流面射流控制結構包括設于壩體上的溢流閘孔1，溢流閘孔1下方的壩體堰面wes曲線末端銜接陡槽段2，所述陡槽段2的末端設有連續式挑坎5，所述陡槽段2中設有能夠分區挑射水流的溢流面挑坎3，所述溢流面挑坎3包括中間溢流面挑坎31和邊緣溢流面挑坎32，所述中間溢流面挑坎31設于所述陡槽段2的中央，所述邊緣溢流面挑坎32的外側邊緣分別與所述陡槽段2兩側的上邊墩21對應相接，所述溢流面挑坎3中設有能夠引導水流挑射角度的弧形挑射底面301，所述弧形挑射底面301兩側設有能夠歸束水流的弧形擋水墻302，所述弧形擋水墻302的兩側外部設有摻氣坎303，所述摻氣坎303與壩體上設置的摻氣槽4連通，從溢流閘孔1下泄的水流經過所述中間溢流面挑坎31、邊緣溢流面挑坎32和連續式挑坎5分區挑射，從所述中間溢流面挑坎31和邊緣溢流面挑坎32挑射出的水流經弧形擋水墻302歸束后在空中先交匯碰撞，交匯碰撞后的水流再與連續式挑坎5挑射出的水流匯合碰撞消能。
由于中間溢流面挑坎31和邊緣溢流面挑坎32是分隔不連續設置在陡槽段2中的，中間溢流面挑坎31的數量最少為一個，水從溢流閘孔1中流下后，10%左右的水流從溢流面挑坎3兩側挑射出去并在空中碰撞消能，占總量35%左右的主流從所述溢流面挑坎3中間挑射經弧形擋水墻302歸束后再與連續式挑坎5挑射出的剩余水流匯合碰撞消能；而弧形擋水墻302末段出口朝向所述壩體中間上方，可以達到歸束兩側擴散水流的目的。從中間溢流面挑坎31和邊緣溢流面挑坎32挑射出的水流在空中呈扇形狀相互交匯碰撞，交匯碰撞后溢流面挑坎挑射的水流6再與連續式挑坎5挑射的水流7交匯碰撞形成消能后的交匯碰撞后的水流8，能夠很好的消除水流中的能量，從而減輕水流對下游河床及岸坡的沖刷。
另外，溢流面挑坎3中設置的弧形摻氣坎303與壩面的摻氣槽4的連通，再銜接邊緣溢流面挑坎中空的通道與外界連通，使得挑出的水流能夠全面摻氣消能，經過中間溢流面挑坎31、邊緣溢流面挑坎32和連續式挑坎5挑射的多股水流以多維立體交會方式在空中相互交匯碰撞摩擦，配合水流的充分摻氣，下泄的水流耗散大量能量后再落到下游河床中，下游水流形態良好,消能效果明顯。
所述溢流面挑坎3的弧形挑射底面301的出射終端處的切面與水平面的夾角為30°。
所述溢流面挑坎3設置于所述陡槽段2的起始段。
所述弧形擋水墻302的墻體從起始點到末端逐漸升高，所述弧形擋水墻302的末段出口朝向所述壩體中間上方。
所述溢流面挑坎3的底面設有延伸至所述陡槽段2表面的兩個平行承重墻304，所述溢流面挑坎3底面和兩個所述承重墻304之間形成架空結構305，所述架空結構305中設有與所述摻氣槽4相連的摻氣通道。
所述溢流面挑坎3下方的所述連續式挑坎5兩側的下邊墩22分別與所述邊緣溢流面挑坎32的內側邊緣相連；由于兩側的邊緣溢流面挑坎32已經將水流直接挑向下游，所以溢流面挑坎3下方的連續式挑坎5就能夠收縮減少寬度，這樣也能夠大大地減少工程量，節約成本。
本實施例1依托于福建某水庫樞紐工程進行實施，該水庫最大壩高90.5m，最大下泄單寬流量為158.81m3/s.m，溢流面挑坎3中的中間溢流面挑坎31和邊緣溢流面挑坎32寬度設置為6.5m，弧形擋水墻302的弧形半徑為12m，溢流面挑坎3的挑角設為30°，經過試驗測算，本專利比傳統挑流消能方式減輕下游沖刷60%，比較新型的窄縫消能方式減輕沖刷約40%。