一种组合式超泄消能溢洪单元和方法.pdf

本发明涉及一种组合式超泄消能溢洪单元，包括：进口溢流堰，进口溢流堰下游为陡槽，陡槽上设有水跌消能工，进口溢流堰是复合琴键溢流堰，复合琴键溢流堰包括：堰体，堰体顶部交错设置底面水平的正向三角墩和反向三角墩，正向三角墩和反向三角墩的底面沿水流方向的长度超过堰体顶端的厚度，形成堰前悬臂和堰后悬臂；正向三角墩和反向三角墩之间设置隔板。本发明采用复合琴键溢流堰，同传统溢流堰相比，流量系数显著增大，堰上作用水头明显降低，避免为应对溃坝、极端气候等引起超标洪水而导致的大坝加高。本发明结构简单，升级改造、维护成本低，开敞式布置易于排出泥沙，尤其适合已建宽顶堰或实用堰溢洪道的升级改造。

1.  一种组合式超泄消能溢洪单元，包括：设置在溢洪道进口处的进口溢流堰，所述的进口溢流堰下游为陡槽，所述的陡槽上设有水跌消能工，其特征在于，所述的进口溢流堰是复合琴键溢流堰，所述复合琴键溢流堰包括：堰体，所述的堰体顶部交错设置底面水平的正向三角墩和反向三角墩，所述的正向三角墩和反向三角墩的底面沿水流方向的长度超过堰体顶端的厚度，形成堰前悬臂和堰后悬臂；所述的正向三角墩和反向三角墩之间设置隔板，所述的正向三角墩沿水流方向的截面形状是两个底角为锐角，顶角为钝角的三角形；所述的反向三角墩沿水流方向的截面形状是迎水的底角为锐角，背水的底角为钝角，顶角为锐角的三角形。

2.  根据权利要求1所述溢洪单元，其特征在于，所述的正向三角墩的迎水面与反向三角墩的背水面平行，所述的隔板的形状是与正向三角墩与反向三角墩沿水流方向截面相符的平行四边形。

3.  根据权利要求2所述的溢洪单元，其特征在于，所述的正向三角墩的迎水底角大于反向三角墩的迎水底角。

4.  根据权利要求3所述的溢洪单元，其特征在于，所述的正向三角墩的迎水底角为30~60度。

5.  根据权利要求4所述的溢洪单元，其特征在于，所述的正向三角墩为五个，反向三角墩为四个。

6.  根据权利要求1-5所述的溢洪单元，其特征在于，所述的陡槽的宽度与溢流堰的宽度相等，所述的水跌消能工是消能台阶。

7.  根据权利要求1-5所述的溢洪单元，其特征在于，所述的陡槽还设有池底水平的消力池，所述的消力池中设有消力池溢流堰，所述的消力池溢流堰是复合琴键溢流堰，所述的水跌消能工是消能台阶。

8.  根据权利要求7所述的溢洪单元，其特征在于，所述的陡槽的宽度始终与进口溢流堰的宽度保持等宽。

9.  根据权利要求7所述的溢洪单元，其特征在于，所述的陡槽的宽度在进口溢流堰之后变窄，所述的消力池的宽度与进口溢流堰的宽度相等，消力池之后的陡槽再次变窄。

10.  一种使用权利要求9所述溢洪单元的组合式超泄消能溢洪的方法，所述方法包括如下步骤：
水流进入溢洪道的步骤：用于水流进入溢洪道，在溢洪道进口处于经过复合琴键溢流堰，在正向三角墩和反向三角墩的作用下对水流进行导流、调流和消能，水流在进口溢流堰后产生非掺气水跌；
水流在陡槽中消能的步骤：用于水流进入陡槽，水流在消能台阶的作用下，成为多个小水跌，形成掺气水流；
水流在消力池中消能的步骤：用于水流进入消力池，水流在消力池溢流堰的作用下产生水跃，由于正向三角墩和反向三角墩的作用，对水流产生导流、调流和消能的作用；
水流流出溢洪道的步骤：用于水流经消力池后，经消力池后的消力台阶再次消能，并沿陡槽流出溢洪道。

一种组合式超泄消能溢洪单元和方法
技术领域
本发明涉及一种组合式超泄消能溢洪单元和方法，是一种水工设施和方法，是一种用于水库泄洪道的水工设施和方法。
背景技术
溢洪道是最常见的泄水调控建筑物，一般用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，防止洪水漫顶，对于土石坝、堆石坝以及一些混凝土坝，都需要在坝体以外的岸边或天然垭口处设置岸边溢洪道。随着极端气候出现频率的加快，水库大坝洪水设计标准正在不断提高，原因是现有许多河流或者流域内河流系统已经变得非常复杂，如梯级开发形成的水库群，设计洪水要考虑极端致灾因子如溃坝、极端气候等引起的超标洪水。这对水库大坝泄洪设施的泄流能力提出了更高要求。为解决现有中小型水库防洪标准偏低和极端致灾因子条件下泄流能力急剧增加的问题，可行的出路之一是增大溢洪道泄流能力。其方法包括增加新的溢洪道、降低溢洪道高程、加宽溢洪道、在溢洪道顶部增设控制建筑物或多种措施相结合。增加溢洪道解决超标洪水是可行的，但工程量大，经济性低，还可能对原有大坝结构安全性带来影响。降低堰顶高程并在堰顶增设控制建筑物，如新建闸门以提高水库蓄水位，能在保证水库防洪能力的前提下增大兴利库容，但这种闸控溢洪道改造方式的安全运行主要取决于闸门的安全运行，闸门在极端条件下也存在运行安全风险，如洪水造成电力中断、备用电源不能启用、地震滑坡导致启闭机或门槽等变形而不能正常工作。此外，还有单独把溢洪道泄槽挖深，但这会降低水库蓄水能力，损失兴利库容。在上述增加溢洪道或者降低溢洪道高程或加宽溢洪道的改造思路均受限制情况下，如何找到一种办法，即能在较小水头下有效提升泄流能力和泄洪效率，又易于布置落差衔接消能建筑物，已经成为近年来泄洪消能领域一个亟待解决的重要问题。
此外，山区山地或城市排洪系统也面临类似困扰，这种排洪调控系统常见特点是：流量较大、落差高、跌落纵向距离短，设计类似的排水调控系统落差衔接泄水建筑物的基本目标是：合理衔接上、下游水流；具有较好的消能和稳流功能，避免下游渠道和建筑物被过度冲刷。常见的排洪构筑物布置包括跌水井、竖管式跌落管、格栅式消能池（单级或多级）、斜坡型落差建筑物等，这些建筑物普遍存在适应范围小，如只适于小范围山地的雨水排水和小流量的污水管道，消能效率不高，适应流量变化能力弱（极端致灾因子条件下暴雨流量可能比设计流量更大），泥沙排出等问题。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种组合式超泄消能溢洪单元和方法，在尽量减少工程量的前提下，在溢洪道的进口增设复合琴键溢流堰，提高溢流堰的单宽流量并显著增大流量系数，改善了传统溢流堰排水消能效率不高的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种组合式超泄消能溢洪单元，包括：设置在溢洪道进口处的进口溢流堰，所述的进口溢流堰下游为陡槽，所述的陡槽上设有水跌消能工，所述的进口溢流堰是复合琴键溢流堰，所述复合琴键溢流堰包括：堰体，所述的堰体顶部交错设置底面水平的正向三角墩和反向三角墩，所述的正向三角墩和反向三角墩的底面沿水流方向的长度超过堰体顶端的厚度，形成堰前悬臂和堰后悬臂；所述的正向三角墩和反向三角墩之间设置隔板，所述的正向三角墩沿水流方向的截面形状是两个底角为锐角，顶角为钝角的三角形；所述的反向三角墩沿水流方向的截面形状是迎水的底角为锐角，背水的底角为钝角，顶角为锐角的三角形。
进一步的，所述的正向三角墩的迎水面与反向三角墩的背水面平行，所述的隔板的形状是与正向三角墩与反向三角墩沿水流方向截面相符的平行四边形。
进一步的，所述的正向三角墩的迎水底角大于反向三角墩的迎水底角。
进一步的，所述的正向三角墩的迎水底角为30~60度。
进一步的，所述的正向三角墩为五个，反向三角墩为四个。
进一步的，所述的陡槽的宽度与溢流堰的宽度相等，所述的水跌消能工是消能台阶。
进一步的，所述的陡槽还设有池底水平的消力池，所述的消力池中设有消力池溢流堰，所述的消力池溢流堰是复合琴键溢流堰，所述的水跌消能工是消能台阶。
进一步的，所述的陡槽的宽度始终与进口溢流堰的宽度保持等宽。
进一步的，所述的陡槽的宽度在进口溢流堰之后变窄，所述的消力池的宽度与进口溢流堰的宽度相等，消力池之后的陡槽再次变窄。
一种使用上述溢洪单元的组合式超泄消能溢洪的方法，所述方法包括如下步骤：
水流进入溢洪道的步骤：用于水流进入溢洪道，在溢洪道进口处于经过复合琴键溢流堰，在正向三角墩和反向三角墩的作用下对水流进行导流、调流和消能，水流在进口溢流堰后产生非掺气水跌；
水流在陡槽中消能的步骤：用于水流进入陡槽，水流在消能台阶的作用下，成为多个小水跌，形成掺气水流；
水流在消力池中消能的步骤：用于水流进入消力池，水流在消力池溢流堰的作用下产生水跃，由于正向三角墩和反向三角墩的作用，对水流产生导流、调流和消能的作用；
水流流出溢洪道的步骤：用于水流经消力池后，经消力池后的消力台阶再次消能，并沿陡槽流出溢洪道。
本发明产生的有益效果是：本发明采用复合琴键溢流堰，同薄壁堰、宽顶堰和实用堰相比，流量系数显著增大，堰上作用水头明显降低，或者说达到相同设计流量所需水头远小于标准实用溢流堰所需水头，即显著增加水库的有效兴利库容，避免为应对溃坝、极端气候等引起超标洪水而导致的大坝加高。由于堰上水头减低，与下游陡槽段台阶式溢洪道衔接平顺，更易形成掺气水流，提高了消能效率。本发明结构简单，升级改造、维护成本低，开敞式布置易于排出泥沙。尤其适合已建宽顶堰或实用堰溢洪道的升级改造，对于山地或城市落差排洪调控系统均适用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的实施例一所述溢洪单元结构示意图；
图2是本发明的实施例一所述溢洪单元结构示意图，是图1中A方向视图；
图3是本发明的实施例一所述复合琴键溢流堰的立体图；
图4是本发明的实施例一所述复合琴键溢流堰结构示意图，是图1中K处的放大图；
图5是本发明的实施例一、二所述复合琴键溢流堰结构示意图，是图4中D-D向剖视图；
图6是本发明的实施例七所述的溢洪单元的结构示意图；
图7是本发明的实施例八所述的溢洪单元的结构示意图，是图6中的E方向视图；
图8是本发明的实施例九所述的溢洪单元的结构示意图，是图6中的E方向视图；
图9是本发明实施例十所述的溢洪单元与传统实用溢流堰，以及公式计算的流量系数曲线对比；
图10是本发明实施例十所述的消能台阶的流态图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种组合式超泄消能溢洪单元，如图1、2、3所示。包括：设置在溢洪道进口处1的进口溢流堰2，所述的进口溢流堰下游为陡槽3（图2中用开挖边墙线5表示陡槽的深度），所述的陡槽上设有水跌消能工4，所述的进口溢流堰是复合琴键溢流堰，所述复合琴键溢流堰包括：堰体206，所述的堰体顶部交错设置底面水平的正向三角墩201和反向三角墩203，所述的正向三角墩和反向三角墩的底面沿水流方向的长度超过堰体顶端的厚度，形成堰前悬臂205和堰后悬臂204；所述的正向三角墩和反向三角墩之间设置隔板202，所述的正向三角墩沿水流方向的截面形状是两个底角α₁、β₁为锐角，顶角γ₁为钝角的三角形；所述的反向三角墩沿水流方向的截面形状是迎水的底角为锐角α₂，背水的底角β₂为钝角，顶角γ₂为锐角的三角形，如图5所示。
本实施例所述的组合式超泄消能溢洪单元可以建造在水库的水坝上。所述的溢流堰可以设置在水坝的顶部，也可以设置在水坝的溢流孔上。即：水坝上设置的溢洪道可以由水坝的顶部向下延伸至下游水道中，也可以是由水坝上的闸门溢流孔向下延伸的。
本实施例主要包括建造在坝顶的溢流堰和陡槽。
本实施例的关键在于在溢流堰的堰顶设置复交错排列的三角墩，形成类似琴键的形状，如图3、4、5所示。
本实施例所述复合式琴键溢流堰整体由竖直的支座（堰体）和复合式琴键溢流堰顶组成。复合琴键溢流堰顶水平的底面呈锯齿形，沿水流方向的剖面由三个不同体型构件组成：两个三角形和一个四边形，两个三角形具有一定宽度（水平面内垂直于水流方向的延伸），形成三角墩，而四边形为薄壁，形成隔板。两个三角形分为为两个底角为锐角、顶角为钝角和一个底角为锐角，一个底角为钝角，顶角为锐角的三角形。两种截面不同的三角形之间设置四边形的隔板，组成一个基本结构单元。在堰顶排列这些基本结构单元，形成交替排列的两种截面不同的三角墩交错排列。对于具体的溢洪道，可以根据需要排列数个基本结构单元，如3个、4个或者更多。
复合琴键溢流堰放在堰体支座之上，分别向水流的上下游伸出了悬臂。悬臂是三角墩的底面或倾斜面，可以起到阻止底部水流向上的冲击。正向三角墩和反向三角墩的形状可以这样确定：两个三角形的底面长度相等并重合，两条斜边形成一个平行四边形的两个斜边，而两个三角形的另一个斜边，形成平行四边形的对角线，而两个三角形顶角之间的连线是平行四边形的另一个底边。隔板的形状即为这个平行四边，即：平行四边的一个底边与两个三角墩的底边重合，两个斜边分别与两个三角形的一个斜边重合，而平行四边形的另一个底边则形成两个三角形顶角的连线。
以带有平行四边形隔板所形成的基本结构单元的支座中心线为准，体型两侧为翻转后的镜像布置。基本结构单元的正向三角墩迎水面的锐角α₁角度在30-60°之间。由于平行四边形的特点，α₁角度的确定，将整个平行四边形以及之内的三角形的形状也确定了。
当然，隔板不一定要设计为平行四边形，两个三角墩的截面形状也不一定要设计为一个平行四边形中的两个三角形，还可以有多种选择，即基本形状为：正、反向的三角墩交错排列，并在两个墩之间设置隔板。两个三角墩的截面三角形的各个角度有多种选择，但其基本形状为：正向三角墩的迎水面的底角的角度大于反向三角墩的迎水面底角的角度，并且都是锐角（小于90度），在三角墩的背水面，正向三角墩的背水面底角的角度小于反向三角墩的底角角度，但正向三角墩的背水面底角是锐角（小于90度），而反向三角形背水面底角的角度不但大于正向三角墩的背水面底角的角度，而且还要大于90度（钝角）。
复合琴键溢流堰跟泄水建筑物所用单纯的琴键堰有很大不同，从体型上说，琴键堰顶部宽、底部窄，平面呈矩形，类似钢琴键。复合琴键溢流堰平面呈锯齿形，剖面呈平行四边形。复合琴键溢流堰是由三个不同体型构件组成，即沿着平行四边形切割形成的2个三角体，和一个平行四边形边墙组成其基本结构。用于超泄消能溢洪单元时，只需重复几个构件横向铺开。实践中，不仅结构稳固，基本结构单元也很好预制。复合琴键溢流堰放在堰体支座之上，呈轴线镜像对称。由于横向伸出了悬臂结构，加之正向流与侧向流混合调整，产生消能和导流的作用。
本实施例所述的陡槽可以有多种形式。陡槽可以是等宽的，即：从进口到出口一样宽度，也可以是不等宽的，如果在溢流堰后使陡槽的宽度变窄，加速水流的流动，促使水流在变窄的陡槽中相互挤压和干扰，形成消能的作用。
对于较长的陡槽，还可以在中间段设置消力池，在消力池中设置消力池溢流堰。消力池溢流堰也可以采用复合琴键溢流堰，以提高消能的效率。消力池之后的陡槽也可以再次设置变窄段，使水流进一步消能。
在陡槽中可以设置消能工，如三角墩或简单的台阶，使水流在下落过程中消能。
实施例二：
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于正、反向三角墩以及隔板的细化。本实施例所述的正向三角墩的迎水面与反向三角墩的背水面平行，所述的隔板的形状是与正向三角墩与反向三角墩沿水流方向截面相符的平行四边形，如图5所示。
平行四边形的隔板形状是有两个三角墩的形状所确定的，或者反过来说，是隔板的两个底边和两个斜边确定了两个三角墩的地面和迎水面、背水面的角度。
实施例三：
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于正、反向三角墩的细化。本实施例所述的正向三角墩的迎水底角大于反向三角墩的迎水底角。
这种情形所产生的具体效果是：正向三角墩的迎水面较为陡峭，而反向三角墩的迎水面比较平缓。
实施例四：
本实施例是实施例三的改进，是实施例关于正向三角墩的迎水底角的细化。本实施例所述的正向三角墩的迎水底角α₁为30~60度，如图5所示。
由于正向三角墩和反向三角墩构成平行四边形，当正向三角墩的迎水底角的角度确定后，整个平行四边形的形状即确定。
实施例五：
本实施例是上述实施例的改进，上述实施例关于正、反向三角墩个数的细化。本实施例所述的正向三角墩为五个，反向三角墩为四个，如图1所示。
本实施例是一个具体的溢流堰设置，有四个基本结构单元和相配合的一个正向三角墩，如此排列的溢流堰具有8块隔板。其具体宽度由溢洪道的宽度确定。
实施例六：
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于陡槽的细化。本实施例所述的陡槽的宽度与溢流堰的宽度相等，所述的水跌消能工是消能台阶。
消能台阶的形状类似于楼梯的台阶，当水流流过这些台阶的时候，产生水跌，台阶产生的连续水跌使水流互相干扰，形成消能。
实施例七：
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于陡槽的细化。本实施例所述的陡槽还设有池底水平的消力池6，所述的消力池中设有消力池溢流堰7，所述的消力池溢流堰是复合琴键溢流堰，所述的水跌消能工是消能台阶，如图6所示。
本实施例在陡槽的中段设置中间的消力池，使水流在消力池中可以消除部分能量。在消力池中可以设置溢流堰，所使用的溢流堰同样可以采用复合琴键溢流堰，以提高溢流效果，并起到消能的作用。
消力池为长方形，长度沿水流方向延伸，其宽度可以与进口溢流堰相同。消力池底部水平，使水流在消力池中平缓流动，并在消力池溢流堰前形成水跃，在复合琴键溢流堰的作用下消力，然后进入下一段陡槽。
实施例八：
本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于陡槽的细化。本实施例所述的陡槽的宽度始终与进口溢流堰的宽度保持等宽，如图7所示。
本实施例的陡槽的宽度不变化，进口溢流堰、消力池前、后的陡槽宽度和消力池，以及消力池溢流堰的宽度都相同。
实施例九：
本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于陡槽的细化。本实施例所述的陡槽的宽度在进口溢流堰之后变窄，所述的消力池的宽度与进口溢流堰的宽度相等，消力池之后的陡槽再次变窄，如图8所示。
本实施例所述的陡槽的宽度在进口溢流堰后和消力池后都设置为缩口，使水流壅高，产生水流内的互相干涉，产生消能作用。
实施例十：
本实施例是一种使用实施例八所述溢洪单元的组合式超泄消能溢洪的方法。所述方法利用复合琴键溢流堰提高过堰水流的单宽流量，显著增大流量系数，降低堰上作用水头和出流跌落落差。由于提高了单宽过流量，可减小堰的设计尺寸，节省了工程量。
本实施例达到效果提高单宽流量并显著增大流量系数的理论原理和数学基础如下：
复合琴键溢流堰由于堰轴线沿纵向（水流方向）被拉长，形成多个首尾相连的测堰，溢流前沿比直线堰增长数倍，在堰上水头相同时，过流能力比传统溢流堰有较大提高。
本实施例所使用的复合琴键溢流堰的特征参数如图4、5所示，图4中W为横向堰宽；B为堰一个基本结构单元沿水流方向的长度，P为堰高，定义L为单个基本结构单元沿水流方向的总长度，这个总长度可以这样确定：L=W+2NB，其中N为基本结构单元的个数。
对上述溢流堰过流能力的影响因素将主要包括堰的设计参数，如总宽L、横向堰宽W、垂向堰高P、进出水宫的宽度Wi、Wo、长度B、 T_s为边墙厚等，此外还与堰上水头H（包含行近流速水头）、流速V、重力加速度和密度有关，其函数关系可表示如下：
              (1)
由π定理和流量公式，可得：
                     (2)
其中C_d为无量纲系数。由于堰边墙厚度对流量的影响很小，若忽略它的影响，式(2)可写为
             (3)
式中a为待定系数。
通过理论分析和利用试验数据结合遗传算法进行拟合、寻优，得到上述系数的最优解为：
              (4)
为了评估复合琴键溢流堰的过流能力，用一个流量比系数（或超泄比）来描述复合琴键溢流堰：
                        (5)
式中：Q_d、C_d分别为复合琴键溢流堰的流量和流量系数。对于标准的薄壁堰，流量系数C_S可用Rehbock或巴赞公式计算，近似等于恒定的常数，即C_S=0.42，对于标准的WES实用堰（Ogee-crested weir），C_S=0.494。因传统实用溢流堰过流能力相对最大，这里选择传统实用溢流堰作对比。图9给出的是传统实用溢流堰和复合琴键溢流堰的流量系数对比曲线图。该曲线图分别给出了传统实用溢流堰（实用堰）的流量系数曲线（图9中用虚线表示），以及与之对比的复合琴键溢流堰的对比实验的实际测试值（资料实验值）的流量系数曲线（图9中用间断的点表示）和公式（5）的计算值进行对比（图9中用实线表示）。实例中流量比系数即超泄比在1.2-3.5之间，且H/P值越小，超泄能力越强，当H/P>1时，超泄比将小于1.5。这表明若按照本实施例进行设计，达到相同设计过流量所需水头H远小于常规溢洪道所需水头，二者差值即是减小的水头差，如图6所示。图6中的水流虚线605表示传统实用溢流堰的水面线，实线601表示本实施例的水面线。
复合琴键溢流堰能有效提高过堰水流单宽流量，在相同设计流量下，同薄壁堰、宽顶堰和实用堰相比，流量系数显著增大，堰上作用水头明显降低，出流跌落落差减小。
《水工设计手册》规范推荐水库大坝溢洪道的溢流堰堰型多为宽顶堰或实用堰。组合式超泄消能溢洪单元达到相同设计过流量所需水头H已经远小于标准实用溢流堰所需水头，能够应对超标准洪水。复合琴键溢流堰跟泄水建筑物所用单纯的琴键堰有很大不同，从体型上说，琴键堰顶部宽、底部窄，平面呈矩形，类似钢琴键。复合琴键溢流堰平面呈锯齿形，剖面呈平行四边形。从图3、4、5可看出，复合琴键溢流堰是由三个不同体型构件组成，即沿着平行四边形切割形成的2个三角体，和一个平行四边形边墙组成其基本结构。用于组合式超泄消能溢洪单元时，只需重复3个构件横向铺开。实践中，不仅结构稳固，三个组件也很好预制。复合琴键溢流堰放在堰体支座之上，呈轴线镜像对称。由于横向伸出了悬臂结构，加之正向流与侧向流混合调整，使得与下游衔接更为平顺。这一结构使本实施例适应流量的能力强，随着入流不同流量（极端致灾因子条件下暴雨流量可能比设计流量更大）的改变，陡槽段水流流态会发生转换，包括出现跌落水流、过渡水流、滑行水流，三者由于旋涡的强度不同，摩擦不同，消能效果也不一样，但总体的消能率较高。
复合琴键溢流堰和消力池的池体构成了陡槽中段的消力池，突出的悬臂结构使得消力池内下半部分水体形成顺时针的底流消能漩涡，上部水体发生水跃，掺气充分，消能率高。消力池由复合琴键溢流堰和池体组成，下部水体易形成顺时针的底流消能漩涡，上部水体发生水跃，产生良好的消能效果。
本实施例所述方法包括如下具体步骤：
水流进入溢洪道的步骤：用于水流进入溢洪道，在溢洪道进口处于经过复合琴键溢流堰，在正向三角墩和反向三角墩的作用下对水流进行导流、调流和消能，水流在进口溢流堰后产生非掺气水跌602，见图6。水流从水库中流向溢洪道，并在溢洪道的进口处经过复合琴键溢流堰，在其作用下，产生高效的溢流，相当于增加了溢流堰的水流通过能力，增大了溢流堰的宽度。
水流在陡槽中消能的步骤：用于水流进入陡槽，水流在消能台阶的作用下，成为多个小水跌，形成掺气水流603，见图6。水流在消能台阶上流动时，水舌冲出台阶时在水流的底部出现水平轴涡旋，这个水平轴涡旋对下一台阶的水流产生干扰，在水流越出下一台阶前形成一个大的水平轴涡旋，涡旋产生掺气的效果，平稳一两个台阶后再次产生类似的涡旋干扰效果，在掺气和水舌、涡旋中不断消能，如图10所示。
水流在消力池中消能的步骤：用于水流进入消力池，水流在消力池溢流堰的作用下产生水跃604，见图6，由于正向三角墩和反向三角墩的作用，对水流产生导流、调流和消能的作用，如图6、7所示。
水流流出溢洪道的步骤：用于水流经消力池后，经消力池后的消力台阶再次消能，并沿陡槽流出溢洪道。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如复合琴键溢流堰的排列方式、陡槽的形式、消力池的形式等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。