泄水建筑物下游水流衔接和消能ppt课件

1、1010泄水建筑物下游消能防冲泄水建筑物下游消能防冲 10.2 10.2 挑流消能挑流消能 10.1 10.1 底流衔接与消能底流衔接与消能 10.3 10.3 面流消能与戽流消能面流消能与戽流消能 10.4 10.4 泄洪消能的新近展泄洪消能的新近展1010泄水建筑物下游消能防冲泄水建筑物下游消能防冲 天然河道中的水流一般多属于缓流，单宽流量沿天然河道中的水流一般多属于缓流，单宽流量沿河宽方向的分布较均匀。但当河道中修建了闸、坝等河宽方向的分布较均匀。但当河道中修建了闸、坝等泄水建筑物后，河道中流动条件发生了较大变化，下泄水建筑物后，河道中流动条件发生了较大变化，下泄水流比未建坝前的水流流速

2、大，水流能量大，泄水流比未建坝前的水流流速大，水流能量大，对下游河床具有较大破坏力。对下游河床具有较大破坏力。 特别是为节省工程造价，这类泄水建筑物的泄水宽特别是为节省工程造价，这类泄水建筑物的泄水宽度比原河床小，单宽流量加大，形成了高速水流下泄，度比原河床小，单宽流量加大，形成了高速水流下泄，能量更为集中，破坏性越大。能量更为集中，破坏性越大。v0ccE1EE2h2v2v222gv122g如图所示一个溢流坝如图所示一个溢流坝坝趾处的单位能量为：坝趾处的单位能量为： E1E1下游下游2-2 2-2 断面单位为：断面单位为： E2 E2 余能：余能： E E E1 E1 E2E2设单宽流量为：设

3、单宽流量为： q = 80 m3/s-m上下游水位差：上下游水位差： E = 60m略去流速水头，不计水头损失略去流速水头，不计水头损失则单位宽度河床上每秒应消除的能量为则单位宽度河床上每秒应消除的能量为N q E 98008060 47000000 N-m/s = 47000 kW这样巨大的能量，若不采取有效措施这样巨大的能量，若不采取有效措施淘刷河床淘刷河床冲毁河堤冲毁河堤甚至建筑物遭到破坏甚至建筑物遭到破坏 泄水建筑物下游水力设计的主要任务就是：泄水建筑物下游水力设计的主要任务就是：选择适当的消能措施，在下游较短距离内消选择适当的消能措施，在下游较短距离内消除余能，使高速水流安全转变为下

4、游正常缓除余能，使高速水流安全转变为下游正常缓流，与原河道水面正常衔接。流，与原河道水面正常衔接。v0ccE1EE2h2v2v222gv122g 常采用的衔接与消能的措施有许多种。常采用的衔接与消能的措施有许多种。 典型的有典型的有l 底流消能底流消能 （水跃消能）（水跃消能）ht消力池消力池消力坎消力坎综合消力池综合消力池l 挑流消能挑流消能l 面流消能面流消能 面流消能：面流消能： 泄水建筑物的末端做成鼻坎，使下泄水流出坝后，泄水建筑物的末端做成鼻坎，使下泄水流出坝后，射向下游水流的表面，高速水流与河底之间形成巨大的射向下游水流的表面，高速水流与河底之间形成巨大的旋滚，把水股与河床隔离，同

5、时起主要消能作用。旋滚，把水股与河床隔离，同时起主要消能作用。面流：面流： 要求下游水位变幅不要大，这种消能方式有利于漂木、要求下游水位变幅不要大，这种消能方式有利于漂木、泄冰。泄冰。主主 流流漩漩 滚滚典型的面流典型的面流主主 流流漩漩 滚滚 以下请看消力池中流态转变过程以下请看消力池中流态转变过程底流底流 这是典型的底流，从挑流鼻孔中这是典型的底流，从挑流鼻孔中下泄的水流在消力池中形成水跃，主流下泄的水流在消力池中形成水跃，主流和鼻坎之间的漩涡有助于消能。和鼻坎之间的漩涡有助于消能。下泄的主流自由面流自由面流 从鼻坎下泄的主流，在消力从鼻坎下泄的主流，在消力池中抬高，水流漩涡把主流与池中抬

6、高，水流漩涡把主流与消力池底板隔开。消力池底板隔开。自由混合流自由混合流随下游水深的升高，在主随下游水深的升高，在主流的下游，形成一个漩滚区，类流的下游，形成一个漩滚区，类似底流，在鼻坎下部也有一个漩似底流，在鼻坎下部也有一个漩涡，把主流与消力池底板隔离，涡，把主流与消力池底板隔离，是面流。是面流。淹没混合流淹没混合流 鼻坎附近形成有三个漩滚，鼻坎底下为鼻坎附近形成有三个漩滚，鼻坎底下为漩滚，上部为主流，漩滚将主流与底板隔离，漩滚，上部为主流，漩滚将主流与底板隔离，这部分属于面流。这部分属于面流。 最下游的漩滚为水跃漩滚，底流位于底最下游的漩滚为水跃漩滚，底流位于底部，这部分为底流。部，这部分

7、为底流。 最上游的漩滚标志着淹没水跃。最上游的漩滚标志着淹没水跃。淹没面流淹没面流回复底流回复底流l 消力戽消力戽l 将面流和底流消能结合起来消能工将面流和底流消能结合起来消能工“三滚一浪三滚一浪”挑流挑流临界戽流临界戽流典型戽流典型戽流淹没戽流淹没戽流回复底流回复底流 10.2 10.2 挑流消能挑流消能 10.1 10.1 底流衔接与消能底流衔接与消能 10.3 10.3 面流消能与戽流消能面流消能与戽流消能 10.4 10.4 泄洪消能的新近展泄洪消能的新近展1010泄水建筑物下游消能防冲泄水建筑物下游消能防冲10.1 10.1 底流消能底流消能 底流消能是通过水跃消能，水跃消能率和跃前

8、断面底流消能是通过水跃消能，水跃消能率和跃前断面佛劳德数有关。佛劳德数越大，水跃消能率越大。当佛劳德数有关。佛劳德数越大，水跃消能率越大。当4.5Fr19.0 为稳定水跃，消能系数为稳定水跃，消能系数 Kj = 45%70%。 可见，底流消能的效果十分显著。所以，中小型溢可见，底流消能的效果十分显著。所以，中小型溢流坝或者地质较差的各类泄水建筑物多采用底流消能。流坝或者地质较差的各类泄水建筑物多采用底流消能。这是一种基本的消能形式，我国获得广泛应用。这是一种基本的消能形式，我国获得广泛应用。 底流消能的水力计算任务：底流消能的水力计算任务： 分析建筑物下游的水流衔接形式分析建筑物下游的水流衔接

9、形式判定水跃发生的位置判定水跃发生的位置确定必要的工程措施确定必要的工程措施10.1.1 10.1.1 泄水建筑物下游收缩断面水深的计算泄水建筑物下游收缩断面水深的计算v0ccEEcv022ghc00HP1基准面基准面下图给出了一个溢流坝下游收缩断面水深计算的示意下图给出了一个溢流坝下游收缩断面水深计算的示意l 判断下游水面衔接形式判断下游水面衔接形式v0ccEEcv022ghc00HP1基准面基准面l 判断下游水面衔接形式判断下游水面衔接形式考虑上游考虑上游0-0断面和断面和c-c 断面的总水头断面的总水头gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020v0ccEEc

10、v022ghc00HP1基准面基准面l 判断下游水面衔接形式判断下游水面衔接形式考虑上游考虑上游0-0断面和断面和c-c 断面的总水头断面的总水头gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020 c1let :2202gvhEccv0ccEEcv022ghc00HP1基准面基准面gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020 c1let :2202gvhEcc对于矩形断面对于矩形断面 bhAcc22222222220222ccccccghqhhgbQhgAQhE迭代格式迭代格式: :)(cchEgqh02)(ccchhEgqh02 18122c

11、ccFrhh 查表查表10.1.2 10.1.2 水跃位置与形式水跃位置与形式下游河道中的水流多数为缓流下游河道中的水流多数为缓流, , 而而c-cc-c断面断面一般多为急流一般多为急流, , 因此，下游发生水跃水跃的位置因此，下游发生水跃水跃的位置取决于收缩断面水深和下游水深可能有三种情况。取决于收缩断面水深和下游水深可能有三种情况。第一种情况第一种情况 1ttcjchhhh 下游发生临界水跃下游发生临界水跃 v0cchcHP1htcchcht下游发生远驱式水跃下游发生远驱式水跃 下游发生远驱式水跃衔接下游发生远驱式水跃衔接1ttcjchhhh 第二种情况第二种情况1ttcjchhhh 第三

12、种情况第三种情况 下游发生淹没水跃衔接下游发生淹没水跃衔接cchcht工程中，一般采用淹没系数表示淹没的程度工程中，一般采用淹没系数表示淹没的程度 淹没系数定义为淹没系数定义为ctjhh1ctjhh远驱式水跃远驱式水跃1ctjhh 临界水跃临界水跃 1ctjhh 淹没水跃淹没水跃1ctjhh 淹没水跃淹没水跃工程设计中工程设计中101051.ctjhh 淹没水跃系数淹没水跃系数水跃稳定、消能效果好、淹没程度也不大水跃稳定、消能效果好、淹没程度也不大21.ctjhh 消能效果差消能效果差 淹没水跃的长度增加了旋滚长了）淹没水跃的长度增加了旋滚长了）10.1.3 10.1.3 控制水跃位置的工程措施控制水跃位置的工程措施当下游为远驱式水跃或临界水跃衔接时，当下游为远驱式水跃或临界水跃衔接时，为了改变这种不利的衔接形式，为了改变这种不利的衔接形式，必须加大下游水深，必须加大下游水深，使下游产生工程上希望的淹没水