课件：第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能

第九章泄水建筑物下游的衔接与消能水力学基本要求1、了解泄水建筑物下泄水流的特点和衔接消能方式。

2、掌握底流消能的水力设计方法，会进行消能池尺寸的计算。

3、了解挑流消能的基本概念

消能动能紊动能热能势能v0ccE1ΔEE2h2v2αv222gαv122g消能原因N

＝γqΔE

＝9800×80×60＝47000000N-m/s=47000kW消能措施——底流式消能利用水跃原理，有效地控制水跃发生的位置，使下泄的高速水流通过水跃转变为缓流，通过主流在水跃区的扩散、混掺达到消能的目的。消能措施——挑流式消能下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分则在水股跌入下游冲刷坑水垫塘之后，通过水股前后两侧的水滚而消除。消能措施——面流式消能主流和河床之间由巨大的底部漩滚隔开，避免了高速主流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散、流速分布的调整以及底部漩滚主流之间的相互作用而消除。消能措施——混合式消能在戽内形成表面漩滚，主流则仍然贴着戽壁沿鼻坎挑起，形成涌浪，并向下游扩散，同时在鼻坎下产生一个反向漩滚，涌浪后面产生一个微弱的表面漩滚，即“三滚一浪”是戽流型衔接消能的典型流态。其余能主要是依靠戽内漩滚、鼻坎下底部漩滚以及涌浪后的掺气和扩散过程来消除。

列坝前断面0-0及收缩断面c-c的能量方程：

令流速系数

对矩形断面：

底流消能的水力计算收缩断面的水深计算

1、试算法

2、迭代法

第一步

第二步

第三步

是否满足精度需要，否的话重复第二步

是的话停止试验水槽中的临界水跃试验水槽中的远离水跃试验水槽中的淹没水跃水跃位置和形式对效能的影响

临界式水跃衔接

远驱式水跃衔接

淹没式水跃衔接

护坦长度

护坦长度

护坦长度

水跃淹没系数

例题1：某溢流坝为WES剖面，上、下游坝高均为10m，坝顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m，调节闸门开度，使单宽流量q=6m3/s.m，相应的下游水深ht=3.05m。试判别坝下游水跃的衔接形式。htHP1解：（1）计算hc取，第一次迭代计算第二次迭代计算第三次迭代计算所以取hc=0.42m。（2）计算临界水深hk所以水流将从急流过渡到缓流，故在溢流坝下游将产生水跃（3）判别水跃位置（水跃的衔接形式）故溢流坝下游将发生远离式水跃衔接形式控制水跃位置的措施CChthtCCht降低护坦高程，在下游形成消能池ht在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前形成消能池某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门，已知平板闸门的宽度b＝6m，闸前水深为H=4m，闸孔流量系数μ=0.45，闸门开度e=0.5m，闸底板与渠底齐平。不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。

若闸下收缩水深hc＝0.4m，下游水深ht=2.5m，判断闸后是否发生水跃？若产生水跃，判断闸下水跃衔接的形式？。

解：（1）（2）收缩断面为急流。下游断面为缓流。由急流到缓流必产生水跃。产生淹没式水跃。控制水跃位置的措施——消能池水力计算降低护坦高程所形成的消能池的水力计算CChThtC1C1△ZdLk依能量方程式消能池出口处流速系数初估池深的近似公式消能池长度Lk的计算例题2：某溢流坝为WES剖面，上、下游坝高均为10m，坝顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m，调节闸门开度，使单宽流量q=6m3/s.m，相应的下游水深ht=3.05m。试判别坝下游是否需要设置消能措施？若需要设置消能措施，且采用降低护坦式的消能池深d=1.1m时，能否满足要求？htHP1解:（一）判别下游是否需要设置消能措施同例1计算，溢流坝下游将发生远离式水跃，故需要采取工程措施，控制水跃位置。(1)计算新的收缩断面水深及其共轭水深取，第一次迭代计算C1CChTC1△ZdhtHP1（二）计算消能池深d=1.1m时，是否满足要求第二次迭代计算第三次迭代计算所以取hc1=0.404m。(2)计算d=1.1m时,△z池中跃后水深池中水跃的淹没程度（3）计算池中跃后水深及水跃的淹没程度在护坦末端修建消能坎所形成的消能池的水力计算hTCChtcLkH1H1按堰流公式计算辅助消能工溢流坝水利工程的泄流建筑物和下游消能设施消力池定义：在泄水建筑物的下游端修建挑流坎，利用下泄水流的巨大动能，将水流挑入空中，然后降落在远离建筑物的下游，主要通过入水后主流周围的强烈漩滚达到消能的目的。优点：布置简单，一般不需下游人工保护，方便经济。缺点：泄洪雾化较严重。应用：中高水头泄水建筑物大量采用。水力计算的主要任务：计算挑流射程和下游冲刷坑深度，选定合理的挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半径和挑射角。挑流消能的特点挑流消能的水力计算xyOuaL0htS挑流射程的计算挑流消能的水力计算xyOuaL1htSts挑流水下射程的计算挑流消能的水力计算冲刷坑深度1、对于砂卵石河床，估算冲刷坑深度的经验公式：ui为水舌进入下游水面时的流速；

为河床颗粒的水力粗度，即和分别为河床颗粒和冲刷坑内掺气水流的容重；d90

为河床颗粒的一个特征粒径，表示小于该粒径的颗粒重量占90%；为反映流速脉动的系数（1.5—2.0）挑流消能的水力计算

岩基状况

岩基类型

ks

值节理很发育，岩石成碎块状IV1.5—2.0节理发育，岩石成块状III1.2—1.5节理较发育，岩石成大块状II0.9—1.2节理不发育，岩石成巨块状I<1.02、对于岩石河床，估算冲刷坑深度的经验公式：z为上下游水位差；q为水舌入水单宽流量；ks

为反映岩基特性的系数（如下表）

挑坎的设计计算

反弧半径r0至少应大于反弧最低点水深hc的4倍一般