第-九-章-泄水建筑物下游的水流衔接与消能

水力学第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能前进主讲:张小兵,计勇,张洁,刘慧英如下图一溢流坝，单宽流量q=80m3/sm，上下游水位差为△Z=60m，假设不计流速水头及坝面能量损耗，上下游能量差近似等于上下游水位差，即△E=60m。那么单位宽度河床上每秒钟应消除的能量为△Z选用适当的措施，在下游较短的距离内消除多余能量△E，并使高速下泄的集中水流平安地转变为下游的正常缓流。问题的提出目前常采用的三种衔接与消能措施：底流式消能：在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的外表旋滚和强烈的紊动来消除余能。挑流式消能：将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的平安。下泄水流的余能一局部在空中消散，大局部在水舌落入下游河道后被消除。面流式消能：将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床被巨大的底部旋滚隔开。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。底流式消能的水力计算泄水建筑物下游收缩断面水深的计算泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响控制水跃位置的工程措施CC泄水建筑物下游收缩断面水深的计算CCP1HEE0CC依能量方程式令流速系数那么有查表9.1对于矩形断面泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响CChththt则跃前断面恰好在收缩断面处，称为临界式水跃水跃的位置仍然取决于收缩断面水深hc的共轭水深与下游水深ht的相对大小。则跃前断面在收缩断面的下游，称为远离式水跃则跃前断面在收缩断面的上游，称为淹没式水跃水跃的淹没系数工程上采用稍有淹没的水跃,σj取值为1.05~1.10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工程措施

当建筑物下游产生远离(驱)式或临界式水跃衔接时，为了改变这种不利的衔接形式，必须采取一定的工程措施，加大建筑物下游水深。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？假设需要设置消能措施，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满足要求〔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按堰流公式计算四、消能池的辅助消能工第二节底流式衔接与消能

作用类型提高消能效率；缩短池长；减轻对池后的冲刷

趾墩(或称分流墩)消能墩（或称消力墩）

尾槛（或称连续槛）

第三节挑流消能的水力计算空中消耗了部分余能水垫消能下游局部冲刷挑流引起的雾化水滴一、挑距的计算

堰下游水流衔接与消能挑流消能的水力计算(一)空中挑距的计算

坝面的流速系数流能比第三节挑流消能的水力计算(二)水下挑距的计算

入水角二、冲刷坑的估算

第三节挑流消能的水力计算（岩基冲刷坑）第三节挑流消能的水力计算冲刷坑后坡许可的冲刷坑最大后坡时，冲刷坑不会危及坝身的安全举例三、连续式挑坎尺寸的拟定第三节挑流消能的水力计算(一)挑坎形式连续坎差动坎第三节挑流消能的水力计算(二)挑坎尺寸拟定挑角反弧半径挑坎高程等于或略低于下游最高尾水位课后小结

底流式面流式挑流式远离式临界式淹没式挖深式坎式消能的主要形式水跃衔接形式收缩断面水深的计算消能池的水力计算挑流消能的水力计算挑距冲刷坑深度冲刷后坡度返回第一节插图返回饱满水电站底流消能第一节插图返回龚嘴水电站面流消能

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