泄水建筑物下游的水流衔接与消能课件.pptxVIP

泄水建筑物下游的水流衔接与消能

天然河道中水流一般属缓流，但当河道中修建了闸、坝等泄水建筑物后，下泄水流往往具有很高的流速，单位总量水体所具有的能量也比下游河道中水流的正常比能大得多，对下游河床具有明显的破坏能力。

设溢流坝的单宽流量

上下游水位差

;常采用的衔接与消能措施，大致有下列三种类型：

1、底流式消能

就是在建筑物下游采取

一定的工程措施，控制水跃

发生的位置，通过水跃产生

的表面旋滚和强烈的紊动以

达到消能的目的。;2、挑流式消能

利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导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安全。;3、面流式消能

当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷。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。;水利工程中有时需结合具体工程的需要，将三种消能方式结合应用。下图采用消能戽就是一种底流和面流结合应用的实例。;9.1底流消能的水力计算

泄水建筑物下游收缩断面水深的计算

以通过收缩断面底部的水平面为基准面，列出坝前断面0－0及收缩断面c－c的能量方程式，可得

由图可以看出

;令流速系数则

以代入上式得

对于矩形断面，。取单宽流量计算，则

;泄水建筑物下游水跃的位置与形式及其对消能的影响

水跃的位置决定于坝趾收缩断

面水深的共轭水深与下游水

深的相对大小。可能出现下列

三种情况

第一种情况：＝

第二种情况：＜

第三种情况：＞

;平底闸孔下游三种水跃衔接形式的示意图

;控制水跃位置的工程措施－消能池的水力计算

加大下游水深的工程措施，主要有下列两种：

（1）降低护坦高程，使在下游形成消能池；

（2）在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前形成消能池。

;1、降低护坦高程所形成的消能池

(1)消能池深度d的计算

消能池内的水深应为

式中：为水跃的淹没系数，一般取；

为护坦高程降低后收缩水深的跃后水深。;消能池内的水深hT为

确定消能池深度d的计算公式

略去，并用护坦降低前收缩断面水深的共轭水深代替。可得到粗略估算池深的近似公式;（2）消能池长度LK的计算

式中，为平底渠道中的自由水跃长度。

（3）消能池设计流量的选择

池深d是随增大而增加。所以，可以认为，相当于为最大时的流量即为池深的设计流量。

;9.2挑流消能的水力计算

挑流消能的优点是节约下游护坦，构造简单，便于维修；缺点是雾气大，尾水波动大。

挑流消能水力计算的主要任务是：按已知的水力条件选定适宜的挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半径和挑射角，计算挑流射程和下游冲刷坑深度。

;挑流射程的计算

1、射程L0的计算公式

式中：a为坎高，即下游河床至挑坎顶部的高差；ht为冲刷坑后的下游水深；h1为1－1断面的水深。;2、水下射程L1

其中，ts为冲刷坑的深度。

冲刷坑深度的估算

1、对于砂卵石河床，冲刷坑深度可用下式计算：

;式中：ts为冲刷坑深度，m；ht为冲刷坑后的下游水深，m；为反映流速脉动的某一系数值，可取1.5~2.0；

为水舌进入下游水面的流速（单位为m/s）

2、对于岩石河床，计算冲刷坑深度的经验公式为

式中：ts为冲刷坑深度，m；z为上下游水位差，m；ht为冲刷坑后的下游水深，m；q为单宽流量，；;挑坎型式及尺寸的选择

常用的挑坎有连续式和差动式。;采用较多的是连