泄水建筑物下游水流的衔接与消能

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1、第九章泄水建筑物下游水流的衔接与消能9-1概述一、泄水建筑物下游的水流特征为控制水流，合理开发利用水资源等目的，在河，渠上修建水闸，堰等建筑物。修建后，往往改变水流的特征，抬高上游水位，下泄水流具有较高的速度，动能大，但由于建筑物缩了河道，增大，能量集中的总流，而下游一般为缓流，存在两种流态如何衔接，如果处理不当将会带来严重后果。因此，必须对泄水建筑物下游水流的衔接进行判断和处理，选择适当的消能方式。在下游较短距离内消除余能。下游水流衔接与消能的方式。衔接小的措施有多种，常见的为：1、底流式衔接消能当水

2、流从急流向缓流过渡时，产生水跃，产生的表面旋滚和强烈的紊动消除大量的余能，使速度急剧下降，与下游水流能良好的衔接，由于余流在底部。2、挑流式衔接与消能利用建筑物末端的跃坎，利用高进下泄水流的动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与下设水衔接。消能分为三个部分，坝面摩擦——空中扩散——水垫。适用于中高水头，q大，下游基岩完整坚硬。3.面流式衔接与消能利用建筑物末端的坎，将高速水流送入下游河道的水流表层，坎后形成尺度很大的底部漩滚，将主流与河床隔开。另外，戽流式消能，孔板式消能，竖井涡流式消能，数轴式效

3、能。以上几种是由三种基本消能型式的结合或发展。149-2底流式衔接与消能一、底流式衔接型式在泄水建筑物下游的水流一般为急流，存在一个收缩断面，水深为最小，为。且一般<,则根据下游河道水深与的相对大小，水流存在有三种水跃型式产生。(=)临界式水跃>运驱式水跃<淹没式水跃三种水跃型式，运驱式对工程最不利，因其急流段长，加固河段长，工程量大。临界式水跃位置不稳定。一般采用稍有淹没式水跃进行消能较理想。二、下游水流衔接形式判断及的计算。1、要判断水跃衔接形式，首先要计算，，。一般由河槽的水力特性或者通过Q确定。

4、只有知道即可用水跃公式求出。关键是要计算，先建立计算的基本方程。如图：以c-c底部水平线为基准，建立o-o与c-c的能量方程。图14如果c-c为矩形，则——流量系数，可根据P203表9-1查也可用经验公式来确定。高坎S——上游水位至c-c底部垂直距离30从可看出，求要解二次方程，一般可采用试算法，图解法和渐近法。试算法已知溢流坝断面形状，尺寸，，Q和时。用试算。设计算，如等于，则为所求，否则重设。2.逐次渐近法14将设为1)令=0求；2)将代入求;3)再将代入求，基本相等。例P2059-1矩形断面可用图

5、解法，，，三.消力池的水力计算当判断泄水建筑物下游发生临界式或远离式水跃，则就要采取工程措施，使水跃变为有一定淹没深度的淹没水跃，使泄水建筑物下游发生淹没的关键是增大下游水深，增大的方法有三种：江堤护坝高程，形成消力池，挖深式消力池护坝末端建一道低坎，形成消力池，消力坎消力池。综合式消力池一)挖深式消力池的水力计算1、主要确定消力池的d和当将下游河挖深后，深度为d,形成消力池。池内水力现象如图所示：14由于水流竖向收缩，A下降，上升，形成一水面跌落DZ，其水流特性与宽顶堰相似挖深后，池末水深要保证池中发

6、生稍有淹没的水跃，则—反映水跃淹没程度的淹没系数=1.05~1.10则：，——挖深后的共轭水深。Dz由消力池出口断面1-1和下游断面2-2建能方。以2-2底部水平面为基准面推得将代入14——消力池出口的流速系数，一般=0.95挖深后，在利用计算池深d时，式中式挖深后的对应的跃后水深，挖深后，变为——挖深后的，因此要确定d需知，而又与d有关，二者之间存在复杂的隐函数关系，所以确定d一般用试算法。其试算步骤为：1）估算池深d。当中小型工程，根据下游河道流速（式中为挖深前的值。）v<3m/s14v>3m/s2

7、）计算建池后的，需计算建池后的具体计算方法同挖深前相同3）计算Dz,建池后的代入4）验证若=1.05~1.10的范围，则d满足要求，否则重设。2.消力池长度的计算。修建消力池应保证水跃在消力池中发生，但过长，则增加建筑费用，一般计算：——从堰坎到收缩断面的距离。——消力池内的水跃长度，受消力池池壁的影响，水跃长度比平底渠道中产生的自由水跃长度短20%~30%二).消力坎，消力池的水力计算。14当下游河床不易开挖或开挖不经济时，可在护坝末端修建消力坎，中型高坎前水位形成消力池，发生淹没或水跃，其水流现象基

8、本与挖深式消力池相同，不同之处，出池水流不是宽顶堰，而是折线型实用堰。图坎前水深：式中——不含的坎上水头，由堰流公式求出。m——消力坎流量系数，一般为折线型，估算时m=0.42——消力坎淹没系数，大小与实验证明：当为非淹没堰流。淹没堰流。14查表由查表9-2。注意：如果消力坎为非淹没堰，则应校核后的衔接情况，若仍为临界或者远离式水跃衔接，需设二级消力坎，或采取其他消能措施，消力坎流速系数=0.9~6.95。计算时，当为非淹没溢流，即为所求消