水力学-消能复习进程.ppt

《水力学-消能复习进程.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第10章泄水建筑物下游水流的衔接与消能10.1概述天然河道中的水流一般多属于缓流，水流流量沿河宽方向的分布较均匀。但河道中修建了闸、坝等泄水建筑物后，水流条件必然会发生较大变化，从而引起一系列水力学问题。下泄水流的特点如下：1.建坝后的水头也增加,下泄水流（比未建坝前的水流）流速增大，即流速高；2.建坝时，为节省工程造价，使泄水建筑物的泄水宽度比原河床宽度小，使泄水时的单宽流量加大，即水流集中。泄水时形成的高速集中水流，破坏性大，对下游河床具有较大的破坏力。拱坝坝身挑流消能（二滩原型）工程中常采用的衔接与消能方式按照泄出水流与尾水及河床的相对位置，可以将常

2、见的衔接消能方式分为如下三种基本形式。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。(新安江水库)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(富春江水库)。水利工程中有时

3、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。新安江水库新安江水库位于钱塘江上游新安江主流上，是为建设新安江发电站而造成的大型水库，也是杭州市面积最大的水体。千岛湖即新安江水库，是新安江水电站建成蓄水后形成的人工湖富春江水利枢纽富春江水电站位于浙江省桐庐县钱塘江上游富春江上，坝址在七里垅峡口故又称七里垅水电站。上距新安江水电站约60公里，下距杭州市110余公里。地理位置优越，又有新安江大型水库进行调节，两电站联合运行，为华东电网提供了大量的电力。水库为日调节，总库容9.2亿米3。电站以发电为主，并可改善航运，

4、发展灌溉及养殖事业等综合效益。挑流、底流、面流消能的优缺点工程实际中，消能方式的选择是一个十分复杂的问题，必须结合具体工程，兼顾水力、地形、地质及应用条件进行综合分析选定。上述三种消能型式的优缺点如下：底流消能优点：水跃稳定，安全可靠，消能效果好，下游水面波动小。缺点：消力地的工程量大，增加工程造价。挑流消能优点：节约护坦工程，可降低造价，消能效果好。缺点：空中雾气大，尾水波动大，要求下游河床抗冲能力强。面流消能优点：主流在表面，底部流速小，不易冲刷河床，有利于漂木、漂冰和宣泄其他漂浮物。缺点：水流衔接形式复杂多变，不易控制。下游水面波动很大，两岸易遭冲刷

5、，有碍航运及水轮机工作。简单的水跃式消力池适用于超过10m或者是水头差在30m到50m之间的情况在10到30m水头差范围，消力墩将会增强水跃,造成一个较小的消力池，从而节约了建筑造价。超过30m的水头差后，空化和剥蚀的破坏就会变得显著起来。超过50m以后，很多简单的消力池已经失去作用，而一些自由射流或挑流鼻坎的布置或许比较好。挑流鼻坎型式挑流鼻坎型式有连续式和差动式两种。连续式鼻坎设施简单，不易气蚀，在相同水力条件下，挑距比差动式稍远，但水舌较集中，空中扩散较差，对河床冲刷较深。在挑流鼻坎内设置通气孔主要是为了避免挑流时高水流带走水舌下面的空气而形成真空，

6、影响挑射距离。挑流鼻坎为什么容易被破坏？泄水建筑在泄洪时，挑流鼻坎表面要承受高速水流的冲刷，磨损很大。而许多工程因施工等原因，挑流鼻坎表面不平整，混凝土强度及耐磨达不到设计要求，经常造成鼻坎表面混凝土脱落，钢筋裸露，影响工程正常运行。10.2底流式衔接与消能10.2.1泄水建筑物下游收缩断面水深的计算列坝前断面0-0及收缩断面c-c的能量方程：令，T为有效水头，T0称为有效总水头，则有令流速系数则有将(Ac0为收缩断面面积)代入上式对于矩形断面河渠泄水建筑物的流速系数值试算法求解：已知T0，Q及河渠断面形状，在选定值后，可假定一个hc0值，则由上式右端可以

7、算得某一数值，若恰好等于已知的T0，则所设的hc0即为所求，若不等，再假定hc0值进行试算，直到相等为止。注意：上式为一个三次方程，可以有三个根，而符合实际情况的是小于临界水深hc的那一个hc0值，因此，代入试算的hc应小于同一流量的临界水深。水跃的淹没程度用水跃淹没系数表示：工程中常采用淹没系数为的淹没水跃泄水建筑物下游水跃发生的位置不同可分为临界式水跃、远离式水跃和淹没式水跃三种形式。从水跃发生的位置、水跃的稳定性以及消能效果等方而综合考虑，采用稍有淹没的淹没水跃进行衔接与消能较为适宜。10.2.2消能工的水力计算当泄水建筑物下游出现远离式水跃时，需采

8、取一定的工程措施，通过增加下游水深，使之形成稍有淹没的淹没式水跃，