水利課件10泄水建筑物下游水流銜接與消能

1、1010泄水建筑物下游消能防沖泄水建筑物下游消能防沖 10.2 10.2 挑流消能挑流消能 10.1 10.1 底流銜接與消能底流銜接與消能 10.3 10.3 面流消能與戽流消能面流消能與戽流消能 10.4 10.4 泄洪消能的新近展泄洪消能的新近展1010泄水建筑物下游消能防沖泄水建筑物下游消能防沖 天然河道中的水流一般多屬于緩流，單寬流量沿天然河道中的水流一般多屬于緩流，單寬流量沿河寬方向的分布較均勻。但當河道中修建了閘、壩等河寬方向的分布較均勻。但當河道中修建了閘、壩等泄水建筑物后，河道中流動條件發(fā)生了較大變化，下泄水建筑物后，河道中流動條件發(fā)生了較大變化，下泄水流（比未建壩前的水流）

2、流速大，水流能量大，泄水流（比未建壩前的水流）流速大，水流能量大，對下游河床具有較大破壞力。對下游河床具有較大破壞力。 特別是為節(jié)省工程造價，這類泄水建筑物的泄水寬特別是為節(jié)省工程造價，這類泄水建筑物的泄水寬度比原河床小，單寬流量加大，形成了高速水流下泄，度比原河床小，單寬流量加大，形成了高速水流下泄，能量更為集中，破壞性越大。能量更為集中，破壞性越大。v0cce1ee2h2v2v222gv122g如圖所示一個溢流壩如圖所示一個溢流壩壩趾處的單位能量為：壩趾處的單位能量為： e e1 1下游下游2-2 2-2 斷面單位為：斷面單位為： e e2 2 余能：余能： e e e e1 1 e e2

3、 2設單寬流量為：設單寬流量為： q = 80 m3/s-m上下游水位差：上下游水位差： e = 60m略去流速水頭，不計水頭損失略去流速水頭，不計水頭損失則單位寬度河床上每秒應消除的能量為則單位寬度河床上每秒應消除的能量為n q e 98008060 47000000 n-m/s = 47000 kw這樣巨大的能量，若不采取有效措施這樣巨大的能量，若不采取有效措施淘刷河床淘刷河床沖毀河堤沖毀河堤甚至甚至建筑物遭到破壞建筑物遭到破壞 泄水建筑物下游水力設計的主要任務就是：泄水建筑物下游水力設計的主要任務就是：選擇適當?shù)南艽胧?，在下游較短距離內(nèi)消選擇適當?shù)南艽胧谙掠屋^短距離內(nèi)消除余能，使

4、高速水流安全轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠握＞彸嗄?，使高速水流安全轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠握＞徚?，與原河道水面正常銜接。流，與原河道水面正常銜接。v0cce1ee2h2v2v222gv122g 常采用的銜接與消能的措施有許多種。常采用的銜接與消能的措施有許多種。 典型的有典型的有l(wèi) 底流消能底流消能 （水躍消能）（水躍消能）ht消力池消力池消力坎消力坎綜合消力池綜合消力池l 挑流消能挑流消能l 面流消能面流消能 面流消能：面流消能： 泄水建筑物的末端做成鼻坎，使下泄水流出壩后，泄水建筑物的末端做成鼻坎，使下泄水流出壩后，射向下游水流的表面，高速水流與河底之間形成巨大的射向下游水流的表面，高速水流與河底之間形成巨大的旋滾，

5、把水股與河床隔離，同時起主要消能作用。旋滾，把水股與河床隔離，同時起主要消能作用。面流：面流： 要求下游水位變幅不要大，這種消能方式有利于漂木、要求下游水位變幅不要大，這種消能方式有利于漂木、泄冰。泄冰。主主 流流漩漩 滾滾典型的面流典型的面流主主 流流漩漩 滾滾 以下請看消力池中流態(tài)轉(zhuǎn)變過程以下請看消力池中流態(tài)轉(zhuǎn)變過程底流底流 這是典型的底流，從挑流鼻孔中這是典型的底流，從挑流鼻孔中下泄的水流在消力池中形成水躍，主流下泄的水流在消力池中形成水躍，主流和鼻坎之間的漩渦有助于消能。和鼻坎之間的漩渦有助于消能。下泄的主流自由面流自由面流 從鼻坎下泄的主流，在消力從鼻坎下泄的主流，在消力池中抬高，水

6、流漩渦把主流與池中抬高，水流漩渦把主流與消力池底板隔開。消力池底板隔開。自由混合流自由混合流隨下游水深的升高，在主隨下游水深的升高，在主流的下游，形成一個漩滾區(qū)，類流的下游，形成一個漩滾區(qū)，類似底流，在鼻坎下部也有一個漩似底流，在鼻坎下部也有一個漩渦，把主流與消力池底板隔離，渦，把主流與消力池底板隔離，是面流。是面流。淹沒混合流淹沒混合流 鼻坎附近形成有三個漩滾，鼻坎底下為鼻坎附近形成有三個漩滾，鼻坎底下為漩滾，上部為主流，漩滾將主流與底板隔離，漩滾，上部為主流，漩滾將主流與底板隔離，這部分屬于面流。這部分屬于面流。 最下游的漩滾為水躍漩滾，底流位于底最下游的漩滾為水躍漩滾，底流位于底部，這部

7、分為底流。部，這部分為底流。 最上游的漩滾標志著淹沒水躍。最上游的漩滾標志著淹沒水躍。淹沒面流淹沒面流回復底流回復底流l 消力戽消力戽 將面流和底流消能結合起來消能工將面流和底流消能結合起來消能工“三滾一浪三滾一浪”挑流挑流臨界戽流臨界戽流典型戽流典型戽流淹沒戽流淹沒戽流回復底流回復底流 10.2 10.2 挑流消能挑流消能 10.1 10.1 底流銜接與消能底流銜接與消能 10.3 10.3 面流消能與戽流消能面流消能與戽流消能 10.4 10.4 泄洪消能的新近展泄洪消能的新近展1010泄水建筑物下游消能防沖泄水建筑物下游消能防沖10.1 10.1 底流消能底流消能 底流消能是通過水躍消能

8、，水躍消能率和躍前斷面底流消能是通過水躍消能，水躍消能率和躍前斷面佛勞德數(shù)有關。佛勞德數(shù)越大，水躍消能率越大。當佛勞德數(shù)有關。佛勞德數(shù)越大，水躍消能率越大。當4.5fr19.0 為穩(wěn)定水躍，消能系數(shù)為穩(wěn)定水躍，消能系數(shù) kj = 45%70%。 可見，底流消能的效果十分顯著。所以，中小型溢可見，底流消能的效果十分顯著。所以，中小型溢流壩或者地質(zhì)較差的各類泄水建筑物多采用底流消能。流壩或者地質(zhì)較差的各類泄水建筑物多采用底流消能。這是一種基本的消能形式，我國獲得廣泛應用。這是一種基本的消能形式，我國獲得廣泛應用。 底流消能的水力計算任務：底流消能的水力計算任務： 分析建筑物下游的水流銜接形式分析建

9、筑物下游的水流銜接形式判定水躍發(fā)生的位置判定水躍發(fā)生的位置確定必要的工程措施確定必要的工程措施10.1.1 10.1.1 泄水建筑物下游收縮斷面水深的計算泄水建筑物下游收縮斷面水深的計算v0cceecv022ghc00hp1基準面基準面下圖給出了一個溢流壩下游收縮斷面水深計算的示意下圖給出了一個溢流壩下游收縮斷面水深計算的示意l 判斷下游水面銜接形式判斷下游水面銜接形式v0cceecv022ghc00hp1基準面基準面l 判斷下游水面銜接形式判斷下游水面銜接形式考慮上游考慮上游0-0斷面和斷面和c-c 斷面的總水頭斷面的總水頭gvhgvgvheccccccc2222220)(gvhpe2200

10、20v0cceecv022ghc00hp1基準面基準面l 判斷下游水面銜接形式判斷下游水面銜接形式考慮上游考慮上游0-0斷面和斷面和c-c 斷面的總水頭斷面的總水頭gvhgvgvheccccccc2222220)(gvhpe220020 c1let :2202gvheccv0cceecv022ghc00hp1基準面基準面gvhgvgvheccccccc2222220)(gvhpe220020 c1let :2202gvhecc對于矩形斷面對于矩形斷面 bhacc22222222220222ccccccghqhhgbqhgaqhe迭代格式迭代格式: :)(cchegqh02)(ccchhegqh

11、02 18122cccfrhh 查表查表10.1.2 10.1.2 水躍位置與形式水躍位置與形式下游河道中的水流多數(shù)為緩流下游河道中的水流多數(shù)為緩流, , 而而c-cc-c斷面斷面一般多為急流一般多為急流, , 因此，下游發(fā)生水躍水躍的位置因此，下游發(fā)生水躍水躍的位置取決于收縮斷面水深和下游水深可能有三種情況。取決于收縮斷面水深和下游水深可能有三種情況。第一種情況第一種情況 1ttcjchhhh 下游發(fā)生臨界水躍下游發(fā)生臨界水躍 v0cchchp1htcchcht下游發(fā)生遠驅(qū)式水躍下游發(fā)生遠驅(qū)式水躍 下游發(fā)生遠驅(qū)式水躍銜接下游發(fā)生遠驅(qū)式水躍銜接1ttcjchhhh 第二種情況第二種情況1ttc

12、jchhhh 第三種情況第三種情況 下游發(fā)生淹沒水躍銜接下游發(fā)生淹沒水躍銜接cchcht工程中，一般采用淹沒系數(shù)表示淹沒的程度工程中，一般采用淹沒系數(shù)表示淹沒的程度 淹沒系數(shù)定義為淹沒系數(shù)定義為ctjhh1ctjhh遠驅(qū)式水躍遠驅(qū)式水躍1ctjhh 臨界水躍臨界水躍 1ctjhh 淹沒水躍淹沒水躍1ctjhh 淹沒水躍淹沒水躍工程設計中工程設計中101051.ctjhh 淹沒水躍系數(shù)淹沒水躍系數(shù)水躍穩(wěn)定、消能效果好、淹沒程度也不大水躍穩(wěn)定、消能效果好、淹沒程度也不大21.ctjhh 消能效果差消能效果差 淹沒水躍的長度增加了（旋滾長了）淹沒水躍的長度增加了（旋滾長了）10.1.3 10.1.3

13、 控制水躍位置的工程措施控制水躍位置的工程措施當下游為遠驅(qū)式水躍或臨界水躍銜接時，當下游為遠驅(qū)式水躍或臨界水躍銜接時，為了改變這種不利的銜接形式，為了改變這種不利的銜接形式，必須加大下游水深，必須加大下游水深，使下游產(chǎn)生工程上希望的淹沒水躍使下游產(chǎn)生工程上希望的淹沒水躍主要有下列兩種工程措施主要有下列兩種工程措施l 降低護坦高程，使下游形成消能池降低護坦高程，使下游形成消能池降低護坦高程降低護坦高程htdlkl 在護坦末端修建消能坎，使坎前形成消能池在護坦末端修建消能坎，使坎前形成消能池下游修建消能坎下游修建消能坎cchchtclkl 上述兩種措施，降低護坦高程，并修建消能坎上述兩種措施，降低

14、護坦高程，并修建消能坎 肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/d 既 脝?窗? 兡薊癟鑳 d?兗? t 穃$0嬅7d胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hd j o?3葏蓇 3繼傘銨? 3覌耺 缻d?b凓du鞁 ?v悏鰒鸖 卯嬺嬝擛吚憢 塒鼢 媀 ?塧x b ?6?鏃p?塓 =?輧棵廤uq嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 s ;聈 %讖蚩魅婥? f ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gz_摞?跌u孄?餽p嬑 jk萘秣?k賢wb#u 媜 7w兀?)鱱h秒?y? 麐z 蟏?=?傉噲?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙 ;鹵?y%惢_?&嬟嬸侢 ?s? v鄟?佹

15、饟 j oh?v 孁?3黷#嬘胳幥 i鳻聾茓 p$ ?荱嬞稠- j 纉 焗豒m?u馫vi)h纞潈; 矸?撳塋!魄舩?屗塗$9鑺 鋰?艍)?婋q浣=鼖s顆f嬈 ?2w聟f(xié)+w?:脄汄y賰亥i?p礪?wa 飛;z厬 圪?呂z?拶?騚咡譪 4#漲?鞗籽?菮=pm櫶k?卌蠑?q駜6項縠餗q鷹|u鬨潷歒?淬盭睟覙6u姮?m+/l!ol 諉:?5?磐嵸?錺潗 t?鈪醞3h袳 牒 唣?罐cb? 捓鐒k 挭鑈p衈聮嗌 蜞敏?l 孰pb潉?潕肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =m 痞 ?(瘣滸?( h?棧哐鋃$*?z 3蓚w 傯= %u旄 冏?塧 ?腦?u zyy h?w鵓?鎂+x脲燴哠k?q 梽桃 羀徬 ? w?

16、 錭x?c?e ?gei鎃+, nit噈鲃 c ?u锳 9 硄 輕儍l8踇縎; w岐?u rh ?wx鵛 8 吷y 兞 戀w 六 堲?-猴w兂.+嬼? 墎 娮 ?嗠鸊gij倭r j ?侜!?u?唻蕛? 凓 | ? 縖鴰嬔r 責 | a伾 鼐*?% 磣嬓冴 苻 高 hv霼?m | 兪 t?4撠 ? 聝 ?飌z0?t蕞筍訌?3 髀続c?p? t 壉鄪mr +?p ; 8齚 p 蕞驅(qū)_嬝3? ?%?佝較#?u 嬻芺婩 *?莀x _ ? 萄阯k詴qm? x拱曃 ?鳡?+腰 +?艃? ?u? 葭?橗?岶 %媗祆 ?呿祴?峙 % ms?叫篂?x ?$ ?f笂 斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥? 呉坡y詢生蓯籀 塡塠= ?鬋 昆?sz ?|_)5隠瑾.觠0峗e ?王?謷呻 u?蓌 x0 ?艣專 ?u?v=zt望 ?v ;3蒛h8#?d?z痣w兠 兯凔?黃t