第九章泄水建筑物下游的水流銜接與消能0103

1、第第9 9章章 泄水建筑物下游的水流銜接與消能泄水建筑物下游的水流銜接與消能1 1、問題：、問題：高速下泄水流對河床的沖刷高速下泄水流對河床的沖刷2 2、任務(wù)：、任務(wù)：消除下泄水流多余的能量消除下泄水流多余的能量3 3、解決辦法：、解決辦法： 能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化底流式消能底流式消能挑流式消能挑流式消能 面流式消能面流式消能 常用消能措施：常用消能措施：1 1、底流式消能（、底流式消能（underflow energy dissipation） 2 2、挑流式消能、挑流式消能( (ski-jump energy dissipation) ) 3 3、面流式消能、面流式消能( (surface fl

2、ow energy dissipation) ) 下圖采用消能戽是一種下圖采用消能戽是一種底流和面流底流和面流結(jié)合應(yīng)用的實例。結(jié)合應(yīng)用的實例。9.1 底流消能的水力計算底流消能的水力計算主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、控制斷面水深、控制斷面水深hc的計算的計算2 2、水躍位置與形式的判別、水躍位置與形式的判別3 3、消能池的設(shè)計、消能池的設(shè)計一、控制斷面水深一、控制斷面水深hc的計算的計算1 1、推導(dǎo)：利用能量方程（、推導(dǎo)：利用能量方程（E.EE.E）2 2、計算方法：、計算方法： 試算圖解法試算圖解法 迭代計算迭代計算 查圖法查圖法P2gghgHPcccc222222002ghEccc2)(20

3、c1令令ccAQv 222222022ccccghqhgAQhE對于矩形斷面可采用查圖法：對于矩形斷面可采用查圖法：gqhk2322202cchgqhE22021cc兩邊同除以兩邊同除以hk k, ,代入上式代入上式, ,令令, ,kcckhhhE;00上式轉(zhuǎn)化為上式轉(zhuǎn)化為: :可以繪出可以繪出)(01fc的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線, ,見見附圖附圖1 1. .利用利用附圖附圖1 1求解收縮水深和躍后水深求解收縮水深和躍后水深二、水躍的位置與形式及其對消能的影響二、水躍的位置與形式及其對消能的影響 cthh cthh cthh 臨界式水躍臨界式水躍 遠(yuǎn)驅(qū)式水躍遠(yuǎn)驅(qū)式水躍 淹沒水躍淹沒水躍 平底閘孔下

4、游三種水躍銜接形式的示意圖平底閘孔下游三種水躍銜接形式的示意圖 ctjhh 10. 105. 1j三、消能池的水力計算三、消能池的水力計算 挖深式挖深式降低護坦高程；降低護坦高程；消力坎式消力坎式在護坦末端修建消力坎；在護坦末端修建消力坎；消能池的形式：消能池的形式： 降低護坦高程消力池的設(shè)計降低護坦高程消力池的設(shè)計1 1、特點：、特點：降低護坦高程；降低護坦高程；2 2、設(shè)計內(nèi)容：、設(shè)計內(nèi)容： 池深池深d d； 池度池度Lk；3 3、池深、池深d d的確定：的確定：3 3、池深、池深d d的確定：的確定：)(1zhhdtcj 2122)(1)(12cjthhgqz1cjThh 消能條件消能條

5、件zhdhtT幾何條件幾何條件gghgHt222222222111出口能量條件出口能量條件確定池深確定池深d d的步驟：的步驟：1 1、根據(jù)設(shè)計流量、根據(jù)設(shè)計流量Q Q設(shè)設(shè)，初估一個初始值初估一個初始值d1 1；2 2、計算、計算100dEE3 3、根據(jù)、根據(jù) 確定確定 和和 ；0E1ch1ch4 4、計算、計算 ；1z5 5、計算、計算 ；2d6 6、比較、比較 ； 較大時，重新假設(shè)較大時，重新假設(shè)d進行進行試算，重復(fù)步驟試算，重復(fù)步驟2 26 6，直到，直到 滿足要求。滿足要求。21,dd21dddd)(1zhhdtcj 粗略估算：粗略估算：tcjhhd 4 4、消能池長度、消能池長度Lk

6、的確定：的確定：Lk（0.70.8）Lj5 5、消能池設(shè)計流量的確定：、消能池設(shè)計流量的確定：1 1）池深設(shè)計流量的確定：）池深設(shè)計流量的確定：2 2）池長設(shè)計流量：）池長設(shè)計流量：Qhthc”h(hc”- ht)maxQdQ長長dQmax (hc”-ht)maxQ深深d93. 011) 1(8 .10FrhLjtcjhhd 在護坦末端設(shè)置消能坎所形成的消能池在護坦末端設(shè)置消能坎所形成的消能池主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、確定坎高、確定坎高c c；2 2、確定池長、確定池長Lk k；特點特點: : E0 0保持不變保持不變; ; 坎后水流的銜接坎后水流的銜接; ;1 1、坎高、坎高c的設(shè)計的設(shè)計

7、1) 1) 滿足的條件滿足的條件: :消能要求消能要求: :幾何要求幾何要求: :出池能量條件出池能量條件: : 看成折線型或曲線型實用堰看成折線型或曲線型實用堰cjThh1HchTgvHH22111102213/211)(2)2(cjshgqgmqH出池能量條件出池能量條件: :2213/211)(2)2(cjshgqgmqH坎的流量系數(shù)坎的流量系數(shù); ;45.045.0)(42.01010101HhHhHhfmssss坎后淹沒系數(shù)坎后淹沒系數(shù); ;自由出流自由出流; ;查表查表9.2; ;2) 2) c的計算步驟的計算步驟: :QdE0hchc0 . 1s42. 01mH10, H1校核校

8、核11Hhccj出流出流10Hhs45. 010Hhs45. 010Hhsdcc 1一級坎設(shè)計合理一級坎設(shè)計合理: Adcc 1試算坎高試算坎高: BA:坎后水流銜接校核，坎后水流銜接校核，cHE1001tchh1設(shè)第二級坎；設(shè)第二級坎；tchh1End；B: 試算坎高，試算坎高，1c2c202,HH20Hhs2s2320122 Hgmqs計實q實計qq實計qqdcc 2，Adcc 2，B3,cqq實計3,cqq實計2 2、消能池長、消能池長Lk的計算的計算Lk（0.70.8）Lj3 3、設(shè)計流量的確定、設(shè)計流量的確定 在不同流量范圍內(nèi)假定不同的在不同流量范圍內(nèi)假定不同的流量，確定不同流量，確

9、定不同c c，取較大值。，取較大值。 綜合式消能池綜合式消能池設(shè)計：先按坎后產(chǎn)生臨界水躍設(shè)計設(shè)計：先按坎后產(chǎn)生臨界水躍設(shè)計c，降低降低c值值，由由c c和和H H1 1確定確定d 輔助消能工輔助消能工目的：加劇擴散，紊動，混摻，目的：加劇擴散，紊動，混摻，方法：趾墩，消能墩，尾檻等方法：趾墩，消能墩，尾檻等綜合式消能池綜合式消能池消能墩消能墩 下游防護下游防護組成：護坦，海漫，組成：護坦，海漫，齒墻等齒墻等2 2、挑流式消能、挑流式消能( (ski-jump energy dissipation) ) 9.2 9.2 挑流消能的水力計算挑流消能的水力計算 主要任務(wù)是：挑坎型式，確定挑坎高程、反弧半徑和挑射角，計算挑流射程和下游沖刷坑深度。 一、挑流消能水力計算 1）挑流射程的計算2）沖坑深度的計算3）挑坎的設(shè)計 1 1）挑流射程的計算）挑流射程的計算1、射程射程 L0 的計算公式的計算公式 2211210sincos2211cossinuhhagguLttan1tshtL2、水下射程、水下射程 L1其中，其中，ts 為沖刷坑的深度。為沖刷坑的深度。 ttshqt75. 0cot175. 01sin5 . 24 .