水力學：泄水建筑物下游的水流銜接與消能課件

第九章9.1概述9.2底流消能9.3挑流消能9.4面流消能如圖所示一溢流壩，單寬流量q=80m3/sm，上下游水位差為△Z=60m，若不計流速水頭及壩面能量損耗，上下游能量差近似等于上下游水位差，即△E=60m。那么單位寬度河床上每秒鐘應消除的能量為選用適當?shù)拇胧?，在下游較短的距離內消除多余能量△E，并使高速下泄的集中水流安全地轉變?yōu)橄掠蔚恼＞徚鳌?.1概述11目前常采用的三種銜接與消能措施：底流式消能：在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水躍發(fā)生的位置，通過水躍產(chǎn)生的表面旋滾和強烈的紊動來消除余能。挑流式消能：將水流挑射至遠離建筑物的下游，使下落水舌對河床的沖刷不會危及建筑物的安全。下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除。面流式消能：將下泄的高速水流導向下游水流的上層，主流與河床被巨大的底部旋滾隔開。余能主要通過水舌擴散，流速分布調整及底部旋滾與主流的相互作用而消除。底流消能：采取工程措施將水躍控制在建筑物附近，利用水躍旋滾區(qū)中水流的強烈紊動消能。特點：能適應較大范圍的能量和水位變動，具有消能效率高、水流形態(tài)穩(wěn)定、下游沖刷較小、霧化問題較輕、適用于各種地基條件。葛洲壩底流消能9.2底流消能泄水建筑物下游水躍的位置及其對消能的影響CChththt則躍前斷面恰好在收縮斷面處，稱為臨界式水躍水躍的位置取決于收縮斷面水深hc0的共軛水深與下游水深ht的相對大小。則躍前斷面在收縮斷面的下游，稱為遠離式水躍則躍前斷面在收縮斷面的上游，稱為淹沒式水躍水躍的淹沒系數(shù)工程上采用稍有淹沒的水躍,σ’取值為1.05~1.10對壩前斷面1和收縮斷面c-c列能量方程：令，T為有效水頭，T0為有效總水頭，則一、收縮斷面水深的計算對于矩形斷面河渠，，則上式為收縮斷面水深hc0的三次方程，用試算法求解。一、收縮斷面水深的計算消力池：適用于中低水頭及地質條件較差時的泄水建筑物的消能。消力墻：適用于中低水頭且地質條件相對較好、開挖較困難時的泄水建筑物的消能。綜合式消力池：適用范圍較廣這些消能措施統(tǒng)稱為消能工。消能工水力計算的主要任務是計算消力池的池深和消力墻的高度以及消力池的長度。二、消能工的水力計算①下游河床水深ht如有實測的水文資料，可根據(jù)給定的流量查得否則，近似按明渠均勻流求正常水深的方法計算（一）消力池的水力計算③臨界水躍的躍后水深hc02根據(jù)挖池后的收縮斷面水深hc0用水躍共軛水深的公式求得。用試算法求解。(2)池長l的計算lj為自由水躍的長度對于有垂直跌坎的寬頂堰：l0為跌坎壁到收縮斷面的距離。對于曲線型實用堰，l0=0消能池設計流量的選擇：消能工要在某個流量范圍內都能滿足消能需要。因此，需要選擇一個合適的流量作為設計消力池尺寸的設計流量。以池深d最大時的流量作為消力池的設計流量Qd。設計流量的確定實踐證明，消力池深度的設計流量并不一定是建筑物所通過的最大流量。設計流量的確定例1一修筑于矩形斷面河道中的溢流壩，已知壩頂高程、河床高程、上下游水位，溢流面長度中等，通過溢流壩的單寬流量q=11.3m2/s。試判別壩下游是否要做消能工。如要做消能工，則進行消力池的水力計算。解：(1)判別下游是否要做消能工(2)用試算法計算消力池池深假設一個hc0，？(3)計算消力池池長對于曲線型實用堰，（二）消力墻的水力計算例10.2按例10.1中所給的溢流壩，如下游采用消力墻消能，試進行消力墻的水力計算（消力墻的流量系數(shù)=0.4）。解：(1)計算消力墻高度s用進行試算。例10.1已求得hc02=5.45m(2)計算消力池長度（三）綜合式消力池的水力計算為了便于計算，先求出保證池中及墻后產(chǎn)生臨界水躍時的墻高s0和池深d0。(1)求s0令，用水躍方程求出h1(2)求d0實際采用的池深d比d0略大，墻高s比s0略?。ㄈ┚C合式消力池的水力計算三峽泄洪小浪底泄洪

白山水電站9.3挑流消能挑距：挑坎末端到?jīng)_刷坑最深點間的水平距離，由空中挑距L0和水下挑距L1組成?？罩刑艟啵禾艨材┒酥了噍S線與下游水面交點間的水平距離。水下挑距：挑坎末端至沖刷坑最深點間的水平距離9.3挑流消能1.空中挑距L0的計算z為上下游水位差，s為上游水面至坎頂?shù)木嚯x，h為壩頂水股的厚度。2.水下挑距L1的計算hp為沖坑水深，b為水舌入水角。9.3挑流消能挑角α我國所建成的一些大、中型工程中，挑角一般在15°~30°。高挑坎取較小值，低挑坎或單寬流量大、落差較小時取較大值。反弧半徑R根據(jù)實踐經(jīng)驗，反弧半徑R至少應大于反弧段最低點處水深hc的4倍，一般設計時多采用R=(4~10)hc。9.3挑流消能挑坎高程工程設計中挑坎高程不能太低，一般鼻坎需高出下游最高水位1~2m。挑流沖刷的深度對于巖基沖刷坑，T為沖刷坑深度（由河床面至坑底）；z為上、下游水位差；ht