泄水建筑物

第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能9.2水流的衔接形式与消能方式9.3收缩断面水深的计算9.4底流型衔接与消能第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能9.1概述天然河道中的水流一般多属于缓流，单宽流量沿河宽方向的分布较均匀。但当河道中修建了闸、坝等泄水建筑物后，河道中流动条件发生了较大变化，下泄水流（比未建坝前的水流）流速大，水流能量大，对下游河床具有较大破坏力。特别是为节省工程造价，这类泄水建筑物的泄水宽度比原河床小，单宽流量加大，形成了高速水流下泄，能量更为集中，破坏性越大。9.1概述v0ccE1ΔEE2h2v2αv222gαv122g如图所示一个溢流坝坝趾处的单位能量为：E1下游2-2断面单位为：E2余能：ΔE＝E1－E2设单宽流量为：q=80m3/s-m上下游水位差：ΔE=60m略去流速水头，不计水头损失则单位宽度河床上每秒应消除的能量为N＝γqΔE＝9800×80×60＝47000000N-m/s=47000kW这样巨大的能量，若不采取有效措施淘刷河床冲毁河堤甚至建筑物遭到破坏泄水建筑物下游水力设计的主要任务就是：选择适当的消能措施，在下游较短距离内消除余能，使高速水流安全转变为下游正常缓流，与原河道水面正常衔接。v0ccE1ΔEE2h2v2αv222gαv122g9.2水流的衔接形式与消能方式常采用的衔接与消能的措施有许多种。典型的有底流消能（水跃消能）ht消力池消力坎综合消力池挑流消能面流消能面流消能：泄水建筑物的末端做成鼻坎，使下泄水流出坝后，射向下游水流的表面，高速水流与河底之间形成巨大的旋滚，把水股与河床隔离，同时起主要消能作用。面流：要求下游水位变幅不要大，这种消能方式有利于漂木、泄冰。主流漩滚典型的面流主流漩滚以下请看消力池中流态转变过程底流这是典型的底流，从挑流鼻孔中下泄的水流在消力池中形成水跃，主流和鼻坎之间的漩涡有助于消能。下泄的主流自由面流从鼻坎下泄的主流，在消力池中抬高，水流漩涡把主流与消力池底板隔开。自由混合流随下游水深的升高，在主流的下游，形成一个漩滚区，类似底流，在鼻坎下部也有一个漩涡，把主流与消力池底板隔离，是面流。淹没混合流鼻坎附近形成有三个漩滚，鼻坎底下为漩滚，上部为主流，漩滚将主流与底板隔离，这部分属于面流。最下游的漩滚为水跃漩滚，底流位于底部，这部分为底流。最上游的漩滚标志着淹没水跃。淹没面流回复底流消力戽将面流和底流消能结合起来消能工“三滚一浪”挑流临界戽流典型戽流淹没戽流回复底流9.3收缩断面水深的计算泄水建筑物下游收缩断面水深的计算v0ccEEcαv022ghc00HP1基准面下图给出了一个溢流坝下游收缩断面水深计算的示意判断下游水面衔接形式v0ccEEcαv022ghc00HP1基准面判断下游水面衔接形式考虑上游0-0断面和c-c断面的总水头gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020v0ccEEcαv022ghc00HP1基准面判断下游水面衔接形式考虑上游0-0断面和c-c断面的总水头gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020c1let:2202gvhEccv0ccEEcαv022ghc00HP1基准面gvhgvgvhEccccccc2222220)(gvHPE220020c1let:2202gvhEcc对于矩形断面bhAcc22222222220222ccccccghqhhgbQhgAQhE迭代格式:)(cchEgqh02)(ccchhEgqh02]181[22cccFrhh查表底流消能是通过水跃消能，水跃消能率和跃前断面佛劳德数有关。佛劳德数越大，水跃消能率越大。当4.5＜Fr1＜9.0为稳定水跃，消能系数Kj=45%—70%。可见，底流消能的效果十分显著。所以，中小型溢流坝或者地质较差的各类泄水建筑物多采用底流消能。这是一种基本的消能形式，我国获得广泛应用。9.4底流型衔接与消能底流消能的水力计算任务：分析建筑物下游的水流衔接形式判定水跃发生的位置确定必要的工程措施一、水跃位置与形式下游河道中的水流多数为缓流,而c-c断面一般多为急流,因此，下游发生水跃水跃的位置取决于收缩断面水深和下游水深可能有三种情况。第一种情况1ttcjchhhh下游发生临界水跃v0cchcHP1htcchcht下游发生远驱式水跃下游发生远驱式水跃衔接1ttcjchhhh第二种情况1ttcjchhhh第三种情况下游发生淹没水跃衔接cchcht工程中，一般采用淹没系数表示淹没的程度淹没系数定义为ctjhh1ctjhh远驱式水跃1ctjhh临界水跃1ctjhh淹没水跃1ctjhh淹没水跃工程设计中101051.~.ctjhh淹没水跃系数水跃稳定、消能效果好、淹没程度也不大21.ctjhh消能效果差淹没水跃的长度增加了（旋滚长了）二、控制水跃位置的工程措施当下游为远驱式水跃或临界水跃衔接时，为了改变这种不利的衔接形式，必须加大下游水深，使下游产生工程上希望的淹没水跃主要有下列两种工程措施降低护坦高程，使下游形成消能池降低护坦高程htdLk在护坦末端修建消能坎，使坎前形成消能池下游修建消能坎cchchtCLk上述两种措施，降低护坦高程，并修建消能坎