天津农学院水利系水力学09.ppt

水力学,第九章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能,如图所示一溢流坝，单宽流量 q=80m3/s m，上下游水位差为Z= 60m，若不计流速水头及坝面能量损耗，上下游能量差近似等于上下游水位差，即E=60m。那么单位宽度河床上每秒钟应消除的能量为,选用适当的措施，在下游较短的距离内消除多余能量E，并使高速下泄的集中水流安全地转变为下游的正常缓流。,问题的提出,目前常采用的三种衔接与消能措施：,底流式消能：在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动来消除余能。,挑流式消能：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。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：将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床被巨大的底部旋滚隔开。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。,底流式消能的水力计算,泄水建筑物下游收缩断面水深的计算,泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响,控制水跃位置的工程措施,泄水建筑物下游收缩断面水深的计算,依能量方程式,令流速系数,则有,查表9.1,对于矩形断面,泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响,则跃前断面恰好在收缩断面处，称为临界式水跃,水跃的位置仍然取决于收缩断面水深hc的共轭水深 与下游水深ht的相对大小。,则跃前断面在收缩断面的下游，称为远离式水跃,则跃前断面在收缩断面的上游，称为淹没式水跃,水跃的淹没系数,工程上采用稍有淹没的水跃,j取值为1.051.10,例题1：某溢流坝为WES剖面，上、下游坝高均为10m，坝顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m，调节闸门开度，使单宽流量q=6m3/s.m，相应的下游水深ht=3.05m。试判别坝下游水跃的衔接形式。,解：（1）计算hc,取 ，,第一次迭代计算,第二次迭代计算,第三次迭代计算,所以取hc=0.42m。,（2）计算临界水深hk,所以水流将从急流过渡到缓流，故在溢流坝下游将产生水跃,（3）判别水跃位置（水跃的衔接形式）,故溢流坝下游将发生远离式水跃衔接形式,控制水跃位置的工程措施消能池的水力计算,当建筑物下游产生远离(驱)式或临界式水跃衔接时，为了改变这种不利的衔接形式，必须采取一定的工程措施，加大建筑物下游水深。,降低护坦高程，在下游形成消能池,在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前形成消能池,降低护坦高程所形成的消能池的水力计算,依能量方程式,消能池出口处流速系数,粗估池深的近似公式,消能池长度Lk的计算,1,1,2,2,例题2：某溢流坝为WES剖面，上、下游坝高均为10m，坝顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m，调节闸门开度，使单宽流量q=6m3/s.m，相应的下游水深ht=3.05m。试判别坝下游是否需要设置消能措施？若需要设置消能措施，且采用降低护坦式的消能池深d=1.1m时，能否满足要求？,解:（一）判别下游是否需要设置消能措施,同例1计算，溢流坝下游将发生远离式水跃，故需要采取工程措施，控制水跃位置。,(1)计算新的收缩断面水深及其共轭水深,取 ，,第一次迭代计算,（二）计算消能池深d=1.1m时，是否满足要求,第二次迭代计算,第三次迭代计算,所以取hc1=0.404m。,(2)计算d=1.1m时,z,池中跃后水深,池中水跃的淹没程度,满足要求,（3）计算池中跃后水深及水跃的淹没程度,在护坦末端修建消能坎所形成的消能池的水力计