堰流、闸孔出流及泄水建筑物下游的衔接与消能.ppt

1 第七章堰流 闸孔出流及泄水建筑物下游的衔接与消能 7 1堰的类型及流量公式7 2堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数7 3宽顶堰水力计算 7 4闸孔出流 供选讲选学 略 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 2 7 1堰的类型及流量公式 有关概念定义堰 明渠水流中的局部障壁 可有两种情况如图7 1a b c d渠底有槛 纵向压缩了过水断面 如图7 1e f 桥涵 渠底无槛 横向压缩了过水断面堰流 无压缓流过堰时的水力现象 hw hj缓流与急流过堰的水力特征缓流过堰 水位沿程急剧下降 水跌 堰造成上游水位雍高图7 1a急流过堰 水位急剧跃高 水跃 堰对上游水位无影响图7 2a 7 2b 3 7 1堰的类型及流量公式 图7 1 4 7 1堰的类型及流量公式 图7 2 5 7 1堰的类型及流量公式 堰的类型 按堰壁厚度对泄流能力影响划分 薄壁堰 如图7 1a 堰壁厚度对水舌无影响 水流以自由下落抛物线下泄 常用作量水工具实用堰 如图7 1b c 壁厚对舌开始有影响 水流仍以自由抛物射体下泄 泄流能力大 常用作泄水建筑物 如溢流坝 6 7 1堰的类型及流量公式 宽顶堰 壁厚对水舌有影响 其水力特征 过堰水流在进出口处水位有两次跌落 如图7 3d f进口附近出现的收缩断面水深hc hK 急流 或hc hK 1 常取堰顶水深hc hK当下游水深ht P2 槛高 hc hK 过水能力Q取决于堰顶水头H 见图7 3 时 属明渠水流特性 7 7 1堰的类型及流量公式 图7 3 8 7 1堰的类型及流量公式 堰的泄流类型自由出流 ht P2 Q取决于堰顶水头H 如图7 3a 淹没出流 如图7 3b 淹没条件ht P2堰下游发生淹没水跃水力特性 泄流能力下降堰流流量公式建立方法如图7 1a所示 取断面1 1 2 2能量方程 9 7 1堰的类型及流量公式 堰流流量公式建立方法其中得或m m0 流量系数 泄流能力折减系数 由实验确定或按经验公式计算 7 1 7 2 7 3 10 7 1堰的类型及流量公式 有侧收缩及淹没出流量公式公式 7 5 小桥涵水力计算基本理论堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数三系数 m 定义 反映局部障碍对堰流量的折减系数 7 5 7 6 11 7 2堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数 确定方法 实验测定或经验公式 见 7 7 7 11 7 13 表7 2经验值薄壁堰 m 0 405 0 42 量水仪 实用堰 m 0 35 0 42 水利工程溢流坝 宽顶堰 m 0 32 量水仪 堰流水力计算问题1 求Q 2 求b 3 求H 12 7 2堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数 宽顶堰流量系数增大流量系数方法 使进口平顺 研究增大流量系数的意义 提高泄流能力 降低工程造价流量系数最大值分析 13 7 2堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数 解 式得当为理想液体及过堰无水头损失时 7 12 平均值 14 7 2堰的流量系数 侧收缩系数及淹没系数 宽顶堰侧收缩系数定义式经验公式宽顶堰淹没系数确定方法 实测测定淹没标准hy H0 0 8 淹没出流 hy H0 0 8 自由出流 实验成果 表7 2 7 13 15 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 宽顶堰流量计算公式已知H求Q或已知Q求H 需试算计算步骤判明出流状态类型 确定 按经验公式计算m 按已知条件求解问题 7 14 16 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 计算程序已知H P1 P2 B b ht 渠道断面形状 求Q 计算程序如图7 6已知Q H P1 P2 B ht 渠道断面形状 求泄流宽度b 计算程序如图7 7因b未知 则 未知 亦需试算 程序如下框图 图7 6 图7 7 17 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 计算程序已知Q P1 P2 B b ht 渠道断面形状 求H 试算 如图7 8例7 1已知H 0 85m P1 P2 0 5m b 1 28m ht 1 12m 无侧收缩 求Q解 第一次计算取 图7 8 18 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 又 1 第二次计算取有 按公式 7 10 得m 0 3446 属自由出流 1 19 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 第三次计算取H01 0 89m v02 0 95m s 验算精度验算出流状态故 20 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 例7 2有一矩形宽顶堰 已知P1 P2 1m H 2m b 2m B 3m ht 1m 求Q解 21 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 若考虑v0 0 则应按例7 1方法试算 堰前为大水库 可取v0 0 但在渠道中 堰前行近流速v0 0例7 3某进水闸有直角前缘闸坎 坎前河底高程 0 100m 上游水位 1 107m 下游水位 2 102m 坎顶高程 103m 闸分两孔 墩形系数a 0 1 渠宽B 20m Q 200m3 s 求泄流宽度b 22 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 解 求H0求流量系数m试算 23 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 24 7 3宽顶堰水力计算 小桥涵水力计算基本理论 得实际工程中 还应考虑闸孔标准梁长度及闸孔尺寸标准 结合上述水力计算结果选定闸孔宽度 例7 4 请读者研读教材 25 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 概述泄水建筑物 桥 涵 堰 闸及溢流坝等建筑物的统称 其作用是宣泄上游来水 如图7 7 泄水建筑物下游普遍问题 河床受冲刷严重 图7 7 26 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 解决方法控制水跃衔接方式 使成淹没水跃利用水跃消除高速水流能量 增大渠中缓流段在水跃区增大水流紊乱程度 提高利用水流自身消能效果 消能 缩短急流段保证造成淹没水跃等有关工程措施的简称 27 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 消能方式 工程措施的类型 底流式 利用水跃消能 造成淹没水跃的工程措施消力池 挖深渠底使成池塘 以造成淹没水跃 降速以减小下游渠段冲刷破坏 如图7 8a 图7 8 28 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 消能方式 工程措施的类型 底流式 消力槛 如图7 8b消能常规措施 可用于各类土质地基河床下游急流段被控制在池 槛内降速防冲 效果好 图7 8 29 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 可充分利用水跃消能作用河床护砌工程费用较大挑流式 如图7 9a适用于地质良好 如岩基 河床下游土质较差时 会出现冲刷深潭 可反刷桥基工程费用小面流式 戽流式 如图7 9b下泄高速水流被引向水面可降低对河床的冲刷作用可降低护砌工程费下游水位波动剧烈 对岸坡稳定及航运不利 30 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 图7 9 31 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 人工加糙 辅助消能工 减速防冲刷 图7 10 32 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 单级跌水或多级跌水常用于山区公路工程常用于地形较陡的河沟可减小控填土方量 图7 13 33 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 消力池计算计算方法是单级跌水与多级跌水的理论基础消力计算内容池深s计算池长l 34 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 平坡 矩形断面 消力池池深s计算公式控制淹没水跃在池内的条件 35 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 联 解之得 7 28 7 29 7 30 7 31 36 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 池深s计算程序由公式 7 28 7 31 可试算得s 见程序图7 15消力池长l 见经验公式 7 33 图7 15 37 7 5泄水建筑物下游的衔接与消能 例7 7消力池计算 一矩形渠道中有宽顶堰 堰宽b 8m 堰高P 1 5m 无侧收缩 流量系数m 0 342 流量Q 26 8m3 s 下游水深ht 1 2m i 0 试判别下游水流衔接形式并确定是否需要