第七章 堰流、闸孔出流及泄水建筑物下游的衔接与消能 水力学与桥涵水文（第二版） 教学课件.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hchK(急流)或hchK，1。常取堰顶水深hchK当下游水深htP2（槛高），hchK，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htP2，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htP2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：m0.4050.42（量水仪）实用堰：m0.350.42（水利工程溢流坝）宽顶堰：m0.32（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/H00.8，淹没出流。hy/H00.8，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v00，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v00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m0.342，流量Q=26.8m3/s，下游水深ht1.2m，i=0，试判别下游水流衔接形式并确定是否需要