第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能0103

1、第第9 9章章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能泄水建筑物下游的水流衔接与消能1 1、问题：、问题：高速下泄水流对河床的冲刷高速下泄水流对河床的冲刷2 2、任务：、任务：消除下泄水流多余的能量消除下泄水流多余的能量3 3、解决办法：、解决办法： 能量转化能量转化底流式消能底流式消能挑流式消能挑流式消能 面流式消能面流式消能 常用消能措施：常用消能措施：1 1、底流式消能（、底流式消能（underflow energy dissipation） 2 2、挑流式消能、挑流式消能( (ski-jump energy dissipation) ) 3 3、面流式消能、面流式消能( (surface fl

2、ow energy dissipation) ) 下图采用消能戽是一种下图采用消能戽是一种底流和面流底流和面流结合应用的实例。结合应用的实例。9.1 底流消能的水力计算底流消能的水力计算主要内容：主要内容：1 1、控制断面水深、控制断面水深hc的计算的计算2 2、水跃位置与形式的判别、水跃位置与形式的判别3 3、消能池的设计、消能池的设计一、控制断面水深一、控制断面水深hc的计算的计算1 1、推导：利用能量方程（、推导：利用能量方程（E.EE.E）2 2、计算方法：、计算方法： 试算图解法试算图解法 迭代计算迭代计算 查图法查图法P2gghgHPcccc222222002ghEccc2)(20

3、c1令令ccAQv 222222022ccccghqhgAQhE对于矩形断面可采用查图法：对于矩形断面可采用查图法：gqhk2322202cchgqhE22021cc两边同除以两边同除以hk k, ,代入上式代入上式, ,令令, ,kcckhhhE;00上式转化为上式转化为: :可以绘出可以绘出)(01fc的关系曲线的关系曲线, ,见见附图附图1 1. .利用利用附图附图1 1求解收缩水深和跃后水深求解收缩水深和跃后水深二、水跃的位置与形式及其对消能的影响二、水跃的位置与形式及其对消能的影响 cthh cthh cthh 临界式水跃临界式水跃 远驱式水跃远驱式水跃 淹没水跃淹没水跃 平底闸孔下

4、游三种水跃衔接形式的示意图平底闸孔下游三种水跃衔接形式的示意图 ctjhh 10. 105. 1j三、消能池的水力计算三、消能池的水力计算 挖深式挖深式降低护坦高程；降低护坦高程；消力坎式消力坎式在护坦末端修建消力坎；在护坦末端修建消力坎；消能池的形式：消能池的形式： 降低护坦高程消力池的设计降低护坦高程消力池的设计1 1、特点：、特点：降低护坦高程；降低护坦高程；2 2、设计内容：、设计内容： 池深池深d d； 池度池度Lk；3 3、池深、池深d d的确定：的确定：3 3、池深、池深d d的确定：的确定：)(1zhhdtcj 2122)(1)(12cjthhgqz1cjThh 消能条件消能条

5、件zhdhtT几何条件几何条件gghgHt222222222111出口能量条件出口能量条件确定池深确定池深d d的步骤：的步骤：1 1、根据设计流量、根据设计流量Q Q设设，初估一个初始值初估一个初始值d1 1；2 2、计算、计算100dEE3 3、根据、根据 确定确定 和和 ；0E1ch1ch4 4、计算、计算 ；1z5 5、计算、计算 ；2d6 6、比较、比较 ； 较大时，重新假设较大时，重新假设d进行进行试算，重复步骤试算，重复步骤2 26 6，直到，直到 满足要求。满足要求。21,dd21dddd)(1zhhdtcj 粗略估算：粗略估算：tcjhhd 4 4、消能池长度、消能池长度Lk

6、的确定：的确定：Lk（0.70.8）Lj5 5、消能池设计流量的确定：、消能池设计流量的确定：1 1）池深设计流量的确定：）池深设计流量的确定：2 2）池长设计流量：）池长设计流量：Qhthc”h(hc”- ht)maxQdQ长长dQmax (hc”-ht)maxQ深深d93. 011) 1(8 .10FrhLjtcjhhd 在护坦末端设置消能坎所形成的消能池在护坦末端设置消能坎所形成的消能池主要内容：主要内容：1 1、确定坎高、确定坎高c c；2 2、确定池长、确定池长Lk k；特点特点: : E0 0保持不变保持不变; ; 坎后水流的衔接坎后水流的衔接; ;1 1、坎高、坎高c的设计的设计

7、1) 1) 满足的条件满足的条件: :消能要求消能要求: :几何要求几何要求: :出池能量条件出池能量条件: : 看成折线型或曲线型实用堰看成折线型或曲线型实用堰cjThh1HchTgvHH22111102213/211)(2)2(cjshgqgmqH出池能量条件出池能量条件: :2213/211)(2)2(cjshgqgmqH坎的流量系数坎的流量系数; ;45.045.0)(42.01010101HhHhHhfmssss坎后淹没系数坎后淹没系数; ;自由出流自由出流; ;查表查表9.2; ;2) 2) c的计算步骤的计算步骤: :QdE0hchc0 . 1s42. 01mH10, H1校核校

8、核11Hhccj出流出流10Hhs45. 010Hhs45. 010Hhsdcc 1一级坎设计合理一级坎设计合理: Adcc 1试算坎高试算坎高: BA:坎后水流衔接校核，坎后水流衔接校核，cHE1001tchh1设第二级坎；设第二级坎；tchh1End；B: 试算坎高，试算坎高，1c2c202,HH20Hhs2s2320122 Hgmqs计实q实计qq实计qqdcc 2，Adcc 2，B3,cqq实计3,cqq实计2 2、消能池长、消能池长Lk的计算的计算Lk（0.70.8）Lj3 3、设计流量的确定、设计流量的确定 在不同流量范围内假定不同的在不同流量范围内假定不同的流量，确定不同流量，确

9、定不同c c，取较大值。，取较大值。 综合式消能池综合式消能池设计：先按坎后产生临界水跃设计设计：先按坎后产生临界水跃设计c，降低降低c值值，由由c c和和H H1 1确定确定d 辅助消能工辅助消能工目的：加剧扩散，紊动，混掺，目的：加剧扩散，紊动，混掺，方法：趾墩，消能墩，尾槛等方法：趾墩，消能墩，尾槛等综合式消能池综合式消能池消能墩消能墩 下游防护下游防护组成：护坦，海漫，组成：护坦，海漫，齿墙等齿墙等2 2、挑流式消能、挑流式消能( (ski-jump energy dissipation) ) 9.2 9.2 挑流消能的水力计算挑流消能的水力计算 主要任务是：挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半径和挑射角，计算挑流射程和下游冲刷坑深度。 一、挑流消能水力计算 1）挑流射程的计算2）冲坑深度的计算3）挑坎的设计 1 1）挑流射程的计算）挑流射程的计算1、射程射程 L0 的计算公式的计算公式 2211210sincos2211cossinuhhagguLttan1tshtL2、水下射程、水下射程 L1其中，其中，ts 为冲刷坑的深度。为冲刷坑的深度。 ttshqt75. 0cot175. 01sin5 . 24 .