堰流、闸孔出流及泄水建筑物下游的衔接与消能.ppt

1、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

2、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

3、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）,1

4、0,7-1 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

5、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/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

6、、 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、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

8、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

9、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

10、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

11、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ht1.2 m，i=0，试判别下游水流衔接形式并确定是否需要修建消