第九章-泄水建筑物下游的水流衔接

第23讲（2课时）第九章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能泄水建筑群下游水力设计的主要任务是，选择及计算适当的消能措施，在较短的距离内消除余能，并使收缩断面的高速集中水流，安全地转变为下游的正常缓流，保证建筑物的安全。

1．底流式消能：下游采取工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃的表面旋滚和强烈的紊动达到消能的目的。

2．挑流式消能：利用下泄水流的动能，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，余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后消除。

3．面流式消能：采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的表面。

通过水舌扩散、流速分布的调整及底部旋滚与主流的相互作用消除余能。

此外，可将几种消能方式集合起来，如消能戽就是一种底流和面流结合应用的消能方式。

★9-1 底流消能的水力计算一般的水闸、中小型溢流坝或地质条件较差的各类泄水建筑物，多采用底流式消能。

底流式消能的水力计算：下游的水流衔接形式（即水跃发生的位置），确定必要的工程措施。

一、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算列坝前断面0-0及收缩断面c-c 的能量方程：g V h H P E c c c 2)(2020ςα++=+=， 令流速系数ςαϕ+=c 1，则：2202ϕg V h E c c += 即：22202ϕc c gA Q h E +=， 对矩形断面：22202ϕc c gh q h E +=由于上述方程是一元三次方程，一般需用试算法求解， 矩形断面也可迭代法求解：)(2)(022)1(i c i c h E g q h -=+ϕ，初始收缩断面水深取0。

矩形断面时，跃后水深：]1)(81[2)181(2332-+=-+=''c k c cc c h h h gh q h h 对矩形断面的图解法：22021c c ξϕξξ+=， （因为gq h k 23=），其中：k c c k h h h E ==ξξ;00 ]1181[23-+=''c cc ξξξ，其中kc c h h ''=''ξ， 查附图I ，)(),,(0c c c f f ξξϕξξ=''= 以上的计算不但适用于溢流坝，也适用于水闸及其它形式的建筑物，流速系数决定于建筑物的型式和尺寸，可参考表里9-1选取。

第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能第一节泄水建筑物下游的水流衔接一、泄水建筑物下游的水流特征泄水建筑群下游水力设计的主要任务是，选择及计算适当的消能措施，在较短的距离内消除余能,并使收缩断面的高速集中水流，安全地转变为下游的正常缓流，保证建筑物的安全．二、泄水建筑物下游水流衔接与消能的主要形式1。

底流式消能:下游采取工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃的表面旋滚和强烈的紊动达到消能的目的．2．挑流式消能:利用下泄水流的动能,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,余能一部分在空中消散,大部分在水舌落入下游河道后消除.3。

面流式消能:采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的表面。

通过水舌扩散、流速分布的调整及底部旋滚与主流的相互作用消除余能。

此外，可将几种消能方式集合起来，如消能戽就是一种底流和面流结合应用的消能方式.第二节底流式衔接与消能一般的水闸、中小型溢流坝或地质条件较差的各类泄水建筑物,多采用底流式消能。

底流式消能的水力计算:下游的水流衔接形式（即水跃发生的位置），确定必要的工程措施.一、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算列坝前断面0－０及收缩断面c －ｃ的能量方程：g V h H P E c c c 2)(20`0ςα++=+=, 令流速系数ςαϕ+=c 1,则：2202ϕg Vh E c c +=即:22202ϕc c gA Q h E +=， 对矩形断面:22202ϕc c gh q h E +=由于上述方程是一元三次方程，一般需用试算法求解， 矩形断面也可迭代法求解:)(2)(022)1(i c i c h E g q h -=+ϕ，初始收缩断面水深取０. 矩形断面时，跃后水深：]1)(81[2)181(2332-+=-+=''c k c cc c h h h gh q h h 二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响1。

第九章泄水建筑物下游水流的衔接与消能第一节概述一、问题的提出为了达到灌溉、发电、防洪等兴利目标，往往要在河渠上建造水闸、挡水坝等水工建筑物，用来调节河渠的水位和流量。

但这些水工建筑物的兴建，必然会改变天然河流原有的水流状态，主要表现在以下两个方面：①修建挡水建筑物之后，必然壅高上游水位，使挡水建筑物上游积聚了较大的水流能量（主要是势能），而挡水建筑物又不可能将上游源源不断的来水全部拦蓄在水库以内，必然要从溢洪道、泄洪洞、坝身泄水孔等泄水建筑物泄出一部分水流，在泄水工程中，上游水流积聚的势能必将转化为动能，使下泄水流具有较高的流速。

②由于水利工程枢纽布置的要求和为了节省工程造价，建筑物泄水宽度总是小于原有河床宽度，这就使得下泄流量相对集中，单宽流量较大。

而下游河道对同样流量有其与原河床的断面形状、尺寸、底坡、粗糙系数及其它地形地质条件相适应的正常流动情况，一般来讲，这种正常流动情况下，水流分布比较均匀，流速较小。

如此一来，就产生了从泄水建筑物泄出的高速集中水流如何顺利地衔接过渡到下游正常流动情况这一问题，即泄水建筑物下泄水流的衔接过渡问题。

如果对水流的衔接过渡不加控制，或者控制措施不当，都可能给工程建设造成严重的后果。

概括起来讲，会产生这样两个问题：第一，集中泄出的水流可能严重冲刷河床、河岸，甚至危害建筑物的安全。

第二，水流集中泄出，可能使下游水流在平面上形成不良的流动情况，影响枢纽的正常运行。

水力学中泄水建筑物下游水流衔接与消能的主要任务就是在确保闸坝安全、工程费用较省而又合乎流态要求的条件下，研究消除余能的具体方式。

通过采取一定的工程措施，利用有效的衔接方式，使下泄水流挟带的余能在较短的距离内转化为热能、声能逸散于空气之中，避免冲刷河床岸坡，保证水工建筑物的安全。

而实现消能的唯一方式就是依靠水流内部的相互摩擦和碰撞，促使水流分散掺气。

因为水流内部相对运动越是急剧紊乱，消能效果就越好。

因此，工程实际中常常利用下泄水流形成的大的漩滚来消能。

第九章泄水建筑物下游水流的衔接与消能9-1 概述一、泄水建筑物下游的水流特征为控制水流，合理开发利用水资源等目的，在河，渠上修建水闸，堰等建筑物。

修建后，往往改变水流的特征，抬高上游水位，下泄水流具有较高的速度，动能大，但由于建筑物缩了河道，增大，能量集中的总流，而下游一般为缓流，存在两种流态如何衔接，如果处理不当将会带来严重后果。

因此，必须对泄水建筑物下游水流的衔接进行判断和处理，选择适当的消能方式。

在下游较短距离内消除余能。

下游水流衔接与消能的方式。

衔接小的措施有多种，常见的为：1、底流式衔接消能当水流从急流向缓流过渡时，产生水跃，产生的表面旋滚和强烈的紊动消除大量的余能，使速度急剧下降，与下游水流能良好的衔接，由于余流在底部。

2、挑流式衔接与消能利用建筑物末端的跃坎，利用高进下泄水流的动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与下设水衔接。

消能分为三个部分，坝面摩擦——空中扩散——水垫。

适用于中高水头，q 大，下游基岩完整坚硬。

3. 面流式衔接与消能利用建筑物末端的坎，将高速水流送入下游河道的水流表层，坎后形成尺度很大的底部漩滚，将主流与河床隔开。

另外，戽流式消能，孔板式消能，竖井涡流式消能，数轴式效能。

以上几种是由三种基本消能型式的结合或发展。

ξ9-2 底流式衔接与消能一、底流式衔接型式在泄水建筑物下游的水流一般为急流，存在一个收缩断面，水深为最小，为h c 。

且一般h c < h k ,则根据下游河道水深h t 与h c"的相对大小，水流存在有三种水跃型式产生。

(h c "= h t ) 临界式水跃 h c">h t运驱式水跃h c "<h t 淹没式水跃 三种水跃型式，运驱式对工程最不利，因其 急流段长，加固河段长，工程量大。

临界式水跃位置不稳定。

一般采用稍有淹没式水跃进行消能较理想。

二、下游水流衔接形式判断及h c 的计算。

第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能第一节泄水建筑物下游的水流衔接一、泄水建筑物下游的水流特征泄水建筑群下游水力设计的主要任务是，选择及计算适当的消能措施，在较短的距离内消除余能,并使收缩断面的高速集中水流，安全地转变为下游的正常缓流，保证建筑物的安全．二、泄水建筑物下游水流衔接与消能的主要形式1。

底流式消能:下游采取工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃的表面旋滚和强烈的紊动达到消能的目的．2．挑流式消能:利用下泄水流的动能,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,余能一部分在空中消散,大部分在水舌落入下游河道后消除.3。

面流式消能:采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的表面。

通过水舌扩散、流速分布的调整及底部旋滚与主流的相互作用消除余能。

此外，可将几种消能方式集合起来，如消能戽就是一种底流和面流结合应用的消能方式.第二节底流式衔接与消能一般的水闸、中小型溢流坝或地质条件较差的各类泄水建筑物,多采用底流式消能。

底流式消能的水力计算:下游的水流衔接形式（即水跃发生的位置），确定必要的工程措施.一、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算列坝前断面0－０及收缩断面c －ｃ的能量方程：g V h H P E c c c 2)(20`0ςα++=+=, 令流速系数ςαϕ+=c 1,则：2202ϕg Vh E c c +=即:22202ϕc c gA Q h E +=， 对矩形断面:22202ϕc c gh q h E +=由于上述方程是一元三次方程，一般需用试算法求解， 矩形断面也可迭代法求解:)(2)(022)1(i c i c h E g q h -=+ϕ，初始收缩断面水深取０. 矩形断面时，跃后水深：]1)(81[2)181(2332-+=-+=''c k c cc c h h h gh q h h 二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响1。