挑流式消能
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4
• 3. 面流式衔接与消能 • 利用建筑物末端的导流坎，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，竖轴式消能。 • 以上几种是由三种基本消能型式的结合或发展。
• 底流式消能
挑流式消能
面流式消能
5
1、底流式消能 就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃 发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以 达到消能的目的。
LK (0.7 ~ 0.8) L j
式中， L j 为平底渠道中的自由水跃长度。
（3）消能池设计流量的选择 池深 d 是随 (hc ht ) 增大而增加。所以，可 以认为，相当于 (hc ht ) 为最大时的流量即为池 深的设计流量。
19
第三节
挑流消能的水力计算
挑流消能的优点是节约下游护坦，构造简单，便 于维修；缺点是雾气大，尾水波动大。
挑流消能水力计算的主要任务是：按已知的水力
条件选定适宜的挑坎型式，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。
20
挑流射程的计算
6
2、挑流式消能 利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流 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。
7
3、面流式消能 当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工 程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流 与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对 河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及 底部旋滚与主流的相互作用而消除。
Q2 2 gA
2 c 2
对于矩形断面， Ac b hc
。取单宽流量计算，则
E0 hc
q2 2 g 2 hc2
13
泄水建筑物下游水跃的位置与形式及其对消能的影响 水跃的位置决定于坝趾收缩断面水 深 深
hc ht
的共轭水深 hc
与下游水
的相对大小。可能出现下列
三种情况 第一种情况： h ＝ hc t 第二种情况： ht ＜ h c 第三种情况： ht ＞ hc
14
平底闸孔下游三种水跃衔接形式的示意图
15
控制水跃位置的工程措施－消能池的水力计算
加大下游水深的工程措施，主要有下列两种：
（1）降低护坦高程，使在下游形成消能池； （2）在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前 形成消能池。
j
16
1、降低护坦高程所形成的消能池 (1) 消能池深度 d 的计算
1
天然河道中水流一般属缓流，但当河道中修建了闸、坝等
泄水建筑物后，下泄水流往往具有很高的流速，单位总量
对下游河床具有明显的破坏能力。
水体所具有的能量也比下游河道中水流的正常比能大得多，
2
• 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。
3
• 下游水流衔接与消能的方式有多种，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。由于主流在底部， 称之为底流消能。 • 2、挑流式衔接与消能 • 采用建筑物末端的挑流鼻坎，利用高速下泄水流的 动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与 下游水流衔接。 • 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。
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• • • • •
水跃淹没系数σ’= ht/ hc02 临界式水跃 σ ’= 1 远离（远驱）式水跃 σ’< 1 淹没式水跃 σ ’> 1 消能设计要求： σ’= 1.05～1.1
11
泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 以通过收缩断面底部的水平面为基准面，列出 坝前断面0－0及收缩断面c－c的能量方程式，可得
第十一章 泄水建筑物下游水流的 衔接与消能
第一节 Fra Baidu bibliotek述
• 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， 由于建筑物缩窄了河道，改变了水流的特 征，抬高上游水位，势能增大。当建筑物 泄水时，势能转换为动能，使下泄水流具 有较高的速度，动能较大。而下游一般为 缓流，存在两种流态如何衔接，如果处理 不当将会带来冲刷等严重后果。
q2 1 1 z 2 2 1 ) 2g ( ht ) ( j hc
略去 z ，并用护坦降低前收缩断面水深的 1 共轭水深 hc 代替 hc1 。可得到粗略估算池 hc 深的近似公式 d h h
j c t
18
（2）消能池长度LK的计算
8
水利工程中有时需结合具体工程的需要，将三种消 能方式结合应用。下图采用消能戽就是一种底流和面流 结合应用的实例。
9
第二节 底流消能
• 从泄水建筑物下泄的水流一般为急流，存在一个收 缩断面，水深为最小，为hc0，且一般hc0<hc，即处 于急流状态。根据下游河道水深ht与跃后水深hc02的 相对大小，水流存在有三种水跃型式。 • ht＝hc02 临界式水跃 • ht < hc02 远离（远驱）式水跃 • ht > hc02 淹没式水跃 • 远离式水跃对工程最不利，急流段长，加固河段长， 工程量大。 • 淹没式水跃消能效率低。 • 临界式水跃位置不稳定 。 • 一般采用稍有淹没的水跃进行消能较理想。
E0 hc
cc2
2g
c2
2g
hc ( c )
c2
2g
由图可以看出
E0 P2 H
2 00
2g
P2 H 0
12
令流速系数
Q c Ac
1 c
2 则 E h c 0 c 2 g 2
以
代入上式得
E0 hc
1 消能池内的水深应为 hT j hc
式中： 为水跃的淹没系数，一般取 j 1.05
j
1 为护坦高程降低后收缩水深 hc
hc1
的
跃后水深。
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消能池内的水深hT为
hT d ht z
确定消能池深度 d 的计算公式
1 (ht z ) d j hc
• 3. 面流式衔接与消能 • 利用建筑物末端的导流坎，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，竖轴式消能。 • 以上几种是由三种基本消能型式的结合或发展。
• 底流式消能
挑流式消能
面流式消能
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1、底流式消能 就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃 发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以 达到消能的目的。
LK (0.7 ~ 0.8) L j
式中， L j 为平底渠道中的自由水跃长度。
（3）消能池设计流量的选择 池深 d 是随 (hc ht ) 增大而增加。所以，可 以认为，相当于 (hc ht ) 为最大时的流量即为池 深的设计流量。
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第三节
挑流消能的水力计算
挑流消能的优点是节约下游护坦，构造简单，便 于维修；缺点是雾气大，尾水波动大。
挑流消能水力计算的主要任务是：按已知的水力
条件选定适宜的挑坎型式，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。
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挑流射程的计算
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2、挑流式消能 利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流 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。
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3、面流式消能 当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工 程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流 与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对 河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及 底部旋滚与主流的相互作用而消除。
Q2 2 gA
2 c 2
对于矩形断面， Ac b hc
。取单宽流量计算，则
E0 hc
q2 2 g 2 hc2
13
泄水建筑物下游水跃的位置与形式及其对消能的影响 水跃的位置决定于坝趾收缩断面水 深 深
hc ht
的共轭水深 hc
与下游水
的相对大小。可能出现下列
三种情况 第一种情况： h ＝ hc t 第二种情况： ht ＜ h c 第三种情况： ht ＞ hc
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平底闸孔下游三种水跃衔接形式的示意图
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控制水跃位置的工程措施－消能池的水力计算
加大下游水深的工程措施，主要有下列两种：
（1）降低护坦高程，使在下游形成消能池； （2）在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前 形成消能池。
j
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1、降低护坦高程所形成的消能池 (1) 消能池深度 d 的计算
1
天然河道中水流一般属缓流，但当河道中修建了闸、坝等
泄水建筑物后，下泄水流往往具有很高的流速，单位总量
对下游河床具有明显的破坏能力。
水体所具有的能量也比下游河道中水流的正常比能大得多，
2
• 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。
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• 下游水流衔接与消能的方式有多种，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。由于主流在底部， 称之为底流消能。 • 2、挑流式衔接与消能 • 采用建筑物末端的挑流鼻坎，利用高速下泄水流的 动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与 下游水流衔接。 • 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。
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• • • • •
水跃淹没系数σ’= ht/ hc02 临界式水跃 σ ’= 1 远离（远驱）式水跃 σ’< 1 淹没式水跃 σ ’> 1 消能设计要求： σ’= 1.05～1.1
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泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 以通过收缩断面底部的水平面为基准面，列出 坝前断面0－0及收缩断面c－c的能量方程式，可得
第十一章 泄水建筑物下游水流的 衔接与消能
第一节 Fra Baidu bibliotek述
• 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， 由于建筑物缩窄了河道，改变了水流的特 征，抬高上游水位，势能增大。当建筑物 泄水时，势能转换为动能，使下泄水流具 有较高的速度，动能较大。而下游一般为 缓流，存在两种流态如何衔接，如果处理 不当将会带来冲刷等严重后果。
q2 1 1 z 2 2 1 ) 2g ( ht ) ( j hc
略去 z ，并用护坦降低前收缩断面水深的 1 共轭水深 hc 代替 hc1 。可得到粗略估算池 hc 深的近似公式 d h h
j c t
18
（2）消能池长度LK的计算
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水利工程中有时需结合具体工程的需要，将三种消 能方式结合应用。下图采用消能戽就是一种底流和面流 结合应用的实例。
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第二节 底流消能
• 从泄水建筑物下泄的水流一般为急流，存在一个收 缩断面，水深为最小，为hc0，且一般hc0<hc，即处 于急流状态。根据下游河道水深ht与跃后水深hc02的 相对大小，水流存在有三种水跃型式。 • ht＝hc02 临界式水跃 • ht < hc02 远离（远驱）式水跃 • ht > hc02 淹没式水跃 • 远离式水跃对工程最不利，急流段长，加固河段长， 工程量大。 • 淹没式水跃消能效率低。 • 临界式水跃位置不稳定 。 • 一般采用稍有淹没的水跃进行消能较理想。
E0 hc
cc2
2g
c2
2g
hc ( c )
c2
2g
由图可以看出
E0 P2 H
2 00
2g
P2 H 0
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令流速系数
Q c Ac
1 c
2 则 E h c 0 c 2 g 2
以
代入上式得
E0 hc
1 消能池内的水深应为 hT j hc
式中： 为水跃的淹没系数，一般取 j 1.05
j
1 为护坦高程降低后收缩水深 hc
hc1
的
跃后水深。
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消能池内的水深hT为
hT d ht z
确定消能池深度 d 的计算公式
1 (ht z ) d j hc