《水力分析与计算》微课_泄水建筑物下游水流衔接形式判别举例(精)
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《水力分析与计算》微课_挖深式消力池水力计算(精)
《水力分析与计算》微课
——挖深式消力池水力计算
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
内容回顾
底流消能水力分析计算 1、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能 的影响
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
消能设计
2、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
水力分析与计算
主要内容
一、消力池（消能工） 二、挖深式消力池池深s的计算 三、挖深式消力池池长的确定
水力分析与计算
一、消力池（消能工） 主要内容
挖深式消力池
坎（消力墙）式消力池
综合式消力池
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算 及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律
hT j hc1" s ht Z s ht Z j hc1 "
s ht Z 校核 j hc1"
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算
估算池深： s 1.05hc "ht 计算建池后 hc1"
E0 ' E0 s hc1 q2 2 g 2 hc1
2
计算水面跌落 Z
q 1 1 Z 2 2 2g ( ' h ) ( h " ) t j s ht Z
s ht Z 校核 j hc1"
若 j 1.05 ~1.1 则池深符合要求，否则重新假定池深S，重复 上述计算。
水力分析与计算
• 主持单位： 广东水利电力职业技术学院 • 黄河水利职业技术学院
——挖深式消力池水力计算
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
内容回顾
底流消能水力分析计算 1、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能 的影响
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
消能设计
2、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
水力分析与计算
主要内容
一、消力池（消能工） 二、挖深式消力池池深s的计算 三、挖深式消力池池长的确定
水力分析与计算
一、消力池（消能工） 主要内容
挖深式消力池
坎（消力墙）式消力池
综合式消力池
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算 及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律
hT j hc1" s ht Z s ht Z j hc1 "
s ht Z 校核 j hc1"
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算
估算池深： s 1.05hc "ht 计算建池后 hc1"
E0 ' E0 s hc1 q2 2 g 2 hc1
2
计算水面跌落 Z
q 1 1 Z 2 2 2g ( ' h ) ( h " ) t j s ht Z
s ht Z 校核 j hc1"
若 j 1.05 ~1.1 则池深符合要求，否则重新假定池深S，重复 上述计算。
水力分析与计算
• 主持单位： 广东水利电力职业技术学院 • 黄河水利职业技术学院
川大水力学教学课件9泄水建筑物下游的水流衔接与消能
挑流消能水力计算的主要任务是：按已 定适宜的挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半 算挑流射程和下游冲刷坑深度。
‹#1›9
No Image
挑流射程的计算
1、射程 L0 的计算公式
L0
u12
sin cos
g
1
1
2g
a
ht u12 sin
h1 cos
2
2
式中：a为坎高，即下游河床至挑坎 ht为冲刷坑后的下游水深；h1为1－1断面
‹#2›4
No
Image 采用较多的是连续式挑坎。
(1) 挑坎高程 挑坎高程愈低，出口断面流速愈大
(2) 反弧半r0 径 反弧半径愈小，离心力愈大，挑坎内水
大，动r能0 减小，射程也减小。为保证有较好 反(3弧) 半挑挑径角角愈( 大至45少 )应大于反弧，最射低程点水L0深愈h大 入水角 也增大，入水角增大后，冲刷坑
hT d ht z
‹#1›6
No Image
确定消能池深度 d 的计算公式
d jhc1 (ht z)
略去z
hc1
代替
z
q2 2g
1
(
ht
)
2
(
1 j hc1)2
，并用护坦降低前收缩断面hc水 深的
。可得到粗略估算池深的近似公式
d jhc ht
‹#1›7
No
Image （2）消能池长度LK的计算
‹#2›5
q 80m3/s m
上下游水位差
N gqE 980080 60
47000kN m/s 47000kW
‹#›5
No Image
常采用的衔接与消能措施，大致有下列三
1、底流式消能
‹#1›9
No Image
挑流射程的计算
1、射程 L0 的计算公式
L0
u12
sin cos
g
1
1
2g
a
ht u12 sin
h1 cos
2
2
式中：a为坎高，即下游河床至挑坎 ht为冲刷坑后的下游水深；h1为1－1断面
‹#2›4
No
Image 采用较多的是连续式挑坎。
(1) 挑坎高程 挑坎高程愈低，出口断面流速愈大
(2) 反弧半r0 径 反弧半径愈小，离心力愈大，挑坎内水
大，动r能0 减小，射程也减小。为保证有较好 反(3弧) 半挑挑径角角愈( 大至45少 )应大于反弧，最射低程点水L0深愈h大 入水角 也增大，入水角增大后，冲刷坑
hT d ht z
‹#1›6
No Image
确定消能池深度 d 的计算公式
d jhc1 (ht z)
略去z
hc1
代替
z
q2 2g
1
(
ht
)
2
(
1 j hc1)2
，并用护坦降低前收缩断面hc水 深的
。可得到粗略估算池深的近似公式
d jhc ht
‹#1›7
No
Image （2）消能池长度LK的计算
‹#2›5
q 80m3/s m
上下游水位差
N gqE 980080 60
47000kN m/s 47000kW
‹#›5
No Image
常采用的衔接与消能措施，大致有下列三
1、底流式消能
泄水建筑物下游水流的衔接与消能
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。
泄水建筑物下水流消能及衔接方式
• 当ht <hc" ：这时下游水深 ht 与 hc" 构不成共 轭水深， 水跃不能发生在收缩断面。称为远驱式 水跃衔接。
2
c h1 hc L c
(b)
1
ht hc"
L1
1
2
ht < hc"
• 当 ht > hc" : 这种情况与 (2) 正好相反。水跃 被水深较大的下游水流向上推移，收缩断面被淹 没，从而形成了淹没水跃衔接，如图(c)所示。
3、如何将下泄水流多余的动能转化 成热能、声能等，而耗散掉呢？
4、归纳几种常用消能方式的消能原 理、适用条件及优缺点？
• 消能原理：从加强水流的紊动出发， 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 生的表面漩滚和强烈的紊动以达到 消能的目的。
按照泄出水流与尾水及河床的相对位置， 可以将常见的衔接消能方式分为如下三 种基本形式:
c
2 ht hc"
c
(c)
2
ht > hc"
（1）底流消能
☻ 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。
• • • 实质：水跃 特点：主流位于底部 消能机理：通过水跃产生的表面漩 滚和强烈的紊动来消能。 应用：各种地质条件的泄水建筑物
(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，
挑流水舌 急流 漩 滚
漩滚
使下落水舌对河床的冲刷
不会危及建筑物的安全。
挑流鼻坎
坝 址
水垫
»两个消能过程：
泄水建筑物出流与下游衔接和消能
泄水建筑物出流与下 游衔接和消能
泄水建筑物出流与下游 衔接和消能
(水流衔接，简答题)
MF2Hs0b2***
题
目
试叙述泄水建筑物下游的水流衔接形式及其产 生的条件 答： 泄水建筑物下游水流的衔接形式，即水跃发生 的位臵取决于建筑物下游收缩断面水深 hc的共轭水 深 hc与下游水深 ht 的相对关系。存在 3 种情况： (1) 当下游水深 ht＝ hc： 这时水跃发生在收缩断面， 如图（a）所示，这种衔接 为临界水跃衔接。
（4） 查图计算 hc 及 h'' c
E0 33.2 m 13.248 及参变量 0.95 由 0 hk 2.506 m
查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得
c 0.207
c 3.0
解题步骤
于是收缩水深 hc c hk 0.207 2.506m 0.519m
解题步骤
H
Q q sm 2 g H 3 2 b
p1 ht
因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。取淹 没系数σs= 1.0 。 于是
q 1.0 0.49 2 (9.8 m s 2 ) ( 3.2m)3 2 12 .42m 2 s
解题步骤
（2）计算临界水深 hk
q 3 ，故 3 对于矩形断面有 hk g
大值时的相应流量，即
为消能池深d 的设计流
ht f (q )
量，见示意图。
q设 q
讨 论
池长 Lk 的设计流量根据理论计算与实验量测 可知，随着流量 Q 增加，池长 Lk 相应增大，故池
长 Lk 的设计流量往往取泄水建筑物所通过的最大
流量。
泄水建筑物出流与下游 衔接和消能
泄水建筑物出流与下游 衔接和消能
(水流衔接，简答题)
MF2Hs0b2***
题
目
试叙述泄水建筑物下游的水流衔接形式及其产 生的条件 答： 泄水建筑物下游水流的衔接形式，即水跃发生 的位臵取决于建筑物下游收缩断面水深 hc的共轭水 深 hc与下游水深 ht 的相对关系。存在 3 种情况： (1) 当下游水深 ht＝ hc： 这时水跃发生在收缩断面， 如图（a）所示，这种衔接 为临界水跃衔接。
（4） 查图计算 hc 及 h'' c
E0 33.2 m 13.248 及参变量 0.95 由 0 hk 2.506 m
查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得
c 0.207
c 3.0
解题步骤
于是收缩水深 hc c hk 0.207 2.506m 0.519m
解题步骤
H
Q q sm 2 g H 3 2 b
p1 ht
因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。取淹 没系数σs= 1.0 。 于是
q 1.0 0.49 2 (9.8 m s 2 ) ( 3.2m)3 2 12 .42m 2 s
解题步骤
（2）计算临界水深 hk
q 3 ，故 3 对于矩形断面有 hk g
大值时的相应流量，即
为消能池深d 的设计流
ht f (q )
量，见示意图。
q设 q
讨 论
池长 Lk 的设计流量根据理论计算与实验量测 可知，随着流量 Q 增加，池长 Lk 相应增大，故池
长 Lk 的设计流量往往取泄水建筑物所通过的最大
流量。
泄水建筑物出流与下游 衔接和消能
水力学 泄水建筑物下游水流衔接与消能
2
1
Байду номын сангаас
1
a ht
2S1 sin 2
ts ht
tan 2
a ht 2S1 cos2
冲刷坑深度估算用经验公式
坎型尺寸的选择：常用连续式挑坎，挑 坎尺寸包括挑角、反弧半径、及挑坎高 程，使用合理时可在同样的水力条件下 射程最大，冲刷坑深度较浅
9.3 面流及消能戽简介
主流在表面，旋涡在下游，对河床的冲 刷轻，有利于漂木、泄冰
应严格控制水下游水深，便其稳定并保 持在相应范围内
通过水工模型试验可比较准确确定尺寸
消能戽是结合底流面流的一种综合消能 方式
与底流比较：不需专门的消能池、工程 量小
与面流比较：适应水深变化范围广，流 态稳定
缺点：戽面戽端易被水流磨损，下游尾 水波动大，冲刷岸坡
Ch9 泄水建筑物下游的水流衔接与 消能
泄水建筑物下泄的高速水流对建筑物及 河道的破坏大，需要消能
衔接与消能措施大致有三种：
底流式消能、挑流式消能、面流式消能， 可结合使用或单独使用
9.1 底流消能的水力计算
应用面广，基本的消能型式
其水深计算公式从应用能量方程推导得
E0
hc
Q2
2gAc2 2
一般用试算法求解，也可借助于一些专 门的图表来简化计算
2、在护坦末端修建消能坎的消能池坎高 的计算
3、辅助消能工
4、护坦下游的河床保护
9.2 挑流消能的水力计算
优点是可以节省下游护坦，构造简单， 便于维修，缺点是雾气大，尾水波动大
水力计算内容：按已知的水力条件选定 适宜的挑坎型式、反弧半径、挑射角、 挑流射程及下游冲刷坑深度
挑流射程：
L
2
第九章-泄水建筑物下游的水流衔接
hc1 4.77 0.475 2.27m hc1 4.77 1.82 8.68m 因hc1 8.68 10故坎后为淹没水跃衔接。 可取坎高c 8.54m
三 消力池长度LK 计算 LK 0.7 ~ 0.8 Lj Lj 10.8hL FrL 1 0.98
Frc
q2 ghc3
第九章 泄水建筑物下游的水流衔接 与消能
• 9-1 试求实用断面堰下 游收缩断面的水深，并 判断下游的水跃衔接形 式。
• 已知：高坝p1与p2均为 7m ； 单 宽 流 量 q 为 8m3/s-m ； 流 量 系 数 m 为0.49；流速系数φ为 0.95；下游水深ht为3m。
• 解： • （一）计算收缩断面水深ｈc因ht< p2为自由出
先假设消能坎为非淹没堰，即s 1
取消能坎的流量系数m1 0.42则
H10
（ q
sm1
）2 / 3 2g
（
32.6
）2 / 3
1 0.42 29.8
6.74m
q2
32.62
H1 H10 2g
jhc
2
6.74 2 9.8 1.0514.32
6.48m
c jhc H1 1.0514.3 6.48 8.45m
设d 0.9m 于是
E0 E0 d 9.4 0.9 10.3m
c
E0 hk
10.3 1.87
5.51
0.95 查附图1得：c1 0.327，c1 2.31
hc1 0.3271.87 0.61m
hc1 2.311.87 4.32m
Z
q2 2g
[
1
ht
2
1
jhc1
解：根据已知数据可得 p1 250.15 180 70.15m H 267.85 250.15 17.7m p1 70.15 3.96 1.33为高坝 H 17.7 ht 210.5 180 30.5m a 218.5 180 38.5m z 267.85 210.5 57.35m S1 267.85 218.5 49.35m p 250.15 218.5 31.65m
三 消力池长度LK 计算 LK 0.7 ~ 0.8 Lj Lj 10.8hL FrL 1 0.98
Frc
q2 ghc3
第九章 泄水建筑物下游的水流衔接 与消能
• 9-1 试求实用断面堰下 游收缩断面的水深，并 判断下游的水跃衔接形 式。
• 已知：高坝p1与p2均为 7m ； 单 宽 流 量 q 为 8m3/s-m ； 流 量 系 数 m 为0.49；流速系数φ为 0.95；下游水深ht为3m。
• 解： • （一）计算收缩断面水深ｈc因ht< p2为自由出
先假设消能坎为非淹没堰，即s 1
取消能坎的流量系数m1 0.42则
H10
（ q
sm1
）2 / 3 2g
（
32.6
）2 / 3
1 0.42 29.8
6.74m
q2
32.62
H1 H10 2g
jhc
2
6.74 2 9.8 1.0514.32
6.48m
c jhc H1 1.0514.3 6.48 8.45m
设d 0.9m 于是
E0 E0 d 9.4 0.9 10.3m
c
E0 hk
10.3 1.87
5.51
0.95 查附图1得：c1 0.327，c1 2.31
hc1 0.3271.87 0.61m
hc1 2.311.87 4.32m
Z
q2 2g
[
1
ht
2
1
jhc1
解：根据已知数据可得 p1 250.15 180 70.15m H 267.85 250.15 17.7m p1 70.15 3.96 1.33为高坝 H 17.7 ht 210.5 180 30.5m a 218.5 180 38.5m z 267.85 210.5 57.35m S1 267.85 218.5 49.35m p 250.15 218.5 31.65m
《水力分析与计算》微课_挑流消能水力计算举例.
《水力分析与计算》微课
——挑流式消能水力计算举例
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
内容回顾
空中消耗了部分余能
水垫消能
水力分析与计算
下游局部冲刷
挑流引起的雾化水滴
主要内容
一、挑距的计算 二、冲刷坑的估算 三、连续式挑坎尺寸的拟定
四、典型例题
水力分析与计算
水力分析与计算
1 2 s1 1 s1 z s1
2
cos
ts Ks q
0.5
z
0.25
ht
四、典型例题
a ht L0 1 s1 sin 2 1 1 2 2 1 s1 sin )
2
T ht L1 tg
cos
一、挑距的计算 及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律 L LO L1
(一)空中挑距的计算
a ht L0 1 s1 sin 2 1 1 2 2 s sin ) 1 1
2
流能比 K
q g s1
1.5
0.055 3 1 坝面的流速系数 1 K 0.5
水力分析与计算
要求K 0.004 0.15
K 0.15, 取1＝0.95
一、挑距的计算
(二)水下挑距的计算
T ht L1 tg
cos
入水角
水力分析与计算
1 2 s1 1 s1 z s1
2
cos
二、冲刷坑的估算
ts Ks q z
0.5
0.25
ht
反弧半径 R (4 ~ 10)hc
挑坎高程等于或略高于下游最高尾水位
——挑流式消能水力计算举例
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
内容回顾
空中消耗了部分余能
水垫消能
水力分析与计算
下游局部冲刷
挑流引起的雾化水滴
主要内容
一、挑距的计算 二、冲刷坑的估算 三、连续式挑坎尺寸的拟定
四、典型例题
水力分析与计算
水力分析与计算
1 2 s1 1 s1 z s1
2
cos
ts Ks q
0.5
z
0.25
ht
四、典型例题
a ht L0 1 s1 sin 2 1 1 2 2 1 s1 sin )
2
T ht L1 tg
cos
一、挑距的计算 及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律 L LO L1
(一)空中挑距的计算
a ht L0 1 s1 sin 2 1 1 2 2 s sin ) 1 1
2
流能比 K
q g s1
1.5
0.055 3 1 坝面的流速系数 1 K 0.5
水力分析与计算
要求K 0.004 0.15
K 0.15, 取1＝0.95
一、挑距的计算
(二)水下挑距的计算
T ht L1 tg
cos
入水角
水力分析与计算
1 2 s1 1 s1 z s1
2
cos
二、冲刷坑的估算
ts Ks q z
0.5
0.25
ht
反弧半径 R (4 ~ 10)hc
挑坎高程等于或略高于下游最高尾水位
水利讲义0泄水建筑物下游水流衔接以及消能
可见，底流消能的效果十分显著。所以，中小型溢 流坝或者地质较差的各类泄水建筑物多采用底流消能。 这是一种基本的消能形式，我国获得广泛应用。
底流消能的水力计算任务：
分析建筑物下游的水流衔接形式 判定水跃发生的位置 确定必要的工程措施
10.1.1 泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
0
判断下游水面衔接形式
淹没系数定义为 远驱式水跃
j
ht hc "
j
ht hc "
1
临界水跃
j
ht hc "
1
淹没水跃
j
ht hc "
1
工程设计中
j
ht hc "
1
淹没水跃
淹没水跃系数
j
ht hc "
1.05 ~ 1.10
水跃稳定、消能效果好、淹没程度也不大
j
ht hc "
1.2
随下游水深的升高，在主 流的下游，形成一个漩滚区，类 似底流，在鼻坎下部也有一个漩 涡，把主流与消力池底板隔离， 是面流。
淹没混合流
鼻坎附近形成有三个漩滚，鼻坎底下为 漩滚，上部为主流，漩滚将主流与底板隔离， 这部分属于面流。
最下游的漩滚为水跃漩滚，底流位于底 部，这部分为底流。
最上游的漩滚标志着淹没水跃。
hc
基准面
0
c
αv02 2g
H
P1
0
E0
hc
cvc2 2g
vc2
2g
hc
(c
) vc2 2g
E0
P2
底流消能的水力计算任务：
分析建筑物下游的水流衔接形式 判定水跃发生的位置 确定必要的工程措施
10.1.1 泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
0
判断下游水面衔接形式
淹没系数定义为 远驱式水跃
j
ht hc "
j
ht hc "
1
临界水跃
j
ht hc "
1
淹没水跃
j
ht hc "
1
工程设计中
j
ht hc "
1
淹没水跃
淹没水跃系数
j
ht hc "
1.05 ~ 1.10
水跃稳定、消能效果好、淹没程度也不大
j
ht hc "
1.2
随下游水深的升高，在主 流的下游，形成一个漩滚区，类 似底流，在鼻坎下部也有一个漩 涡，把主流与消力池底板隔离， 是面流。
淹没混合流
鼻坎附近形成有三个漩滚，鼻坎底下为 漩滚，上部为主流，漩滚将主流与底板隔离， 这部分属于面流。
最下游的漩滚为水跃漩滚，底流位于底 部，这部分为底流。
最上游的漩滚标志着淹没水跃。
hc
基准面
0
c
αv02 2g
H
P1
0
E0
hc
cvc2 2g
vc2
2g
hc
(c
) vc2 2g
E0
P2
水工泄水建筑物下游消能水力计算培训
(二)挑坎尺寸拟定
挑角 150 ~ 350
反弧半径 R (4 ~ 10)hc 挑坎高程等于或略低于下游最高尾水位
第三节 挑流消能的水力计算
冲刷坑后坡 i T L
许可的冲刷坑最大后坡
ik
1 2.5
~
1 5
i iK 时，冲刷坑不会危及坝身的安全
举例
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第三节 挑流消能的水力计算
三、连续式挑坎尺寸的拟定
(一)挑坎形式
连续坎
差动坎
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第三节 挑流消能的水力计算
一、挑距的计算 L LO L1
(一)空中挑距的计算
L0 12s1 sin 2 1
1
a
12 s1
ht sin 2
)
坝面的流速系数
1
3
1
0.055 K 0.5
流能比 K q
g s11.5
要求K 0.004 0.15
K 0.15, 取1＝0.95
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
一、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
需要消能 不需要消能
工程中采常采用稍有淹没的水跃衔接消能，即
j
ht hc "
1.05
~ 1.1
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第二节 底流式衔接与消能
二、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第一节 概述
二、泄水建筑物下游水流衔接与消能的主要形式
底流式衔接消能 面流式衔接消能 戽流型衔接消能 挑流型衔接消能
挑角 150 ~ 350
反弧半径 R (4 ~ 10)hc 挑坎高程等于或略低于下游最高尾水位
第三节 挑流消能的水力计算
冲刷坑后坡 i T L
许可的冲刷坑最大后坡
ik
1 2.5
~
1 5
i iK 时，冲刷坑不会危及坝身的安全
举例
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第三节 挑流消能的水力计算
三、连续式挑坎尺寸的拟定
(一)挑坎形式
连续坎
差动坎
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第三节 挑流消能的水力计算
一、挑距的计算 L LO L1
(一)空中挑距的计算
L0 12s1 sin 2 1
1
a
12 s1
ht sin 2
)
坝面的流速系数
1
3
1
0.055 K 0.5
流能比 K q
g s11.5
要求K 0.004 0.15
K 0.15, 取1＝0.95
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
一、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
需要消能 不需要消能
工程中采常采用稍有淹没的水跃衔接消能，即
j
ht hc "
1.05
~ 1.1
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第二节 底流式衔接与消能
二、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
第八章 水工泄水建筑物下游消能水力计算
第一节 概述
二、泄水建筑物下游水流衔接与消能的主要形式
底流式衔接消能 面流式衔接消能 戽流型衔接消能 挑流型衔接消能
水力学——泄水建筑物下游的水流衔接与消能
第二节 底流式衔接与消能 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：
E
PH
h (
)
V c
2
0
`
0
c
c
2g
令流速系数 1
c
E h
V2 c
0
c 2g 2
E h Q2
0
c 2gA 2 2
c
对矩形断面： E h q2
0
c 2gh 2 2
c
二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响
称为淹没式水跃衔接。
水跃的淹没程度用水跃淹没系数表示：
h t
j h
c
工程中常采用淹没系数为 1.05 ~ 1.10 的淹没水跃
j
三、消能池的水力计算
1．降低护坦高程所形成的消能池
（1）消能池深度d的计算：
A、计算护坦高程降低后的收缩断面水深
E E d h q2
0
0
2gh c1
2
2
c1
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、流速分布护坦高程降低后的收缩断面水深的跃后水深
h
h c1
(
18 q2
1)
c1
2
gh 3
c1
C、计算消能池出口处的水面跌落
q2 1
1
z [
]
2g (h )2 ( h)2
t
j c1
水力学第九章泄水建筑物下游水流消能与衔接赵
外。
Lk = (0.7 ~ 0.8)Lj
对闸孔出流下的消力池，池长可按下式计 算：
Lk = (0.5 ~ 1.0)e + (0.7 ~ 0.8)Lj
护坦末端修建消能坎所形成的消力池
坎高c的确定：
c = hT − H1 = σ jhc′′ − H1
H1
=
H10
−
v12 2g
=( q
σ sm
2g
下游水流波动大、挑流鼻坎易气蚀破坏及雾 化严重；当河床基岩破碎或河床狭窄岸坡陡 峻时，可能造成河床严重冲刷或岸坡塌滑。
选定鼻坎形式、确定反弧半径、坎顶高程和 挑射角，估算水股挑距、冲坑深度以及对建 筑物的影响等。
挑流射程的计算
挑流射程L应包括空中射程L0和水下射程L1， 即：
L = L0 + L1
hc′′ = ht 临界水跃
hc′′ > ht 远离水跃
hc′′ < ht 淹没水跃
收缩断面水深的计算
选通过下游收缩断面底
部水平面为基准面，列
堰上游断面0-0及下游
收缩断面c-c的能量方
程，得
P2
+H
+ α0v02
2g
= hc
+ αcvc2
2g
+ζ
vc2 2g
E0
=
P2
+
H
+
α0v02ຫໍສະໝຸດ )2 / 3−q2 2 ghT2
=
(
σ
q sm
2g
)2 / 3
−
q2
2g(σ jhc′′)2
消力坎式消力池设计注意事项
在开始计算时，由于坎高尚未确定，无法判别过坎 水流是否为淹没出流。因此，需试算求解坎高c。
Lk = (0.7 ~ 0.8)Lj
对闸孔出流下的消力池，池长可按下式计 算：
Lk = (0.5 ~ 1.0)e + (0.7 ~ 0.8)Lj
护坦末端修建消能坎所形成的消力池
坎高c的确定：
c = hT − H1 = σ jhc′′ − H1
H1
=
H10
−
v12 2g
=( q
σ sm
2g
下游水流波动大、挑流鼻坎易气蚀破坏及雾 化严重；当河床基岩破碎或河床狭窄岸坡陡 峻时，可能造成河床严重冲刷或岸坡塌滑。
选定鼻坎形式、确定反弧半径、坎顶高程和 挑射角，估算水股挑距、冲坑深度以及对建 筑物的影响等。
挑流射程的计算
挑流射程L应包括空中射程L0和水下射程L1， 即：
L = L0 + L1
hc′′ = ht 临界水跃
hc′′ > ht 远离水跃
hc′′ < ht 淹没水跃
收缩断面水深的计算
选通过下游收缩断面底
部水平面为基准面，列
堰上游断面0-0及下游
收缩断面c-c的能量方
程，得
P2
+H
+ α0v02
2g
= hc
+ αcvc2
2g
+ζ
vc2 2g
E0
=
P2
+
H
+
α0v02ຫໍສະໝຸດ )2 / 3−q2 2 ghT2
=
(
σ
q sm
2g
)2 / 3
−
q2
2g(σ jhc′′)2
消力坎式消力池设计注意事项
在开始计算时，由于坎高尚未确定，无法判别过坎 水流是否为淹没出流。因此，需试算求解坎高c。
泄水建筑物下游的水流衔接与消能
第9章
泄水建筑物下游的水流衔接与消能
1、问题：高速下泄水流对河床的冲刷 2、任务：消除下泄水流多余的能量 3、解决办法： 能量转化
底流式消能 常用消能措施： 挑流式消能 面流式消能
1、底流式消能（underflow energy dissipation）
——利用水跃消能
2、挑流式消能(ski-jump energy dissipation)
d j hc1 (ht z)
6、比较 d1 , d 2 ；
d d1 d 2 较大时，重新假设d进行 试算，重复步骤2～6，直到 d 满足要求。
粗略估算： d j hc ht
4、消能池长度Lk的确定：
Lk＝（0.7～0.8）Lj
Lj 10.8h1 (Fr 1)0.93 1
1、坎高c的设计 1) 满足的条件: 消能要求:
hT j hc
几何要求:
hT c H1
出池能量条件: 看成折线型或曲线型实用堰
H10 H1
v
2 1 1
2g
q 1q 2/3 H1 ( ) s m1 2 g 2 g ( j hc ) 2
2
出池能量条件:
q 1q 2 H1 ( )2 / 3 s m1 2 g 2 g ( j hc ) 2
——利用挑流水舌 与水滚消能
3、面流式消能(surface flow energy dissipation)
——利用表面旋 滚消能
下图采用消能戽是一种底流和面流结合应用的实例。
9.1 底流消能的水力计算
主要内容：
1、控制断面水深hc的计算 2、水跃位置与形式的判别 3、消能池的设计
一、控制断面水深hc的计算 1、推导：利用能量方程（E.E）
泄水建筑物下游的水流衔接与消能
1、问题：高速下泄水流对河床的冲刷 2、任务：消除下泄水流多余的能量 3、解决办法： 能量转化
底流式消能 常用消能措施： 挑流式消能 面流式消能
1、底流式消能（underflow energy dissipation）
——利用水跃消能
2、挑流式消能(ski-jump energy dissipation)
d j hc1 (ht z)
6、比较 d1 , d 2 ；
d d1 d 2 较大时，重新假设d进行 试算，重复步骤2～6，直到 d 满足要求。
粗略估算： d j hc ht
4、消能池长度Lk的确定：
Lk＝（0.7～0.8）Lj
Lj 10.8h1 (Fr 1)0.93 1
1、坎高c的设计 1) 满足的条件: 消能要求:
hT j hc
几何要求:
hT c H1
出池能量条件: 看成折线型或曲线型实用堰
H10 H1
v
2 1 1
2g
q 1q 2/3 H1 ( ) s m1 2 g 2 g ( j hc ) 2
2
出池能量条件:
q 1q 2 H1 ( )2 / 3 s m1 2 g 2 g ( j hc ) 2
——利用挑流水舌 与水滚消能
3、面流式消能(surface flow energy dissipation)
——利用表面旋 滚消能
下图采用消能戽是一种底流和面流结合应用的实例。
9.1 底流消能的水力计算
主要内容：
1、控制断面水深hc的计算 2、水跃位置与形式的判别 3、消能池的设计
一、控制断面水深hc的计算 1、推导：利用能量方程（E.E）
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二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
工程中采常采用稍有淹没的水跃衔接消能，即
《水力分析与计算》微课
——泄水建筑物下游水流 衔接形式判别
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
问题的提出
1、在河道修建水工建筑物后，抬高上游水位 2、为降低工程造价，过水宽度缩窄
冲刷破坏 恶劣流态：回
流、波浪、折冲 水流等。
3 例:四川二滩电站,其泄洪流量 Q 23900m / s ,上下游落差 H 168m
余能的功率 :
水力分析与计算
N QH 9.8 23900 168 3.93107 kW
主要内容
一、泄水建筑物下游水流衔接与消能主要形式 二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能
的影响
水力分析与计算
一、泄水建筑物下游水流衔接与消能主要形式 衔接消能的主要形式 层流和紊流
底流式衔接消能 挑流式衔接消能 面流型衔接消能
消能设计
ht j 1.05 ~ 1.1 hc "
水力分析与计算
• 主持单位： 广东水利电力职业技术学院 • 黄河水利职业技术学院
参建单位：杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院
长江工程职业技术学
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ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
工程中采常采用稍有淹没的水跃衔接消能，即
《水力分析与计算》微课
——泄水建筑物下游水流 衔接形式判别
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
问题的提出
1、在河道修建水工建筑物后，抬高上游水位 2、为降低工程造价，过水宽度缩窄
冲刷破坏 恶劣流态：回
流、波浪、折冲 水流等。
3 例:四川二滩电站,其泄洪流量 Q 23900m / s ,上下游落差 H 168m
余能的功率 :
水力分析与计算
N QH 9.8 23900 168 3.93107 kW
主要内容
一、泄水建筑物下游水流衔接与消能主要形式 二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能
的影响
水力分析与计算
一、泄水建筑物下游水流衔接与消能主要形式 衔接消能的主要形式 层流和紊流
底流式衔接消能 挑流式衔接消能 面流型衔接消能
消能设计
ht j 1.05 ~ 1.1 hc "
水力分析与计算
• 主持单位： 广东水利电力职业技术学院 • 黄河水利职业技术学院
参建单位：杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院
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