泄水建筑物消能设计

淹没度较大 时消 能 效率 比较 低 ， 同时 水跃 段 的 长度 也 比较 大， 临界水跃 消能效率 比较高 ， 保护 的范 围也 最短 ， 是水 需 但
跃 发 生 的位 置 不 够 稳 定 。 因此 ， 实 际 的 工 程 中 采 用 的 是 稍 在
有 淹 没 的水 跃 衔 接 。
２ 水 跃消 能
的关 系 式 。
应用水跃方程 ， ： 有
：
＾： （ ： 阜 而 。
２
ｎ
一） １
（ ２ ）
（） ３
图 ２中表 面 旋 滚 起 点 过 水 断 面 １—１ 为 跃 前 断 面 ， 断 称 该 面处 水 深 称 为跃 前水 深 。 表 面 旋 滚 末 端 的 过 水 断 面 ２— ２称 为跃 后 断 面 ， 断 面 处 的 水 深 ｈ 该 称 为 跃 后 水 深 。跃 前 、 水 后
段。
池末局部水深 ｈ 略大于临界水跃的跃后水深 。 ， ： 可表达
为： ｈ ｒ＝ ｌ＝ ｈ ＋ｓ ‘ ＋△ （） １
式 中 ： 为 水 跃 的淹 没 安 全 系数 ， 一般 取 ＝１０ ． ５—１１ 。 ．０
上式中的ｓ 、 都是未知数， 、 。 尚需另外建立 ：和
２１ ０ ０年 第 ３期 （ ３卷） 第 ８
黑
龙
江百度文库
水
利
科
技
Ｎｏ ３ ２ Ｏ ． ． ０１
Ｈｅｏ ｇａ ｇＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｆ ｔｒ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎｊ ｎ ｃｅ ｅａｄＴｃ ｎｌ ｙｏ ｅ ｎｅｖ ｙ ｌ ｉ ｎ ｏ Ｗａ Ｃ ｎ ａ
（ ｏａ Ｎ ． ８ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
式 中： 收缩断面水 深 ｈ， 由下式求得 ： 可
Ｅ ＝ ｈｌ＋
二ｇ ，ｃ １
深之差称为跃 高 ， 之间的距离称为跃长 。 首先需要判 断水跃 发生的位置 ， 判断 时可视 收缩断 面处
水 深 为 跃 前 水 深 ， 游 河 渠 中 的 水 深 为 水 跃 发 生 的 跃 后 水 下
当ｈ ＜ ｈ 此 时下 游 水 流 的 断 面 比 能 大 于 临 界 水 跃 跃 后 ：
断 面的比能 ， 使水跃 涌 向上游并 淹 没了 收缩断 面 ， 形成 淹没
式水跃衔接 。 当ｈ ＞ ｈ 此 时水 流通 过 收缩 断 面 之 后 还 有 一 段 壅 水 的
床和下 游渠 道会 产生强烈的冲刷 ， 消能 防冲是泄水 建筑 物设
计 中 的 一项 主 要 内 容 。 从 物 理 概 念 说 ， 量 是 不 能 消 掉 的 ， 能
实 际上 我们 要做 的 只是设法 使有 危 害的机 械能 尽量 转换 成
热 能 而 消散 去 ， 水 流 在 预 计 的 空 间 ， 过 水 与 水 、 与 固 体 让 通 水
急 流， 种衔 接型式称远离式水跃衔接。 这
深。
在 对 消 力 池 出 口水 流 段 能 量 方 程 ：
ｇ‘ｇ 妒 ｎ 豪
一
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（ ４ ）
式 中 ： 为 流速 系 数 。 妒 以上 ４个 方 程 构 成 的 方 程 组 ， 可求 得 消 能 池 的 挖 深 。 如 果 忽 略 计 算 式 中 的 流 速 水 头 ， 以 尚未 降 低 底 坎 并
水 流 由 急 流 过 渡 到缓 流 ， 产 生 一 种 水 面 突 然 跃 起 的 特 会 殊 的 局 部水 力 现 象 ， 为 水 跃 。 称 水 跃 的 运 动 要 素 变 化 得 很 剧 烈 。 上 图 绘 出 了 水 跃 段 中 和跃 后 一些 断 面 上 的 流 速 分 布 图 。从 图 中 可 以 看 出 ， 速 急 流
远 离 式 水 跃 因急 流段 需 要 保 护 而 不 经 济 ， 没 式 水 跃 当 淹
边界 、 水与空气等各种相互摩擦 、 掺 、 混 冲击 、 碰撞等 方式 ， 实 现能量 的转 换。消能方 式可 按高 速主 流 的位置 与状 态分 为 底 流水跃 消能 、 挑流消能 、 戽斗或跌 坎面流消能等几类 。
３ 底流 消能 的设 计
在 尚未 采 取 工 程 措 施 时 ， 判 断 自然 衔 接 发 生 远 离 式 水 经 跃 时 ， 可决 定 采 取 工 程 措 施 修 建 消 能 池 。其 主 要 的 设 计 计 便
算任务就是计算 消能池 的挖深 和池 长。
３ １ 池 深 的确 定 ．
剧 变化 和水跃 段 中最大 流速靠 近底 部 的情况 。在水 跃表 面 旋 滚与主流的交界面附近旋涡强烈 ， 从而 导致该 处水流 的激
文 章 介 绍 了水 跃 的概 念 、 跃 的衔 接 型 式 ， 能 的 原 理 ， 以实 例 加 以说 明 。 水 消 并
关键 词 ： 水跃 ； 底流消能 ； 消力池 ； 深； 池 池长
中 图分 类号 ：Ｖ ５ Ｔ ６３
文 献 标 识 码 ： Ａ
１ 引 言
建 筑 物 的 下 泄 水 流 具 有 以动 能 为 主 的 大 量 机 械 能 ， 河 对
烈 紊 动 、 掺 ， 得 紊 流 的 附 加 切 应 力 远 较 一 般 渐 变 紊 流 的 混 使 为 大 。很 大 的紊 流 附 加 切 应 力 使 跃 前 断 面 水 流 的 大 部 分 动 能 在 水 跃 段 中转 化 为 热 能 而 消 失 。 在 跃 后 断 面 ２—２处 ， 流 速 的分 布还 是很 不 均 匀 的 （ 图 １ 。 同 时 ， 处 的 紊 流 强 度 见 ） 该 也 远 较 正 常 的渐 变 紊 流 为 大 。 直 到 断 面 ３—３处 ， 流 强 度 紊 才 基 本恢 复 正 常 。 断 面 ２— ２与 断 面 ３— ３之 间 的 流 段 称 跃 后
文 章编 号 ：０７— ５ ６ ２ １ ）３— １５—０ １０ ７ ９ （０ ０ ０ ０ ５ ２
泄 水 建 筑 物 消 能 设 计
许美芳， 宋广 旭
（ 原 县 水 务 局 ， 龙 江 汤原 １４ ０ 汤 黑 ５ ７０）
摘 要 ： 水流从急流向缓流过渡的过程 中必 然发生水跃 ， 通过 工程措施 消除水流 能量对建筑 物下游 的破坏是 设计 师必做 的工作 。