差动式挑流消能挑距分析
水流消能
泄水建筑物下游水流衔接与消能 【教学基本要求】 1、了解泄水建筑物下泄水流的特点和衔接消能方式。 2、掌握底流消能的水力设计方法，会进行消力池尺寸的计算。 3、了解挑流消能的基本概念 【内容提要和学习指导】 1.1 概述 （1）泄水建筑物下游水流的消能方式 经堰、闸、桥、涵、陡坎等泄水建筑物下泄的水流，流速高，动能大，必须采取工程措施消耗水流多余的能量，防止其对下游河床的严重冲刷和淤积，避免破坏水工建筑物的正常运行。 常用的消能方式有3种：底流消能、挑流消能、面流消能。此外还有兴建消力戽的消能方式。 ①底流型衔接消能 底流式消能就是在泄水建筑物下游采取一定的工程措 施，使沿建筑物下泄的急流贴槽底射出，利用水跃原理，有 效地控制水跃发生的位置，使下泄的高速水流通过水跃转变 为缓流，通过主流在水跃区的扩散、混掺达到消能的目的。 这种衔接消能方式中，高流速的主流位于底部，故称为底流型衔接消能。如图所示。 ②挑流型衔接消能 挑流型衔接消能就是利用下泄水流所挟带的巨大动能，采用挑流鼻坎因势利导将水股 挑射空中，后跌落在离建筑物较远的下游，使射流所造成的 冲刷坑不会危及水工建筑物的安全。下泄水流的余能一部分 在空中消散，大部分则在水股跌入下游冲刷坑水垫塘之后， 通过水股前后两侧的水滚而消除。如图所示。 ③面流型衔接消能 面流型衔接消能就是在建筑物的出流部分采用跌 坎，将泄出水流导入下游水域表层（当然要求下游水 深比较大而且比较稳定），主流和河床之间由巨大的底 部漩滚隔开，避免了高速主流对河床的冲刷。余能主 要通过水舌扩散、流速分布的调整以及底部漩滚主流之间的相互作用而消除。由于衔接消能段高速主流位于表层，故称为面流型衔接消能。如图所示。
浅谈水库溢洪道消能设计
浅谈水库溢洪道消能设计 发表时间：2015-10-10T10:06:28.913Z 来源：《基层建设》2015年8期作者：郑富春[导读] 深圳市水务规划设计院本文对于水库溢洪道消能工的各种型式选择原则及方法进行阐述，并结合工程实际对溢洪道消能设计和消能率复核的方法进行说明。深圳市水务规划设计院 摘要：本文对于水库溢洪道消能工的各种型式选择原则及方法进行阐述，并结合工程实际对溢洪道消能设计和消能率复核的方法进行说明。 关键词：水库；溢洪道；消能设计前言 溢洪道的建设是为保证水库大坝的安全，宣泄超过规划库容的洪水，防止洪水溢坝，必须设置溢洪道。溢洪道下泄水流能量巨大，若不经妥善处理，必会导致下游河床受到严重冲刷，甚至可能引起岸坡坍塌、大坝失事的灾难性后果，所以又必须设置消能设施。溢洪道消能设计主要基于能量转换原理，通过造成水流内部紊动漩滚、水股之间扩散碰撞、水流与固体边界摩擦撞击、水流与周围空气摩擦掺混等途径，消耗水流动能，减轻对下游河床的冲击和破坏。《溢洪道设计规范》（DL/T 5166-2002）在其条文说明5.5.1条中列出了4种消能型式，即底流消能、挑流消能、面流消能和戽流消能。目前，水库溢洪道使用比较多的是挑流消能和底流消能，据统计两种型式比例分别达到85%和15%。随着水利水电工程实践的发展，近年来出现了一些新的消能型式，例如引入T型墩、宽尾墩、台阶式消能、多种消能型式复合等。水利工程与当地自然地理、气候条件、水文地质等关系很大，因势利导、因地制宜的特点非常突出，反映在溢洪道消能设计方面也是百花齐放、各具特色，因此如何选择溢洪道消能型式、怎样进行消能防冲设计是一个常讲常新的话题，本文就此进行了分析和探讨。 一、溢洪道消能型式选择（一）消能型式选择原则消能型式应满足技术经济原则。从技术上讲，应选择先进、可靠、安全、消能率高的型式，例如戽流消能虽具有消能效果好、体积小、工程量少、施工方便等优点，但国内几乎没有溢洪道戽流消能案例[1]，理论研究和工程实践都不成熟，所以不应成为首选。从经济角度考虑，工程量要小、造价适中。溢洪道是特定条件下使用的泄水建筑物，一般不会使用很频繁，因此在保证安全可靠的前提下，没有必要设计的过于复杂，为了提高经济效益，应选择简洁、高效的型式，这样有利于控制成本。（二）消能工型式选择方法4种主要消能型式的优缺点、适用范围如表1所示。 表1 溢洪道消能工适用表 在考虑消能工型式时，主要从地形条件、地质条件、泄流条件以及运行方式、下游水深、河床抗冲能力、下游水流衔接、泄流雾化影响等方面综合考虑。由表1可见，面流消能和戽流消能适用于下游水深较大的场合，而挑流消能和底流消能对这方面的要求不高，所以通过水利计算得到的消能所需的下游水深-单宽流量的消能率定曲线，与根据下游水位流量关系绘制的下游水深-单宽流量的尾水率定曲线进行比较，可以判断选择哪一类消能型式更适合。 由于河道较宽，任何流量条件下溢洪道满足消能所需的下游水深始终大于尾水深度。由于尾水深度不足，显然不适合采用面流消能和戽流消能型式，所以应在挑流消能和底流消能之间进行选择。再结合地质情况，因为地表依次为耕作土层、粉土层、强风化岩层和中风化岩层，总厚度达8～15m，抗冲条件较差。再加上水头较小，其下泄校核标准流量的挑距为31m，冲刷坑深度达11.8m，存在严重安全隐患，所以选择挑流消能型式也不适合，只有选用底流消能型式了。 二、溢洪道消能防冲设计（一）消能结构设计
水力学(绪论、泄水建筇物下游的水流衔接与消能)-试卷1
水力学（绪论、泄水建筇物下游的水流衔接与消能）-试卷1 (总分：78.00，做题时间：90分钟) 一、判断题请判断下列各题正误。(总题数：4，分数：8.00) 1.液体不能承受切力。 ( ) （分数：2.00） A.正确 B.错误√ 解析： 2.液体的内摩擦力与正压力成正比，与作用面面积无关。 ( ) （分数：2.00） A.正确 B.错误√ 解析： 3.速度越大，液体的内摩擦力越大。 ( ) （分数：2.00） A.正确 B.错误√ 解析： 4.计算消力池池深的设计流量是建筑物下泄的最大流量。 ( ) （分数：2.00） A.正确 B.错误√ 解析： 二、单项选择题(总题数：3，分数：6.00) 5.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00） __________________________________________________________________________________________ 解析： 6.计算消力池池长的设计流量一般选择________。 ( ) （分数：2.00） A.使池深最大的流量 B.泄水建筑物的设计流量 C.使池深最小的流量 D.泄水建筑物下泄的最大流量√ 解析： 7.下面几种情况，哪一种情况不需做消能工(h t为下游水深；h c "为临界水跃的跃后水深)。 ( ) （分数：2.00） A.h c "＞h t／1．05 B.h c "＜h t／1．05 √ C.h c "=h t D.h c "＜1．05h t 解析： 三、填空题(总题数：9，分数：18.00) 8.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00） __________________________________________________________________________________________ 解析：
某大坝溢洪道的挑流消能设计探析
某大坝溢洪道的挑流消能设计探析 【摘要】简述了某大坝溢洪道的体型设计，对水工模型试验、运行情况进行了简要说明以供类似的高坝泄流设计参考。 【关键词】大坝；溢洪道；挑流消能 The some big dam spillway pick to flow to eliminate an ability design discussion and analysis Gao Hua-feng (Xinjiang yili water conservancy electric power survey design research institute Yining Xinjiang 835000) 【Abstract】The type of figure design of some big dam spillway, to water work model experiment, circulate the circumstance carried on a synopsis elucidation with provide similar of Gao Ba4 Xie4 flow a design reference. 【Key words】Big dam;Spillway;Pick to flow to eliminate an ability 1. 工程概况 某大坝是一座以发电为主，兼顾灌溉、防洪、养殖等综合利用的工程，枢纽建筑物主要有大坝、发电引水隧洞、厂房及升压站。大坝为浆砌石双曲薄拱坝，正常蓄水位为421.0m，水库总库容3505×104m3。大坝设计基坑底部高程为323m，坝顶高程为423.5m，设计的最大坝高为100.5m，顶拱弧长为247.4m，大坝坝顶宽4.5m，拱冠梁底宽20.5m。坝体材料为C15细石砼砌块（条）石，上游设有C20砼防渗面板。 大坝溢洪道采用坝顶表孔式溢洪道，溢流净宽30m，共设3孔，每孔净宽10米，采用挑流消能。溢洪道进口设弧形钢闸门控制，钢闸门正常挡水高度5m，堰顶高程416m。河床高程约为331.0m。 2. 地形与地质条件 大坝址处河谷狭窄，呈“V”型，河床宽约30m，河床高程328～330m。坝址区出露的地层岩性为第四系崩坡积层及冲积层和燕山早期中细粒黑云母花岗岩及脉岩，其中崩坡积层为碎块石土，厚度1～5m，分布于两岸山坡及冲沟；冲积
鼻坎挑流消能工的新发展述评
:挑流消能在国内外泄水建筑中得到广泛应用，近年来，我国在高坝建设中，结合特有的高山，峡谷，大流量，高水头复杂的自然条件，对泄洪消能作了新的布置，挑流鼻坎体型的运用，研究和发展，已由简单单弧实体或差动式，对撞式趋向多样化，按其减轻冲刷的作用可作归纳为“纵向拉开，左右扩散，错开落点，导向防冲”。提出了宽尾墩、大差动挑坎、窄缝挑坎，各种扩散扭曲斜挑坎等新体型，并已在实践中获得较好的消能效果。 文章主题:挑流消能消能效果防冲设施挑能式消能工 文章内容：1997年9月水电工程研究第3期鼻坎挑流消能工的新发展述评袁玲玲肖兴斌(武汉长江科学院)【文摘挑流捎能在国内外泄水建筑物中得到了广泛应用,近年来,我国在高坝建设中.结合特有的高山,峡各,太流量,高水头复杂的自然条件,对泄洪捎能作出了新的布置,挑流鼻坎体型的运用,研究和发展,已由简单单弧实体或差动式,对撞式趋向多样化,按其减轻冲尉的作用可归纳为"纵向拉开,左右扩散.错开落点,导向防冲.提出了宽尾墩,太差动挑坎,窄缝挑坎,各种扩散扭曲斜挑坎等新体型,并已在实践中获得较好的消能效果.关键词】苎娑高山峡谷孰向拉开宽尾墩窄缝挑坎.皇!叶,泛电前言式诵陌工,1949年以前,我国仅有100以上高坝一座(即水丰水电站,坝高106).50和6年代完建的高坝有3座.而70--80年代共完建15座(其中坝高最高的龙羊峡水电站.坝高178).可见近20年内,我国高坝建设发展迅速.目前在建的二滩双曲拱坝.坝高240.在我国建坝史上首次突破了200大关,标志着我国高坝建设已跨人_个新的历史阶段.这些高坝的特点是:水头高,流量大,位于高山峡谷.给泄洪消能问题带来了困难.近年来.我国采用了在不同的高程上重叠布置和平面上沿河床纵向拉开的办法(如乌江渡,龙羊峡都是枢纽布置优化的典型,井已经实践取得了良好的效果).在消能防冲方面.特别是在挑流新型消能工的研究与应用方面.取得了显着的进展.鼻坎挑流消能采用了各种异形鼻坎及掺气分流墩,宽尾墩,太差动,扭曲贴角的窄缝挑坎,分流齿与差动挑坎的联合消能工等,已在工程上应用.取得了较好的成效.2高坝挑流对岩基冲刷问题的研究在挑流对岩基冲刷问题的研究方面,国内外学者做了大量工作.如1936年意大利的.根据晟大冲刷概念提出了计算冲刷深度经验公式≤1.9'.以后葡萄牙,前苏联,英国也相继提出了一些经验公式;我国陈椿庭1963年从能量损失观点出发.推导出计算冲刷深度经验公式=0～.该公式在我国得到广泛应用,对公式冲刷综合系数值,许多科技工作者根据岩石节理情况,结合
底流消能工布置
底流消能工布置 底流消能工的作用是通过在闸下产生一定淹没度的水跃来保护水跃范围内的河床免遭冲刷。淹没度过小，水跃不稳定，表面旋滚前后摆动；淹没度过大，较高流速的水舌潜入底层，由于表面旋滚的剪切，掺混作用减弱，消能效果反而减小。淹没度取1.05~1.10较为适宜。 底流式消能设施有三种形式：下挖式、突槛式和综合式，如图1所示。 图1 消力池形式 （a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式 当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池消能。消力池可采用斜坡面与闸底板相连接，斜坡面的坡度不宜陡于1：4。当闸下尾水深度略小于跃后水深时，可采用突槛式消力池消能。当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池深度又较深时，可采用下挖消力池与突槛式消力池相结合的综合式消力池消能。当水闸上、下游水位差较大，且尾水深度较浅时，宜采用二级或多级消力池消能。 下挖式消力池、突槛式消力池或综合式消力池后均应设海漫和防冲槽（或防冲墙）。 消力池末端一般布置尾槛，用以调整流速分布，减小出池水流的底部流速，且可在槛后产生小横轴旋滚，防止在尾槛后发生冲刷，并有利于平面扩散和消减边侧下游回流，见图2。图3为连续式的实体槛【图3（a）】和差动式的齿槛【图3（b）】。连续实体槛壅高池中水位 -1-
的作用比齿槛好，也便于施工，一般采用较多。齿槛对调整槛后水流流速分布和扩散作用均优于实体槛，但其结构形式较复杂，当水头较高、单宽流量较大时易空蚀破坏，故一般多用于低水头的中、小型工程。图中几何尺寸可供选用时参考，最终应由水工模型试验来确定。 图2 尾槛后的流速分布 图3 尾槛型式 (a)连续式；(b)差动式 标签：底流消能工设计突槛式 -2-
挑流消能计算书挑流消能计算书
挑流消能计算书 一、示意图： 二、基本设计资料 1．依据规范及参考书目： 武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版） 2．计算参数： 单宽流量q = 37.125 m3/s 上游水位高程E1 = 420.140 m 下游水位高程E2 = 383.515 m 鼻坎出口水深h = 2.954 m 下游水深ht = 3.515 m 鼻坎顶点高程E3 = 412.080 m 鼻坎反弧半径R = 14.600 m 坝面水平角φc = 3.43 度鼻坎挑角θ= 21.00 度 抗冲系数K = 1.500 三、计算过程 1．鼻坎至下游水面的挑距xp计算： 计算公式： x p＝{v2sinθscosθs+vcosθs×[v2sin2θs+2g(ΔS+hcosθs)]1/2}/g (式1.1) 式1.1中鼻坎出口断面的流速v可近似按下式计算： v ＝φ×(2gS1)1/2(式1.2) 式1.2中流速系数φ可按下面的经验公式计算：
φ＝[1-0.055/K11/2]1/3(式1.3) 式1.3中流能比K1＝q/(g1/2×Z1.5) (式1.4) 式1.4中上下游水位差Z ＝E1-E2 ＝36.625m 将Z代入式1.4得： K1＝37.125/(9.811/2×36.6251.5) ＝0.053 将K1代入式1.3得： φ＝[1-0.055/0.0531/2]1/3＝0.913 式1.2中上游水位至鼻坎顶点高差S1＝E1-E3 ＝8.060m 将φ、S1代入式1.2得： v ＝0.913×(2×9.8×8.060)1/2＝11.481 m/s 式1.1中水舌射出角θs ＝θ-(βo-α) (式1.5) 式1.5中溢流坝面与挑坎反弧末端切线的夹角βo ＝θ+φc βo ＝3.430+21.000 ＝24.430 度 式1.5中鼻坎出口断面中点水流方向与溢流坝面间夹角α可由图表查得从《水力计算手册》图4-3-4中根据βo与R/h'的值查得α＝19.257 度将βo、α代入式1.5得： θs ＝3.430-(24.430-19.257) ＝15.827 度 式1.1中鼻坎顶点与下游水位高差ΔS ＝E3-E2 ＝28.565m 将v、θs、ΔS代入式1.1得： x p＝{11.4812×sin15.83°×cos15.83°+11.481×cos15.83° ×[11.4812×sin215.83°+19.6×(28.565+2.954×cos15.83°)]1/2}/9.8 ＝31.716 m 2．冲刷坑深度t计算： 计算公式： t ＝K×q1/2×Z0.25-ht (式1.6) t ＝1.500×37.1251/2×36.6250.25-3.515 ＝18.969 m 3．水面以下水舌长度的水平投影Lc计算： 计算公式： Lc ＝T/tanβ(式1.7) 式1.7中水舌外缘与下游水面的夹角β按下式计算：
简述挑流消能在泄水中的应用及种类
简述挑流消能在泄水中的应用及种类 摘要针对挑流消能适用条件，以及各种挑流消能的方式，对各种挑流方式进行综合性分析讨论，并得出不同调流方式在坝体的综合性应用。 关键词挑流；鼻坎；雾化 引言 在水利过程中，坝体泄水建筑物下泄产生的高速水流具有以动能为主的大量机械能，此巨大水头可能对下游河床产生强烈的冲击。如若不能够正确处理，则无法保证泄洪时候的安全。因此，合理的泄水措施是保障工程安全，发挥坝体综合效益的有利报账。因此不可避免的就要进行消能防冲，本篇文章主要讲挑流消能。挑流消能是指在泄水建筑物末端设挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用，消除部分能量，然后跌落到離鼻坎较远的河槽中，在冲刷坑和一定的尾水深度所形成的水垫中消能。 1 挑流消能适用条件及挑流的研究意义 挑流消能的主要优点有：鼻坎结构简单，造价低，发生空蚀或者磨损后易于检修。鼻坎位于尾水位以上，不受尾水位变幅的影响。仅水垫深有所差异，只要冲坑远离坝角或泄水建筑物出口仍将安全，对挑流坎上的单宽流量q1适应性最强，其消能效果主要是利用坎上流速，使水舌远离坝角，冲击河床形成冲坑旋滚，消耗大部分能量。而冲坑深度的大小与水舌入水散度关系甚大。挑流消能一般不需要咋下游河床修建保护工程，因而工程最少，节省投资，同时设计施工方便，运行也可靠，因此在国内外得到广泛的应用[1]。 2 挑流的结构组成 挑流消能的基本体型参数只有反弧半径，射出角，此外还有鼻坎高程及坎唇高度。 2.1 鼻坎高程 鼻坎高程愈低，鼻坎出口段面上的水流流速也愈大，水舌挑距也相应增加。但为保证水舌下面有足够的通气空间，使水舌与建筑物之间的空间不至于因水舌带走的空气得不到足够的补充而出现真空，鼻坎不能太低，一般应使鼻坎高出下游水位1到2米。 2.2 反弧半径 反弧段水流的运动研究结果表明，当反弧半径减小到某一临界值时，即临界返弧半径时，返弧段将出现水深度急剧增大，流速系数急剧减小的过程。反弧半
消力池计算
（2）消能计算 本消力池计算时采用的洪水标准为10年一遇，边墙高度复核采用洪水标准为200年一遇。 本消力池设计为底流消能，设计采用下挖式消力池，等宽矩形横断面，其共轭水深h 2按下列公式计算： )181(2211 2-+= r F h h (A.5.1-1) 111/gh V F r = (A.5.1-2) 式中：Fr 1——收缩断面弗劳德数 h 1——收缩断面水深，m V 1——收缩断面流速，m/s 水跃长度L 按下式计算： L=6.9(h 2-h 1) (A.5.1-3) 消力池池深、池长按下列公式计算： Z h h d t ?--=2σ （A.5.3-1） )11(22 2 22222h h gb Q Z t σφ-=? （A.5.3-2） L L k 8.0= 式中： d ——池深，m s σ——水跃淹没度 取s σ=1.05 h 2——池中发生临界水跃时的跃后水深，m h t ——消力池出口下游水深，m
△Z——消力池尾部出口水面跃落，m Q——流量，m3/s b——消力池宽度，m φ——消力池出口段流速系数，取0.95 L——自由水跃的长度，m 表4-11 溢洪道消力池计算成果表 计算频率收缩断面 水深 单宽 流量 共轭 水深 流速 系数 淹没 系数 出口 落差 坎高 佛汝 德数 水跃长 消能 池长h1(m) q(m3/s) h2(m) φ1 σ△Z d F r L j L k p=0.5% 0.12 1.43 1.85 0.95 1.05 0.45 1.00 11.72 11.98 9.59 p=10% 0.06 0.70 1.29 0.95 1.05 0.36 0.6 16.42 8.52 6.82
消能原理
消能原理：将急流变成缓流，将水流的动能转化成热能 消能途径：1 水流的掺混紊动剪切旋滚 2 水股的扩散与水股之间的碰撞 3 水流与固体边界的剧烈摩擦与碰撞 4 水流与周围气体的摩擦与掺混 消能方式：低流消能挑流消能面流消能戽流消能 水电工程的高坝建设历史之最：混凝土双曲拱坝：锦屏一级碾压混凝土重力坝：龙滩混凝土面板对堆石坝：水布垭 各种水工建筑物：挡水建筑物取水建筑物输水建筑物泄水建筑物专门建筑物整治建筑物 水工建筑物：用来控制和分配水流的建筑物 水利枢纽：不同水工建筑物的综合体 我国水资源特点：1总量较多相对缺乏2时空分布不均匀 防洪工程措施：从无序无节制的与洪水进行斗争变成有序可持续性的与洪水协调共处建成全面的防洪减灾体系 上拦下排两岸分滞着重关注水土保持建立洪水预报预警系统和洪水保险制度 水利工程的优缺点：1工作条件复杂2受自然约制施工难度大3效益大对环境影响大4失事后果严重5工期长工程量大投资多 不同级别水工建筑物在设计上的基本区别：1设计基准期2抗御灾害能力3安全性4试用可靠性5建筑材料 重力坝的基本类型:重力坝按其结构分类：实体重力坝宽缝重力坝预应力重力坝空腹重力坝装备式重力坝 重力坝地基处理的基本思路及处理工序安排：按照地质条件和受力情况进行地基开挖防渗排水加固以及断层软弱带的处理，以保证大坝的稳定强度和防渗性 重力坝的工作原理：稳定依靠坝自重产生的摩擦力来抵水平水压力强度利用坝体自重在水平截面上引起的压应力来抵消由坝底水扬压力产生的拉应力 基本刨面基本刨面是指坝体在自重静水压力和扬压力作用下保持坝体稳定和强度的工程量最小三角截面 扬压力的基本概念：扬压力包括上浮力和渗流压力 扬压力的降低措施： 重力坝温度裂缝产生的原因混凝土温度发生变化导致混凝土体积膨胀由于混凝土坝体不能自由伸缩从而产生温度引力当拉应力大于混凝土的抗拉能力时出现裂缝 重力坝的设计流程：刨面设计应力分析预应力分析构造分析地基处理溢流重力坝和泄水孔的孔口设计监测设计