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水流衔接衔接与消能

2018/06/19228 作者:佚名
导读: 建筑物泄出的急流贴槽底射出,通过水跃过渡为缓流与下游水流衔接。由于高流速的主流位于底部,故称底流型。能量的消耗主要是利用水跃的消能作用。将与收缩水深相共轭的跃后水深与下游水深相比较,则有3种衔接型式①如下游水深与收缩水深相共轭的跃后水深相等,水跃跃首恰好在收缩断面发生,为临界水跃式衔接;②如收下游水深小于收缩水深相共轭的跃后水深,水流从收缩断向处流经一段距离,水深增至下游水深的共轭水深才发生

建筑物泄出的急流贴槽底射出,通过水跃过渡为缓流与下游水流衔接。由于高流速的主流位于底部,故称底流型。能量的消耗主要是利用水跃的消能作用。将与收缩水深相共轭的跃后水深与下游水深相比较,则有3种衔接型式

①如下游水深与收缩水深相共轭的跃后水深相等,水跃跃首恰好在收缩断面发生,为临界水跃式衔接;②如收下游水深小于收缩水深相共轭的跃后水深,水流从收缩断向处流经一段距离,水深增至下游水深的共轭水深才发生水跃,为远驱水跃式衔接;③如下游水深大于收缩水深相共轭的跃后水深,收缩断面被水跃所淹没,为淹没水跃式衔接。其中临界水跃虽然消能效率较高,但不够稳定。淹没度过大时,淹没水跃的消能效率较低。对于远驱水跃,为防急流冲刷,保护范围过大,应予避免。

实际工程中常使水跃稍有淹没。为了避免驱水跃,需采取措施增加局部下游水深,常采用建造消力池(水垫塘)的办法,使在池中形成具有一定淹没度的水跃米消能。形成消力池的措施有:①降低槽底护坦高程;②在护坦末端设置消能墙;或同时采用上述两种措施。在消力池中加设各种辅助消能工,或在溢流坝上设置宽尾墩等均可起到提高消能效率、缩短池长和改善出池流态的作用。对重要工程应通过模型试验来深入研究其水流衔接与消能方案。

利用鼻坎或戽勺将急流水股泄入下游尾水的表层,以减轻对河床的冲刷。

(1)面流型衔接。鼻坎挑角较小或为零度,坎高较大,要求有足够尾水深度,基岩也需具有足够抗冲能力。面流的特点是衔接流态多变,在二维流动条件下,当流量一定时,随尾水深度增长,衔接流态由开始的底流,依次转变为自由面流、自由混合流、淹没混合流、淹没面流。当ht很大时,还可能出现回复底流和波流。当过坝单宽流量较小时,也可能由自由面流直接过渡为淹没面流。自由面流消能率较低,底流和回复底流以及各流态转变过程很易发生冲刷。对消能的有利流态是淹没混合流和淹没面流,它们是利用面滚、底滚与主流水股的相互作用来进行消能。面流衔接的优点是工程量较省,投资少,工期可能缩短,而且底部流速低,表层流速大,利于漂木、排冰;缺点是要求下游水深较大,且能保证有利流态的下游水深范围较小。此外,因面流消能率较小,下游形成较大波浪且延续很远,易冲淘两岸,需考虑对下游岸坡稳定与对航运的影响。

(2)戽流型衔接。在溢流坝趾形成具有较大挑角且戽坎较低的凹面戽勺,为单圆弧式消力戽。当下游水深足够时下泄水流在戽内形成表面漩滚,主流仍贴戽底射出并挑起形成涌浪,然后沿下游水面扩散,在戽后主流下部产生反向底部漩滚,有时在涌浪下游还形成较小的表面漩滚。这种流态称为戽流。近年为适应较大单宽流量和较高水头条件,又发展了带水平段的池式消力戽(或称戽式消力池)。戽流流态随下游水深而变化,随下游水深的增长,戽流的衔接流态由开始的挑流,依次转变为临界戽流、稳定戽流和淹没戽流,有时也会出现回复底流。对消能有利的流态为中国水利界的重视,研究与实践均取得一定进展。但戽流对下游水深有一定要求,下游波动余能较大,因之对河岸影响较大,同时,还应注意由下游卷入戽内的沙石对戽面混凝土的磨损问题。

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