第七章-堰流闸孔出流及泄水建筑物下游的衔接与消能-水力学与桥涵水文(第二版)-教学课件.pptx

叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文17-1 堰的类型及流量公式 o有关概念定义n堰明渠水流中的局部障壁。可有两种情况o如图7-1a、b、c、d渠底有槛，纵向压缩了过水断面。o如图7-1e、f（桥涵）、渠底无槛，横向压缩了过水断面n堰流无压缓流过堰时的水力现象。hw=hjn缓流与急流过堰的水力特征o缓流过堰水位沿程急剧下降（水跌），堰造成上游水位雍高图7-1ao急流过堰水位急剧跃高（水跃）,堰对上游水位无影响图7-2a,7-2b叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文27-1 堰的类型及流量公式（图7-1）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文37-1 堰的类型及流量公式（图7-2）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文47-1 堰的类型及流量公式 o堰的类型（按堰壁厚度对泄流能力影响划分）n薄壁堰 ，如图7-1a，堰壁厚度对水舌无影响，水流以自由下落抛物线下泄，常用作量水工具n实用堰 ，如图7-1b、c，壁厚对舌开始有影响，水流仍以自由抛物射体下泄，泄流能力大，常用作泄水建筑物，如溢流坝叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文57-1 堰的类型及流量公式 n宽顶堰 ，壁厚对水舌有影响。其水力特征：o过堰水流在进出口处水位有两次跌落，如图7-3d、fo进口附近出现的收缩断面水深hchK(急流)或hchK，1。o常取堰顶水深hchK o当下游水深htP2（槛高），hchK，过水能力Q取决于堰顶水头H（见图7-3）n 时，属明渠水流特性，叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文67-1 堰的类型及流量公式（图7-3）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文77-1 堰的类型及流量公式 o堰的泄流类型n自由出流htP2，Q 取决于堰顶水头 H(如图7-3a)n淹没出流(如图7-3b)o淹没条件o htP2o堰下游发生淹没水跃n水力特性泄流能力下降n堰流流量公式建立方法如图7-1a所示，取断面1-1，2-2 能量方程叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文87-1 堰的类型及流量公式 o堰流流量公式建立方法n其中n得n或nm、m0流量系数，泄流能力折减系数，由实验确定或按经验公式计算（7-1）（7-2）（7-3）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文97-1 堰的类型及流量公式 n有侧收缩及淹没出流量公式n公式（7-5）小桥涵水力计算基本理论o堰的流量系数、侧收缩系数及淹没系数n三系数（m、）定义反映局部障碍对堰流量的折减系数（7-5）（7-6）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文107-2 堰的流量系数、侧收缩系数及淹没系数 n确定方法实验测定或经验公式，见（7-7），（7-11），（7-13）表7-2n经验值o薄壁堰：m0.4050.42（量水仪）o实用堰：m0.350.42（水利工程溢流坝）o宽顶堰：m0.32（量水仪）n堰流水力计算问题o1、求 Q；2、求 b；3、求 H叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文117-2 堰的流量系数、侧收缩系数及淹没系数 o宽顶堰流量系数n增大流量系数方法使进口平顺。n研究增大流量系数的意义提高泄流能力,降低工程造价n流量系数最大值分析叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文127-2 堰的流量系数、侧收缩系数及淹没系数 解、式得当为理想液体及过堰无水头损失时(7-12)（平均值）（平均值）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文137-2 堰的流量系数、侧收缩系数及淹没系数 n宽顶堰侧收缩系数o定义式o经验公式 n宽顶堰淹没系数o确定方法实测测定o淹没标准hy/H00.8，淹没出流。hy/H0 0.8，自由出流。o实验成果 （表7-2）(7-13)叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文147-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）o宽顶堰流量计算公式n已知 H 求 Q 或已知 Q 求 H，需试算o计算步骤n判明出流状态类型，确定n按经验公式计算m、n按已知条件求解问题(7-14)叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文157-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）o计算程序n已知H、P1、P2、B、b、ht，渠道断面形状，求Q，计算程序如图7-6n已知Q、H、P1、P2、B、ht，渠道断面形状，求泄流宽度b，计算程序如图7-7o因b未知，则未知，亦需试算，程序如下框图图图7-6图图7-7叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文167-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）o计算程序n已知Q、P1、P2、B、b、ht，渠道断面形状，求H。试算，如图7-8o例7-1 已知 H=0.85m，P1=P2=0.5m，b=1.28m，ht=1.12m，无侧收缩，求Q解：第一次计算 取图图7-8叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文177-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）o又=1o 第二次计算o取o有按公式（按公式（7-10）得）得 m=0.3446属自由出流，属自由出流，=1叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文187-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）第三次计算o取H01=0.89m，v02=0.95m/s；n验算精度n验算出流状态n故叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文197-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）o例7-2 有一矩形宽顶堰，已知P1=P2=1m，H=2m，b=2m，B=3m，ht=1m，求Qn解：叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文207-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）n若考虑v00，则应按例7-1方法试算。n堰前为大水库，可取v0=0，但在渠道中，堰前行近流速v0 0o例7-3 某进水闸有直角前缘闸坎，坎前河底高程0=100m，上游水位1=107m，下游水位2=102m，坎顶高程=103m，闸分两孔，墩形系数a=0.1，渠宽B=20m，Q=200m3/s，求泄流宽度b。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文217-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）n解：o求 H0o求流量系数mo试算叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文227-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文237-3 宽顶堰水力计算（小桥涵水力计算基本理论o得o实际工程中，还应考虑闸孔标准梁长度及闸孔尺寸标准，结合上述水力计算结果选定闸孔宽度。o例7-4，请读者研读教材叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文247-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o概述n泄水建筑物桥、涵、堰、闸及溢流坝等建筑物的统称，其作用是宣泄上游来水，如图7-7。n泄水建筑物下游普遍问题：河床受冲刷严重（图（图7-7）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文257-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n解决方法o控制水跃衔接方式，使成淹没水跃o利用水跃消除高速水流能量，增大渠中缓流段o在水跃区增大水流紊乱程度，提高利用水流自身消能效果o“消能”缩短急流段保证造成淹没水跃等有关工程措施的简称。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文267-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o消能方式（工程措施的类型）n底流式利用水跃消能。造成淹没水跃的工程措施o消力池挖深渠底使成池塘，以造成淹没水跃，降速以减小下游渠段冲刷破坏，如图7-8a。（图7-8）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文277-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o消能方式（工程措施的类型）n底流式消力槛，如图7-8bo消能常规措施，可用于各类土质地基河床o下游急流段被控制在池、槛内降速防冲，效果好（图7-8）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文287-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o可充分利用水跃消能作用o河床护砌工程费用较大n挑流式，如图7-9ao适用于地质良好（如岩基）河床o下游土质较差时，会出现冲刷深潭，可反刷桥基o工程费用小n面流式（戽流式）如图7-9bo下泄高速水流被引向水面可降低对河床的冲刷作用o可降低护砌工程费o下游水位波动剧烈，对岸坡稳定及航运不利叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文297-5 泄水建筑物下游的衔接与消能（图7-9）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文307-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n人工加糙（辅助消能工）减速防冲刷（图7-10）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文317-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n单级跌水或多级跌水 o常用于山区公路 工程o常用于地形较陡的河沟o可减小控填土方量（图7-13）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文327-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o消力池计算n计算方法是单级跌水与多级跌水的理论基础n消力计算内容o池深 s 计算o池长 l叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文337-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n平坡、矩形断面，消力池池深 s 计算公式o控制淹没水跃在池内的条件叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文347-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o联解之得（7-28）（7-29）（7-30）（7-31）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文357-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n池深 s 计算程序o由公式（7-28）（7-31）可试算得 s。见程序图7-15n消力池长l见经验公式（7-33）（图7-15）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文367-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o例7-7 消力池计算。一矩形渠道中有宽顶堰，堰宽b=8m，堰高P=1.5m，无侧收缩，流量系数m0.342，流量Q=26.8m3/s，下游水深ht1.2 m，i=0，试判别下游水流衔接形式并确定是否需要修建消力池。n解：判别下游水流衔接形式由 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文377-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n取 ，按公式（6-46）得叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文387-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n消力池池深 s 计算叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文397-5 泄水建筑物下游的衔接与消能o设o如上法试算得，s=0.69m叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文407-5 泄水建筑物下游的衔接与消能n池长 l 计算（按经验公式（7-33）计算，代公式从略，请阅教材）有：