浅议坎式消力池的水力计算

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1、•规划设计•浅议坎式消力池的水力计算崔忠,，马铁成2(I•新疆水利水电勘测设计研究院，新疆缚仟木齐830000;2.新疆农牧区水利规划总站，新据乌件木齐83OOOO)［摘要］简介泄水建筑物的消能形式，根据坎式消力池的水流衔接形式，通过水力学让算推导出了坎式消力池的消能坎坎高的计算公式，并结合具体实例给出了坎式消力池水力计算的全过程。［关键词］坎式消力池;消能坎;坎高［中图分类号］TV653.1［文献标识码］B［文章编号］1003-1510(2011)06-0026-021泄水建筑物的消能形式⑴1.1底流式消能当水流

2、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,故称之为底流式衔接消能。1.2挑流式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，与下游水流衔接。消能分为3个部分，坝面摩擦一空中扩散一水垫。1.3面流式消能利用建筑物末端的挡坎•将上游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。1.4消力池消能为了改善底流式消能的水流衔接形式,可采取人工措施，通过增加下游水深，使之

3、形成稍有淹没的淹没水跃，从而达到缩短护坦的长度，在较短距离内消除余能的冃的。这种消能措施称为消力池(或消能池)。人工形成消力池的工程措施,根据泄水建筑物下游地基情况，可以有以下3种基本方式:①挖深式消力池：降低护坦高程形成消力池，使池内水深大于方；，产生淹没水跃;②坎式消力池:在护坦末端加筑消能坎形成消力池，使坎前水深大于hc，产生淹没水跃;③综合消力池:采用既较低护坦高程乂修建消能坎的综合消力池，使池内水深大于兀•产生淹没水跃(见图1)。(a)挖深式消力池仆〉坎式消力池(c〉综合式消力池图1消力池结构图2坎式消力

4、池的水力计算当下游河床不易开挖或开挖太深造价不经济时•可在护坝末端修建消能坎，壅高坎前水位形成消力池•以保证在建筑物下游产生淹没程度不大的水跃，这种坎式消力池的水力计算内容•包括确定坎高c及池长LkQ2.1消能坎高c的计算图2坎式消力池上下游水流衔接图2.1.1消能坎坎顶为非淹没出流(自由出流)时(1)假设尾坎后为非淹没出流,坎顶全水头按堰流公式计算:［收稿日期］2011-11-12［作者简介］崔忠(1981-).男•安徽涡阳人•新疆水利水电勘测设计研究院工程师.硕士，从事水工水力学研究工作°(1)⑵⑶q//10=

5、(昔)碍加iJ2g(1)消能坎坎顶水深的i十算：SS即)S課(2)消能坎高计算:c=ahe-H}式中：q,一尾坎处(消力池末端)单宽流量；q—消能坎(尾坎)的淹没系数；旳一消能坎的流量系数(一般取mx=0.42);%—坎顶全水头；H、—坎顶水深；"一消力池内水跃淹没系数(一般取<7=1.05-1.10)；一消能坎处断面水流平均流速;C-消能坎坎高。(3)判断尾坎后是否为淹没出流：hs=ht-c(4)九为从坎顶算起的下游水深。当九：HgWO.45时，消能坎坎顶水流为非淹没流(自由出流)，假设正确，c值即为所求。但此时

6、尚需判断下游水流衔接流态(可将消能坎当作一溢流堰)当尾坎后为远驱式水跃时，坎后还需设二级消力池或改做其他型式消力池;如是临界水跃，请酌情处理;如是淹没水跃则计算结果可直接使用，计算结束。当ha:HI0>0.45时，消能坎坎顶水流为淹没堰流;消能坎高按消能坎为淹没出流计算。2.1.2消能坎为淹没出流时首先假设一个坎高•由公式(3)求得坎顶水深勺，再由公式(2)求得坎顶全水头耳。，再由公式⑴可求得匚。由公式(4)可求得九，然后计算九：厲。的值。根据求得hx:Hl0的比值查表1可得a的数值。表1消能坎的淹没系数⑷九%<0

7、.450.500.550.600.650.700.721.000.9900.9850.9750.9600.9400.930九%0.740.760.780.800.820.840.86近0.9150.9000.8850.8650.8450.8150.785h」Hg0.880.900.920.951.000.7500.7100.6510.5350.000由表1查得化的数值与由公式(1)可求得匚进行比较。当-工尤时,假设消能坎坎高c值不正确，重新假设c值进行计算；当。严叭时•假设消能坎坎高c值合适，即为所求•计算结束。

8、2.2池长-的计算修建消力池应保证水跃在消力池中发生，但过长，则增加建筑费用，一般按下式计算:SL；(5)式中：厶一从堰坎到收缩断面的距离；厶K一消力池内的水跃长度，受消力池池壁的影响，水跃长度比平底渠道中产生的自由水跃长度短20%-30%o即厶人=厶+@77・8)百(6)3算例某溢流坝，单宽流量q5为6.0m/s•m时，已求得坝趾收缩断面水深及其共辄水深分