水工：消能

泄水消能工程

姓名：张硕 学号：201101021538 摘要：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。

关键词：消能 底流型消能 消力池

一、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。

4、戽流型衔接消能

戽流型衔接消能是在溢流坝末端建造一个具有较大反弧半径和挑角的形同戽勺的鼻坎，下泄水流由于受到下游水位的顶

托，在戽内形成表面漩滚，主流则仍然贴着戽壁沿鼻坎挑起，形成涌浪，并向下游扩散，同时在鼻坎下产生一个反向漩滚，涌浪后面产生一个微弱的表面漩滚，即“三滚一浪”是戽流型衔接消能的典型流态。其余能主要是依靠戽内漩滚、鼻坎下底部漩滚以及涌浪后的掺气和扩散过程来消除。如图所示： 二、特种消能型式 1、宽尾墩

宽尾墩消能工是我国学者林秉南院士和龚振赢在二十世纪七十

年代首创的一种新型消能工，在坝工消能方面产生了重要的影响。宽尾墩可以加强水流的横向分散和掺气，并且可以与其他消能型式联合应用。目前这种消能工与挑流底流戽流等消能型式相结合已成功的应用于多项工程中。宽尾墩过流的特点: 水流与空气的接触面积增大,增加了水流的掺气量和水流的紊动,有利于坝面的防蚀; 水舌大量掺气，使下游水垫单位面积上的水流冲击力大大减小,减轻了对河床的冲刷; 2、掺气分流墩

为了缩短消力池长度，减小消力池的深度，以降低泄水建筑物造价，早期人们在消力池中加设了各种各样的墩坎等辅助消能工，以达到控制水跃、分散水流、加强紊动剪切和混掺的目的。由于消能墩的局限性，到二十世纪七十年代人们突破了仅在池内设消能工的方式，开始在消力池前的陡坡上设置消能工。此种在消力池前的陡坡上设置的，起分流掺气作用的墩，就称之为掺气分流墩。它的运用，可以有效的改善消力池的流态，提高了消能效果。 3、台阶式坝面消能工

通常，为了使溢洪道能顺利过流，溢洪道泄槽常采用光面混凝土，光面泄槽的摩阻力小，水舌在溢流面上流过时消耗的能量很少，绝大部分的能量要在泄槽末端消能工中消除，因此要求下游设置庞大的消能工。这样一方面增加了下游消能工的压力，另外还要充分考虑溢洪道与下游消能工的布置问题。为了寻觅更为经济合理的溢流泄槽形式，从二十世纪七十年代开始，台阶式泄槽溢洪道开始被研究，并逐

步应用到实际工程中。 4、多级消能工的联合运用

在很多工程中，仅用一种消能方式消能往往不能达到理想的效果，因此，在实践中各种消能工的联合使用便越来越普遍的受到了重视。有多级消力池共同消能、消力池+宽尾墩联合消能、消力池+低坎分流墩联合消能、阶梯消能+消力池联合消能。 三、小结

合理布置水利枢纽工程的泄水工程，确保洪水安全下泄，是水工设计中的重要一项。底流消能历史悠久，因其流态稳定，消能效果好，对下游冲刷较轻，且无水雾干扰，故应用广泛。他适用于各种水头流量及地质条件。但底流消能也存在其缺点，消力池的工程量较大，工程投资高，当泄流高差较大时，高速水流对过流断面能造成空蚀破坏。

参考文献：

[1]王世夏. 水工设计的理论和方法［M］. 北京：中国水利水电出版社，2000.

[2]张慧丽，王爱华，张力春. 底流消能及其在工程上的应用［J］.黑龙江水利科技，2009.

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