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挑流消能

利用溢流末端挑坎,将水流挑入下游河床的消能形式。挑坎也称鼻坎,高速水流经挑坎向空中抛射,在空中扩散、掺气,有时互相碰撞,消耗部分能量,然后在距坝趾较远处落入下游河床水垫中(见图),形成强烈的旋滚,进一步消耗能量。挑流消能,适用于有抗冲能力的岩石河床和下游河岸坡较稳定的情况。这是中、高水头泄水建筑物常用的一种消能方式,工程量小,结构简单

利用溢流末端挑坎,将水流挑入下游河床的消能形式。挑坎也称鼻坎,高速水流经挑坎向空中抛射,在空中扩散、掺气,有时互相碰撞,消耗部分能量,然后在距坝趾较远处落入下游河床水垫中(见图),形成强烈的旋滚,进一步消耗能量。挑流消能,适用于有抗冲能力的岩石河床和下游河岸坡较稳定的情况。这是中、高水头泄水建筑物常用的一种消能方式,工程量小,结构简单,但雾气和尾水波动均较大。

挑流消能衔接图

挑流消能设计的内容有:选择挑坎型式、反弧半径、挑坎高程和挑角,计算挑流射程和冲坑深度等。常用挑坎型式有连续式和差动式两种。前者构造简单,不易空蚀,比同条件下的差动式射程要远。差动式挑坎常用的有矩形齿坎和梯形齿坎。它们的作用主要在于分散水流,加剧挑射水股在空中的碰撞和掺气,提高空中消能效果,减少单位面积上的冲刷能量和冲刷坑深度。但冲坑最深点距坝脚的距离较近,高坝齿坎的侧面、特别是矩形齿坎的侧面容易空蚀破坏。挑角θ一般为20°~25°;反弧半径一般为4~10倍挑坎末端的水深。挑坎高程与工程布置有关,一般应不低于下游最高水位。溢流拱坝坝身断面单薄,挑坎较高,挑距不远,在坝趾下游常需设置防冲护坦。挑流射程L是挑坎末端至冲刷坑最深点间的水平距离,该点大致在水舌外缘轨迹的延长线上,可按质点抛射原理计算。冲刷坑深度t,主要取决于水流冲刷能力及河床抗冲能力两种因素,初步估算可参照下式:

t=αq0.5Z0.25-ht

式中 ht为下游水深(米);q为单宽流量(米3·秒-1·米-1);Z为上下游水位差(米);α为冲坑系数(坚硬完整的基岩α=0.9~1.2;坚硬但完整性较差的基岩α=1.2~1.5;软弱破碎、裂隙发育的基岩α=1.5~2.0)。

大型工程及高坝应经水工模型试验验证。

冲刷坑对建筑物稳定的影响,可用冲坑的后坡i=t/l值判断,当i小于允许的最大平均坡度ic时,认为建筑物是安全的。ic与河床的地质条件有关,根据经验取ic=1∶2.5~1∶5。

挑流消能早在1933年就应用于西班牙的雷科拜约(Ricoboyo)重力拱坝的左岸溢流道。中国丹江口溢流坝采用这种消能型式,设计单宽流量为235米3·秒-1·米-1