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消力池

设于泄水建筑物下游,用以促成底流水跃并控制水跃位置的一种消能设施。其作用是在紧靠建筑物的较短距离内集中消除水流动能,使下泄急流在离开消力池时已转变成较为平稳的缓流,借以缩短保护段长度

设于泄水建筑物下游,用以促成底流水跃并控制水跃位置的一种消能设施。其作用是在紧靠建筑物的较短距离内集中消除水流动能,使下泄急流在离开消力池时已转变成较为平稳的缓流,借以缩短保护段长度,达到安全经济的目的。消力池有下降式消力池、消力槛式消力池、综合式消力池三种类型。

下降式消力池 当池水建筑物下游水深不足以产生淹没水跃时,可开挖地基、降低护坦高程,以便加大尾水深度,促使下泄急流在池中发生稍有淹没的水跃(图1)。消力池深度可按下式计算

消力池

图1 下降式消力池

消力池

式中 d为消力池深度(米);H2为下游水深(米):△z为消力池出口处落差(米);σ为保证水跃淹没的安全系数,通常采用1.05~1.10;hc″为水跃第二共轭水深(米);q为消力池出口处单宽流量(米3·秒-1·米-1);φ为流速系数;

消力池长度应保证水跃发生在池内。考虑到池末墙壁对水流有壅阻作用,池中所形成的水跃长度仅为平底自由水跃长度的70~80%。因此,消力池长度可按下式计算:

L=(3~4)P+(0.7~0.8)Ln

式中 L为消力池长度(米);P为斜坡段的高度(米);Ln为平底自由水跃的长度(米)(见水跃)。

消力槛式消力池 当泄水建筑物下游水深接近水跃第二共轭水深但水跃淹没的安全系数不足,或开挖消力池施工有困难且不够经济时,可在离建筑物下游一定距离处设置消力槛,用以壅高槛前水深形成消力池(图2)。

图2 消力槛式消力池

为了保证在池内形成具有一定安全系数的淹没水跃,消力槛高度可按下式计算:

消力池

式中 C为消力槛高度(米);HI为槛上水头(米);可用堰流公式推求。

消力槛位置选择取决于水跃长度的要求,由于槛对水流有壅阻作用,消力槛前所形成的水跃长度的计算与下降式消力池相同。

综合式消力池 系由较浅的消力池和较低的消力槛结合组成的消力池(图3)。当水跃要求的第二共轭水深较大,单纯采用下降式消力池开挖过深、工程量大或施工有困难,而在单纯采用消力槛式消力池其槛高又过大时,可考虑采用综合式消力池。

图3 综合式消力池

综合式消力池的水力计算,一般是先按槛后产生临界水跃衔接的条件求得一个槛高,然后采用稍许降低的槛高值,槛后即可形成淹没水跃。再根据所采用的槛高值和求得的槛上水头,进一步求出池中产生淹没水跃时所需的池深。

进行消力池设计时,应考虑闸门各种不同开度的情况,对于多孔泄水建筑物,还应考虑多种不同情况的组合,以保证在各种运行条件下消力池内均能产生淹没水跃。