水流銜接銜接與消能

建筑物泄出的急流貼槽底射出，通過水躍過渡為緩流與下游水流銜接。由于高流速的主流位于底部，故稱底流型。能量的消耗主要是利用水躍的消能作用。將與收縮水深相共軛的躍后水深與下游水深相比較，則有3種銜接型式

①如下游水深與收縮水深相共軛的躍后水深相等，水躍躍首恰好在收縮斷面發(fā)生，為臨界水躍式銜接;②如收下游水深小于收縮水深相共軛的躍后水深，水流從收縮斷向處流經(jīng)一段距離，水深增至下游水深的共軛水深才發(fā)生水躍，為遠驅(qū)水躍式銜接;③如下游水深大于收縮水深相共軛的躍后水深，收縮斷面被水躍所淹沒，為淹沒水躍式銜接。其中臨界水躍雖然消能效率較高，但不夠穩(wěn)定。淹沒度過大時，淹沒水躍的消能效率較低。對于遠驅(qū)水躍，為防急流沖刷，保護范圍過大，應(yīng)予避免。

實際工程中常使水躍稍有淹沒。為了避免驅(qū)水躍，需采取措施增加局部下游水深，常采用建造消力池(水墊塘)的辦法，使在池中形成具有一定淹沒度的水躍米消能。形成消力池的措施有:①降低槽底護坦高程;②在護坦末端設(shè)置消能墻;或同時采用上述兩種措施。在消力池中加設(shè)各種輔助消能工，或在溢流壩上設(shè)置寬尾墩等均可起到提高消能效率、縮短池長和改善出池流態(tài)的作用。對重要工程應(yīng)通過模型試驗來深入研究其水流銜接與消能方案。

利用鼻坎或戽勺將急流水股泄入下游尾水的表層，以減輕對河床的沖刷。

(1)面流型銜接。鼻坎挑角較小或為零度，坎高較大，要求有足夠尾水深度，基巖也需具有足夠抗沖能力。面流的特點是銜接流態(tài)多變，在二維流動條件下，當(dāng)流量一定時，隨尾水深度增長，銜接流態(tài)由開始的底流，依次轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂擅媪?、自由混合流、淹沒混合流、淹沒面流。當(dāng)ht很大時，還可能出現(xiàn)回復(fù)底流和波流。當(dāng)過壩單寬流量較小時，也可能由自由面流直接過渡為淹沒面流。自由面流消能率較低，底流和回復(fù)底流以及各流態(tài)轉(zhuǎn)變過程很易發(fā)生沖刷。對消能的有利流態(tài)是淹沒混合流和淹沒面流，它們是利用面滾、底滾與主流水股的相互作用來進行消能。面流銜接的優(yōu)點是工程量較省，投資少，工期可能縮短，而且底部流速低，表層流速大，利于漂木、排冰;缺點是要求下游水深較大，且能保證有利流態(tài)的下游水深范圍較小。此外，因面流消能率較小，下游形成較大波浪且延續(xù)很遠，易沖淘兩岸，需考慮對下游岸坡穩(wěn)定與對航運的影響。

(2)戽流型銜接。在溢流壩趾形成具有較大挑角且戽坎較低的凹面戽勺，為單圓弧式消力戽。當(dāng)下游水深足夠時下泄水流在戽內(nèi)形成表面漩滾，主流仍貼戽底射出并挑起形成涌浪，然后沿下游水面擴散，在戽后主流下部產(chǎn)生反向底部漩滾，有時在涌浪下游還形成較小的表面漩滾。這種流態(tài)稱為戽流。近年為適應(yīng)較大單寬流量和較高水頭條件，又發(fā)展了帶水平段的池式消力戽(或稱戽式消力池)。戽流流態(tài)隨下游水深而變化，隨下游水深的增長，戽流的銜接流態(tài)由開始的挑流，依次轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界戽流、穩(wěn)定戽流和淹沒戽流，有時也會出現(xiàn)回復(fù)底流。對消能有利的流態(tài)為中國水利界的重視，研究與實踐均取得一定進展。但戽流對下游水深有一定要求，下游波動余能較大，因之對河岸影響較大，同時，還應(yīng)注意由下游卷入戽內(nèi)的沙石對戽面混凝土的磨損問題。

一般按泄出水流或尾水與河床的相對位置，將水流銜接型式分為底流型、面流與戽流型、挑流型3種基本型式。在進行水流銜接分析時，應(yīng)先確定閘壩出流收縮斷面的水深(hc)和流速(uc)。同時根據(jù)下游河道正常流動的水位與流量關(guān)系，確定出下游水深(ht)，有了臨界水深和下游水深，即可進行水流銜接的分析計算。

水流銜接與消能的空間問題的理論尚不成熟，多依靠整體模型試驗來研究解決。根據(jù)實踐經(jīng)驗，對兩側(cè)回流淘刷問題、多年運行后下游河床沖深引起尾水位下降以致設(shè)計要求的銜接流態(tài)發(fā)生惡化等問題，應(yīng)予充分重視。

在建筑物出流部位采用挑坎將泄出的急流水股射入空中，降落在距建筑物較遠處與下游水流相銜接。由于紊動作用，水股在空中逐漸擴散并摻帶空氣，落入下游水墊后繼續(xù)擴散、減速，同時在主流上下游兩側(cè)形成漩滾，余能主要在水墊中消耗。挑流對河床將發(fā)生沖刷，沖坑

的位置，大小與建筑物的安全密切相關(guān)。20世紀80年代以米，中國發(fā)展的窄縫坎、異型折流坎、高低坎對沖等新型消能工，對增強挑流消能和減少沖刷，都起了較好的作用;但挑流的下游霧化問題和下游尾水位變化等問題應(yīng)密切注意。