第八節　泄水建筑物下游的水力銜接與消能

單項選擇題（每題的備選項中只有一個最符合題意）

1計算消力池池長的設計流量一般選擇（　　）。[2014年真題]

A．使池深最大的流量

B．泄水建筑物的設計流量

C．使池深最小的流量

D．泄水建筑物下泄的最大流量

【答案】D

【考點】消力池長的計算

【解析】消力池過長將增加不必要的建筑費用；池長不夠，即使池深足夠也不能在池中形成消能充分的水躍，底部主流甚至會跳出消能池沖刷下游河床。顯然，合理的池長應從平底完全水躍的長度出發來考慮。消力池池長的設計流量取建筑物下泄的最大流量。

2溢流壩下泄水流收縮斷面水深h_c的共軛水深為h_c2，下游河道水深為h_t，形成遠離式水躍的條件是（　　）。

A．h_t＝h_c2

B．h_t＞h_c2

C．h_t＜h_c2

D．無法確定

【答案】C

【解析】在一般情況下，下泄水流多為急流，而下游河渠中的水流多屬于緩流，這樣水流就要從急流通過水躍過渡到緩流。為了判別水躍發生的位置，可以先假設水躍在收縮斷面處發生，即以收縮斷面為躍前斷面，則收縮斷面水深h_c應等于躍前水深h′，為了區別于其他情況下的躍前水深，將這個水深寫為h_c′，其共軛水深為h_c″建筑物下游水躍形式判別分三種情況：

①當h_t＝h_c2時，水躍恰好位于收縮斷面處發生，稱為臨界式水躍銜接。這種銜接形式不夠穩定，下游水深稍有變化即將導致水躍位置的移動。

②當h_t＜h_c2時，出泄水流在通過收縮斷面之后還有一段呈壅水曲線的急流，待水深沿程增加到h_t′（下游實際水深h，所對應的第一共軛水深）時才發生水躍。這種銜接形式稱為遠離式水躍銜接。

③當h_t＞h_c2時，下游水流所具有的斷面比能大于臨界水躍躍后斷面的比能，使水躍涌向上游并淹沒了收縮斷面，形成淹沒式水躍銜接。

3戽流消能的水流特征是（　　）。

A．一滾一浪

B．二滾一浪

C．三滾一浪

D．四滾一浪

【答案】C

【解析】消力戽式消能是指在建筑物的出流部位設置低于尾水水位的大半徑大挑角戽斗。出流水股經戽坎挑起后形成涌浪，涌浪上游面的水體回跌形成戽漩滾，涌浪潛入下游水面處形成二次漩滾，而在涌浪之下形成底部漩滾，這就是典型的戽流流態。顯然，它是一種底流與面流相結合的混合流銜接形式。下泄水流的余能主要消耗于漩滾與主流相互作用所產生的強烈紊動摻混以及涌浪水流的擴散過程之中。它的消能效率高于平底完全水躍，底部流速較低，戽斗的實體也比較小，流態比面流易于控制，因而受到重視。其缺點是下游水面的波動比底流型的大。由上所述，可得戽流消能的水流特征為“三滾一浪”，即在水流出挑坎后形成涌浪，涌浪的前后和底部形成三個旋滾，形成“三滾一浪”的穩定戽流，通過強烈的旋滾和涌浪消耗水流大量多余能量。

4某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬B＝18m，流量Q＝265m³/s，壩下收縮斷面處水深h_c＝1.1m，當壩下游水深h_t＝4.7m時，若壩下發生水躍，則躍后水深h_c″和水躍形式分別為（　　）。

A．4.81m，遠離式水躍

B．5.81m，遠離式水躍

C．4.81m，淹沒式水躍

D．5.81m，淹沒式水躍

【答案】B

【解析】對于矩形斷面渠道，躍后水深為：

當h_t＜h_c″時，出泄水流在通過收縮斷面之后還有一段呈壅水曲線的急流，待水深沿程增加到h_t′（下游實際水深h，所對應的第一共軛水深）時才發生水躍。這種銜接形式稱為遠離式水躍銜接。此題中，由于h_t＝4.7m＜h_c″＝5.81m，因此為遠離式水躍。

5下列哪項不是泄水建筑物下游通常采用的消能措施？（　　）

A．底流式消能

B．緩流式消能

C．挑流式消能

D．面流式消能

【答案】B

【解析】泄水建筑物下游通常采用的銜接與消能措施，大致有下列類型：

①底流式消能。急流向緩流過渡時必然發生水躍。底流消能，是指在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水躍發生的位置，通過水躍產生的表面漩滾和強烈的紊動以達到消能的目的，從而使急流與下游的正常緩流銜接起來。這種銜接形式由于高流速的主流在底部，故稱為底流式消能。

②挑流式消能。利用下泄水流所挾帶的巨大動能，因勢利導將水流挑射至遠離建筑物的下游，使下落水舌對河床的沖刷不會危及建筑物的安全。下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除。

③面流式消能。當下游水深較大而且比較穩定時，可采取一定的工程措施，將下泄的高速水流導向下游水流的上層，主流與河床之間由巨大的底部漩滾隔開，可避免高速主流對河床的沖刷，余能主要通過水舌擴散、流速分布調整及底部漩滾與主流的相互作用而消除，由于銜接段中，高流速的主流位于表層，故稱為面流式消能。

6下列哪項不是底流式消能的主要形式？（　　）

A．降低護坦

B．修建消能坎

C．修建挑流鼻坎

D．綜合式消力池

【答案】C

【解析】底流消能，在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水躍發生的位置，通過水躍產生的表面漩滾和強烈的紊動以達到消能的目的，從而使急流與下游的正常緩流銜接起來。這種銜接形式由于高流速的主流在底部，故稱為底流式消能。消能池是控制水躍并利用水躍以消除余能的水工建筑物，形成消能池的首要條件是造成稍有淹沒的水躍所要求的躍后水深。增加局部地區水深的措施有兩個：①降低護坦高程；②在護坦末端加筑消能墻。也有同時采取兩種措施的綜合方式。C項，修建挑流鼻坎屬于挑流式消能的形式之一。

7消力池的型式中不包括（　　）。

A．上升式

B．下降式

C．消力坎式

D．綜合式

【答案】A

【解析】消力池是促使在泄水建筑物如堰、壩等下游產生底流式水躍的消能設施。消力池的形式通常有下降式、消力坎式和綜合式等三種。消力池能使下瀉急流迅速變為緩流，而且形式繁多。一般可將下瀉水流的動能消除40%～70%，并可縮短護坦長度，是一種有效且經濟的消能設施。