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消能建筑物

/building for energy dissipating/
条目作者王英奎廖仁强
条目作者王英奎

王英奎

廖仁强

廖仁强

最后更新 2023-04-19
浏览 180
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为消除水利水电工程中下泄水流的巨大动能,使水流在较短的距离内与下游正常水流取得妥善衔接,确保工程泄洪安全,在泄水建筑物末端或下游设置的消能设施的统称。又称消能工。

英文名称
building for energy dissipating
又称
消能工
所属学科
水利工程

消能建筑物是水利水电工程中不可或缺又极为重要的组成部分。由于挡水建筑物雍高了水库水位,泄水建筑物在泄水时,往往携带有巨大能量,下泄单宽流量较大,水流流速较高,能量较集中,必须在坝下河床较短距离内集中处理,如果处理不慎,将会影响建筑物与河道安全及正常运行。消能建筑物设计涉及面广,技术复杂,一般需经水工模型试验验证后确定。

消能的基本原理是依靠水流内部的紊动、掺混、剪切及旋滚,水股的扩散及水股之间的碰撞,水流与固体边界剧烈摩擦和撞击,水流与周围气体的摩擦和掺混等作用来消除所含的动能,使水流从急流过渡到缓流。工程中常见的消能工分为挑流消能水跃消能面流消能戽流消能等。在长期的工程实践过程中,还发展形成了宽尾墩、窄缝式挑坎、台阶式消能及洞内消能等多种不同形式的消能工。此外,为了提高消能效率,还有辅助消能工和超空穴消能工等。辅助消能工有趾墩、消力墩及尾槛等。超空穴消能工可使空穴长度发育到超过消能工相应尺寸或更大,空穴不在消能工边壁而在其后水中溃灭,避免了消能工受空化破坏。

消能建筑物形式的选择,可根据枢纽布置、地形、地质和水文等条件确定。对一个具体工程,可能选用一种或多种形式的消能工,必要时,还需进行水工模型试验,应做到下游河床不发生严重冲刷、岸坡稳定,建筑物和消能工免遭空化、磨蚀、振动等破坏和雾化带来的危害,保证枢纽建筑物安全运行。在满足工程需要及运行安全的前提下,消能建筑物应力求做到工程量小、造价低、工期短及管理维修方便等。

随着水利水电工程的快速发展,消能建筑物不论在工程设计、建设实践,还是在科研和试验研究方面都取得了丰富的成果,积累了宝贵的经验。在中国西南峡谷地区修建的一批高水头、大流量、大泄洪功率的水利水电枢纽工程,对消能建筑物的设计及研究提出了更高要求。为此,中国水利工作者在传统消能建筑物基础上,针对性地深入开展了大量专题研究工作,结合工程实际设计出了大量的新型消能建筑物,如宽尾墩+底流消能联合消能工、分区陡槽窄缝挑坎阶梯式出口消能形式、坝身挑跌流非碰撞消能形式、坝身挑跌流+护岸不护底水垫塘消能形式等。

  • 刘沛清.现代坝工消能防冲原理.北京:科学出版社,2010.
  • 戴会超,许唯临.高水头大流量泄洪建筑物的泄洪安全研究.水力发电,2009,(1):14-17.

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