挑流消能

水利工程

挑流消能（trajectory bucket type energy dissipation）是指在泄水建筑物末端设挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用，消除部分能量，然后跌落到离鼻坎较远的河槽中，在冲刷坑和一定的尾水深度所形成的水垫中消能。

简介

原理

挑流消能的工作原理是利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约20%。

挑流消能通过鼻坎可在挑流范围内有效地控制射流落入下游河床的位置、范围及流量分布，对尾水变幅适应性强，结构简单，施工、维修方便。但其下游冲刷较严重，堆积物较多，尾水波动与雾化都较大。挑流消能应用较广，适于中、高水头，大、中、小流量的各类建筑物。

设计

挑流消能设计的主要内容有：选择鼻坎形式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游冲刷坑深度等。鼻坎形式很多，常用的有连续式鼻坎、差动式鼻坎，还有扭曲鼻坎、斜切鼻坎、扩散式鼻坎和窄缝式鼻坎等

1979年中国首创宽尾墩挑流消能形式，用于潘家口水利枢纽，消能效果显著。鼻坎可以多层设置，使水流横向扩散,纵向分层落入河中;也可以布置成使两股水舌在空中互相碰撞消能的对冲式（上下对冲式和两侧对冲式）。挑流鼻坎的高程，根据建筑物布置、工程结构和水力条件等综合要求确定，一般可略高于下游最高水位。挑流鼻坎反弧半径R多采用反弧最低点水深h的8～10倍。R过大，鼻坎向下游延伸太长,增加工程量，过小则挑射条件不好,至少应使R≥4h。挑角θ 的选择原则是使挑距尽可能远,但冲刷坑又不过深。根据试验，挑角θ一般取20°～25°。挑距l是指鼻坎末端至冲刷坑最深点间的水平距离,可根据抛射体理论进行估算。

冲刷坑深度与范围是研究冲刷对建筑物和河岸稳定影响的依据。冲刷坑深度t与射流的单宽流量、落差、岩基构造和特性以及水力因素有关，其中单宽流量最为主要。为防止冲刷对建筑物产生不利影响，冲刷坑后坡不能过陡，一般要求 t/l1:2.5～1:5。

当坝址处下游尾水较浅，地质条件不好时，宜采用壅水措施增加水垫深度，如在冲刷坑下游修二道堰；地质条件差冲刷坑可能很深，需修建防冲护坦。拱坝采用挑流或跌流泄洪时,因射流落点离坝址较近,常在紧接坝趾处修一段护坦形成水垫消能塘，并要避免射流直接冲击岸坡及强烈的回流淘刷。岸坡地质差而回流流速大时，须考虑加做护岸与护坡工程。冲坑下游堆积物多，要注意避免影响电站出力或通航。对鼻坎尤其是对差动式鼻坎，要注意防范可能的空蚀破坏。挑流泄洪雾化大，要考虑对岸坡、附近建筑物及设施产生的不利影响。

其他消能

底流消能是一种在坝趾下游设消力池，使水流在池内产生水跃，利用水跃进行消能的方式。面流消能指在泄水建筑物尾端设置戽斗，使水流在戽斗内产生强迫旋滚，出戽水流形成一个涌浪并伴随一个底旋滚和一个下游表面旋滚而消能。洞内消能主要有旋流竖井消能、水平旋流消能以及洞内混凝土塞或孔板消能。抗冲磨材料有高标号混凝土、抗冲磨混凝土、钢板、复合材料等。应该说不同的消能方式和抗冲磨材料各有优缺点，一般情况下均通过技术经济比较、科研试验等综合论证确定。

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