第八节　泄水建筑物下游的水力衔接与消能

单项选择题（每题的备选项中只有一个最符合题意）

1计算消力池池长的设计流量一般选择（　　）。[2014年真题]

A．使池深最大的流量

B．泄水建筑物的设计流量

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

【考点】消力池长的计算

【解析】消力池过长将增加不必要的建筑费用；池长不够，即使池深足够也不能在池中形成消能充分的水跃，底部主流甚至会跳出消能池冲刷下游河床。显然，合理的池长应从平底完全水跃的长度出发来考虑。消力池池长的设计流量取建筑物下泄的最大流量。

2溢流坝下泄水流收缩断面水深h_c的共轭水深为h_c2，下游河道水深为h_t，形成远离式水跃的条件是（　　）。

A．h_t＝h_c2

B．h_t＞h_c2

C．h_t＜h_c2

D．无法确定

【答案】C

【解析】在一般情况下，下泄水流多为急流，而下游河渠中的水流多属于缓流，这样水流就要从急流通过水跃过渡到缓流。为了判别水跃发生的位置，可以先假设水跃在收缩断面处发生，即以收缩断面为跃前断面，则收缩断面水深h_c应等于跃前水深h′，为了区别于其他情况下的跃前水深，将这个水深写为h_c′，其共轭水深为h_c″建筑物下游水跃形式判别分三种情况：

①当h_t＝h_c2时，水跃恰好位于收缩断面处发生，称为临界式水跃衔接。这种衔接形式不够稳定，下游水深稍有变化即将导致水跃位置的移动。

②当h_t＜h_c2时，出泄水流在通过收缩断面之后还有一段呈壅水曲线的急流，待水深沿程增加到h_t′（下游实际水深h，所对应的第一共轭水深）时才发生水跃。这种衔接形式称为远离式水跃衔接。

③当h_t＞h_c2时，下游水流所具有的断面比能大于临界水跃跃后断面的比能，使水跃涌向上游并淹没了收缩断面，形成淹没式水跃衔接。

3戽流消能的水流特征是（　　）。

A．一滚一浪

B．二滚一浪

C．三滚一浪

D．四滚一浪

【答案】C

【解析】消力戽式消能是指在建筑物的出流部位设置低于尾水水位的大半径大挑角戽斗。出流水股经戽坎挑起后形成涌浪，涌浪上游面的水体回跌形成戽漩滚，涌浪潜入下游水面处形成二次漩滚，而在涌浪之下形成底部漩滚，这就是典型的戽流流态。显然，它是一种底流与面流相结合的混合流衔接形式。下泄水流的余能主要消耗于漩滚与主流相互作用所产生的强烈紊动掺混以及涌浪水流的扩散过程之中。它的消能效率高于平底完全水跃，底部流速较低，戽斗的实体也比较小，流态比面流易于控制，因而受到重视。其缺点是下游水面的波动比底流型的大。由上所述，可得戽流消能的水流特征为“三滚一浪”，即在水流出挑坎后形成涌浪，涌浪的前后和底部形成三个旋滚，形成“三滚一浪”的稳定戽流，通过强烈的旋滚和涌浪消耗水流大量多余能量。

4某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B＝18m，流量Q＝265m³/s，坝下收缩断面处水深h_c＝1.1m，当坝下游水深h_t＝4.7m时，若坝下发生水跃，则跃后水深h_c″和水跃形式分别为（　　）。

A．4.81m，远离式水跃

B．5.81m，远离式水跃

C．4.81m，淹没式水跃

D．5.81m，淹没式水跃

【答案】B

【解析】对于矩形断面渠道，跃后水深为：

当h_t＜h_c″时，出泄水流在通过收缩断面之后还有一段呈壅水曲线的急流，待水深沿程增加到h_t′（下游实际水深h，所对应的第一共轭水深）时才发生水跃。这种衔接形式称为远离式水跃衔接。此题中，由于h_t＝4.7m＜h_c″＝5.81m，因此为远离式水跃。

5下列哪项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．缓流式消能

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衔接与消能措施，大致有下列类型：

①底流式消能。急流向缓流过渡时必然发生水跃。底流消能，是指在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动以达到消能的目的，从而使急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接形式由于高流速的主流在底部，故称为底流式消能。

②挑流式消能。利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。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。当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部漩滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷，余能主要通过水舌扩散、流速分布调整及底部漩滚与主流的相互作用而消除，由于衔接段中，高流速的主流位于表层，故称为面流式消能。

6下列哪项不是底流式消能的主要形式？（　　）

A．降低护坦

B．修建消能坎

C．修建挑流鼻坎

D．综合式消力池

【答案】C

【解析】底流消能，在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动以达到消能的目的，从而使急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接形式由于高流速的主流在底部，故称为底流式消能。消能池是控制水跃并利用水跃以消除余能的水工建筑物，形成消能池的首要条件是造成稍有淹没的水跃所要求的跃后水深。增加局部地区水深的措施有两个：①降低护坦高程；②在护坦末端加筑消能墙。也有同时采取两种措施的综合方式。C项，修建挑流鼻坎属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．综合式

【答案】A

【解析】消力池是促使在泄水建筑物如堰、坝等下游产生底流式水跃的消能设施。消力池的形式通常有下降式、消力坎式和综合式等三种。消力池能使下泻急流迅速变为缓流，而且形式繁多。一般可将下泻水流的动能消除40%～70%，并可缩短护坦长度，是一种有效且经济的消能设施。