以某工程改進(jìn)型跌水消能池為例計算分析排水管道的跌水消能構(gòu)筑物設(shè)計

以某工程改進(jìn)型跌水消能池為例計算分析排水管道的跌水消

能構(gòu)筑物設(shè)計摘要：以某工程改進(jìn)型跌水消能池（跌水10米）為例，計算分析水力消能池的設(shè)計計算方法及參數(shù)確定。本次設(shè)計消能不同于傳統(tǒng)的跌水超過5米的多級消能方式，而是采用消能格柵、消力坎等輔助設(shè)施，通過進(jìn)口渠、消能格柵、水舌、水躍、消力坎等計算設(shè)計，將排水渠道排出的高位水、急流水轉(zhuǎn)變?yōu)榈臀凰?、緩流水，以消除勢能、動能的消能方式，以?jié)約占地，降低成本。本次計算參照《水力計算手冊（第二版）》中第五篇渠系建筑物的水力計算的第二章落差建筑物第二節(jié)跌水。關(guān)鍵詞：消能格柵；消能池；水舌；水躍；消力坎。Keywords:stillinggrid；plunge?pool；waterjet；waterjump;energydissipationsillo引言在落差大的排水或者泄洪等水流管線中，要考慮在自身結(jié)構(gòu)中消除水流挾帶的能量。消能機(jī)理主要表現(xiàn)在摻氣水流從高處進(jìn)口渠跌入消能池中上、下翻滾，相互沖撞消能。跌水就是用于落差集中處，根據(jù)落差大小，跌水可做成單級或多級。在落差較小的情況下，一般3~5m的落差時，采用單級跌水。單級跌水由4部分組成：①進(jìn)口；②跌水墻；③消力池④出口。落差在5米以上時，一般采用多級跌水，多級跌水的結(jié)構(gòu)與單級跌水相似。多級跌水的進(jìn)口和最末一級消能出口的水力計算與單級跌水相同，其中間各級的上級跌水消力池的末端，即下一級跌水的進(jìn)口。市政排水項(xiàng)目中，受地下空間限制和費(fèi)用成本控制的影響，在較大跌水時無法采用多級跌水的形式，因此針對該情況提出了大跌水中的改進(jìn)型跌水消能池。作用1、 消能池能將大部分能量在跌水過程中于管線或構(gòu)筑物內(nèi)消除，下游的出口處不會對河床造成危害，保護(hù)河岸，減少河岸加固的費(fèi)用。2、 排水管線內(nèi)的消能池可以避免在泄水構(gòu)筑內(nèi)發(fā)生空蝕破壞，減少水壓對管道壁的沖擊，增長管道使用壽命。3、 在較小空間和較短距離內(nèi)，安全地泄散管道內(nèi)勢能與動能，使上游水流與下游水流獲得妥善銜接。兼顧考慮水流引起的空蝕、脈動、振動、磨損以及沖刷等破壞作用，保證管道、消能構(gòu)筑物以及城市管網(wǎng)的安全與耐久要求，確保城市排水正常有序。4、 在經(jīng)濟(jì)方面，從工程總體出發(fā)，綜合考慮工程量少、造價低、施工便利以及工期縮短等因素，建成后管理運(yùn)維便利，節(jié)省維護(hù)檢修費(fèi)用。設(shè)計計算分析以具體項(xiàng)目設(shè)計為例，對改進(jìn)型跌水消能池進(jìn)行介紹：一、設(shè)計計算條件：1、 管徑d2000流量7.612m3/s，流速2.42m/s。2、 格柵式跌水消能池寬度取5米。3、 管道接入及接出處設(shè)置0.5米跌水，考慮頂管所需要的底部操作空間，及管道斷面變化處的水面銜接順暢。4、跌水考慮設(shè)置多層格柵，每層高度2.5~3.5米。二、消能池計算⑴格柵跌水高度考慮進(jìn)口、出口段均跌水0.5米，因此格柵處跌水高度為P=9米。（2） 跌水總高度理論值P1=P+h=9+0.629=9.629m（3） 計算參數(shù)DD=1.5222/（9.81x9.6293）=0.00026（4） 跌落水舌長度（水力計算手冊P237公式5-2-45）Ld=4.3x0.000260.27x9.629=4.479（5） 水舌后水深（水力計算手冊P237公式5-2-46）hp=0.000260.22x9.629=1.572（6） 收縮水深（水力計算手冊P237公式5-2-47）hc=0.54x0.000260.425x9.629=0.157（7） 躍后水深（水力計算手冊P237公式5-2-48）h”c=1.66x0.000260.27x9.629=1.729（8） 水躍長度（水力計算手冊P237公式5-2-49）Lj=6.9x（1.729-0.157）=10.848（9） 坎頂水頭（水力計算手冊P240）H10=（1.522/0.42/）2/3=0.875（10） 坎頂水深（水力計算手冊P240）H1=0.875-（1.5222/（2*9.81x1.7292））=0.835（11） 消力坎高度（水力計算手冊P240）c1=1.05x1.762-0.837=1.255取2.0米。（12） 消力坎坎頂長度（水力計算手冊P240）=1.5x0.835=1.253取2.0米。（13）平臺長度 （水力計算手冊P240）11=4.479+0.8（1.9x1.729-0.157）+1.253=8.235取10米。池底長度L=ld+lj=4.479+10.848=15.327取16m結(jié)語該改進(jìn)型跌水消能池在較小空間和較短距離內(nèi)，泄散管道內(nèi)勢能與動能，使上游水流與下游水流獲得妥善銜接，技術(shù)可靠，施工便利，經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)維方便。參考文獻(xiàn)：《水力計算手冊（第二