消力池水跃消能试验分析
跌坎式消力池水力特性影响因素试验研究
图 ３为传统 消力 池 内水跃 形态 示意 图 ， 通过列 １ １断面 和 — ２ —２断面的能量方程 ：
Ｅ１ ｈ１＋Ｌ１ ｉ ＋ ｎ ｓ ，
图 １ 试 验布 置 示意 图
Байду номын сангаас
Ｅ＿ ＝ ２２ 则：
。
试 验主要 对三种不 同坡 角和坎高 进行 了模 型试 验。试验 分 两组 ：） １ 坡角角度分别取 ２ 。３ 。 ４ 。 ０ ，０ 和 ５ 。在 同一坎高和尾 门高度
・
第３ ８卷 第 １ ０期 ２ ０・ ２０ １２年 ４月 ６
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲ ＣＨⅡｌＣ ＵＲＥ Ｅ Ｔ
Ｖ １３ ． ０ ｏ ． ８ Ｎｏ １ Ａ ｒ ２ １ ｐ。 ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２）０ ０ ６ — ２ １０ — ８ ５ ２ １ １ —２ ０ ０
影 响到消能效果 。
其 ，＝． ＋ ） ＋５ ）日 堰 着坡角 的增大 ， 率在减 小。因此在 流量 一定 时 ， 角 的大 小 中 。（ ０ 【 ｏ （ 为 上 ｍ ０５ ４ １． 】 ５ ， 消能 坡
水 头 ， Ｐ为堰高 ， ｍ， ｍ。
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ８ ２ １ —２ ０ 作者 简介 ： 壮 （９０ ， ， 苗 １８ 一） 男 工程师
水跃消能方式
水跃消能方式
水跃消能方式是指在水流速度较快的情况下，通过水体跃起消耗水流的能量。
水跃消能方式可以应用于水电站、水渠、堤坝等水利工程中，可以有效地减小水流对工程的影响。
水跃消能方式主要有以下几种：
1. 水跃消能坎：在水流速度较快的水渠或河段中，设置一定高度的消能坎，使水流跃起后撞击消能坎，将水流的动能转化为热能和声能，从而减小水流的速度和冲击力。
2. 跳石防冲：在水流速度较快的河段中，设置一定数量的大小不一的石头，使水流在石头之间跳跃，从而消耗水流的能量，减小水流的速度和冲击力。
3. 引流消能：在水电站下游或水渠中，设置一定长度的引流渠道，将水流引离主流，并在引流渠道中设置消能坎或跳石，使水流跃起后消耗能量，减小水流对下游工程的影响。
4. 水平层流：在水电站发电机舱及上游引水渠道中，通过设置一定长度的水平层流段或使用水平层流引流构造物，使水流在水平层流段中缓慢流动，从而减小水流的速度和能量。
综上所述，水跃消能方式是一种有效的水利工程控制水流速度和冲击力的方法，可以大大降低水利工程的风险和维护成本。
- 1 -。
某水库泄洪闸消力池长对池内水力特性影响的分析
《河南水利与南水北调》2023年第11期勘测设计某水库泄洪闸消力池长对池内水力特性影响的分析谢高鹏，张琛（江西省潦河工程管理局，江西奉新330700）摘要：为准确确定出消力池长与消能效果之间的关系，以安福县泸水河北岸灌区白门洲水库为例，在设计计算其消力池长的基础上，对消力池长影响水流流态、底板及尾坎动水压强、脉动压强、总消能率的具体程度展开量化分析。
结果表明，消力池长越长，池内各项水力特性指标取值也越合理，并能显著改善出池水流和下游河道水流的衔接状态；同时，消力池长增大后，对消力池总消能效率的影响相对较小。
为此，必须在综合比较池内各项水力特性及消能效果与工程造价的基础上，合理确定消力池长。
关键词：消力池；池长；水力特性；消能效果中图分类号：TV135.2文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）11-0065-020引言与挑流消能和面流消能相比，底流消能这种形式因结构简单、消能充分、适用各种地形，在各类溢流坝、水闸等水工建筑物中得到广泛应用。
基于此背景，依托具体灌区跌坎消力池消能方式，对消力池长度影响水流流态及消能效果的问题展开分析，以确定出工程所适用的消力池长。
1工程概况安福县泸水河北岸灌区是一座以北渠水陂为龙头，联接磨下、龙口、东风、茅庵、白门洲等5座小（1）型水库及冷水坑、莳园冲、仄院、月塘、谷家庙、北方前、塘姑井、牛轭坑、黄牛坑等9座小（2）型水库的水源串联的长藤结瓜的中型灌区，由安福县北渠，龙口、东风、磨下、茅庵、白门洲、南江等小型水利工程灌区组成，设计灌溉面积3473.33hm2，现状实际灌溉面积2570.67hm2。
白门洲水库主要泄水建筑物为泄洪冲砂闸，均为开敞式平底堰形式，单孔净宽10m，底板及闸墩顶高程分别为211m和254.30m，闸室净高14.80m，设置弧形工作门，门后底板通过1：4斜坡接反弧段和消力池连接。
为确保下泄余能的有效消除，对下游建筑物起到较好的保护作用，并保证河岸安全及河道行洪能力，需要就白门洲水库泄洪闸有关消力池长对池内水力特性影响进行分析研究。
几种消能工的运用
：1992年12月水电工程研究第2期,7一几种消能工的运用,?【文摘】本文对中低坝工程试验中所测得的四种消能工(单级消力池,两级综合消力池,冲击式消力池,消力梁附加齿坎的综合消能工)的消能防冲试验情况.作了综合分析.并根据各特剩余能量艟√列学√【关键词】消能率紊动掺和强迫水跃剪切应力剩余能量,纠2一√√扯速纸1前言随着我国水利水电工程事业的发展,在江河上修建低水头水利枢纽工程也愈来愈多,在技术上取得了较大的进步.如长江上已建的葛洲坝工程以及嘉陵江上在建的东西关电航工程.这些工程中泄水建筑物的设计特点是:水头低,单宽泄水量大,洪枯水位变幅较大.实践表明单级消力池,其适应范围是有限的,科学的方法应该是根据枢纽河段的水力,泥沙特点以及泄水建筑物的设计要求,合理选用消能工.才能收到投资少,效益高的效果.作者就低坝下游几种消能工的水力特性.作了综合分析,并对其适用范围.提出了一点粗浅看法,供类似泄水工程设计中参考.2消能设施●'2.1单级消力池一个工程实例..位于四省嘉陵江武胜河段的东西关电站,其挡水建筑物由长284的溢流坝和每孔宽14共九孔的泄洪闸组成.枢纽雍水高度为18.5.正常蓄水位248.5,汛期为了排沙降低水位运行,其运行水位为.24]..实测河道最小流量为115./?实测最大流量为28900'/.在设计洪水时,闸孔泄水量为19024./,相应的单宽流量为14./?.洪枯水位悬殊.下游设计洪水位较多年平均流量的水位高21.根据该枢纽泄水建筑物的泄流条件.考虑到不利的工况,通过计算与试验结合的方式,选定了消能效果较好的消力池尺寸:池长60,尾坎高5.布置如图1所示,部份试验成果见表1.从表1看出.闸孔在渲泄常年洪水条件下,跃首)4.0,池中产生稳定水跃,消能率为35%--45%.消能效果较好;当闸孔泄洪量为19024./时,单宽流量达14/?,闸孔为淹没出流,跃首=2.3,池内为弱水跃,水体间紊动掺和不烈,消能率8水电工程研究仅19%,池后冲坑深,坑距近,该级流量的消能流态如图1所示;在非汛期.因下游水位较低,水流出池后受重力作用,产生跌流,形成二级水跃.如当闸孔泄流量为224./时,单宽流量仅 4.1./?,水流出池后在河中形成二级水跃,水舌斜向冲击河床.护坦末贴壁冲刷深度较大,达.0,该级流量的消能流态见图1:=114./?一2.3(1)图1型——单级消力池水面线,流速分布表1单级消力池消能防冲资料河道流量闸泄流量消力池出口上游水位下游水位消能入河流速冲坑(单宽流量跃首闸门开启方式室(/)佛氏投(0,)(/)(0?)()(1)(%)最探平均最大坑距值15002244.1248.5230.341.21～3孔坶匀开启456.57.1.2776150027.5248.5232.754.51～3#孔均匀开启355.1.5.157********.5241.0236.113.01～9孔均匀开启304.57.39.9847674'1045.7241.0238.652.31～9孔全开184.96.99.63050019024114.0245.95252.732.39孔全开94.96.3.8综上所述,当泄水建筑物跃前&;4.0时,池中产生稳定水跃,消能率较高;在大单宽流量,低佛氏数条件下,消能率较低,若闸孔又是淹没出流时,消能率更小;单级消力池结构简单.施工方便,在一般洪枯水位变幅不大的大,中,小型水利,水电工程中被广泛采用.2.2两级综合消力池在同一工程中,曾就两级综合消力池的消能情况进行了研究.为了增强水体间的掺和,增大有效消能区,将原单级消力池增长17%,并用连续式底坎将池分隔成两部份.前池采用底流水跃消能,后池主要借助于大尺度紊动掺和消能.前池长度占全长的三分之第2期刘泽泉:几种消能工的运用9二为了获得前池稳定水跃所须的跃后水深,将前底板高程降低 2..后池尾部采用差动式消力坎,坎顶高程较前池尾坎低 1.,以利于低水位时出池水流与下游平缓衔接,经试验选定的布置形式如图2所示.部份试验成果列入表2.表2二级综合消力池消能防冲资料河道流量搠泄流量消力池出口上游水位下游水位消能率入河流连(/)冲坑单宽流量跃首()佛氏数闸门开启方式(0)(,)(/毒?)()()(%)最深平均最大坑艇位1502244.1248.5230.341.2～3孔均匀开启751.62.48.7202776150027.5248.5232.754.3～3孔均匀开启2.4.18.8275776450027.5241.0236.113.～9孔均匀开启453.74.78.7308476747045.7241.0238.652.39孔垒开253.34.49.540417002080127.0259.63257.2.9孔垒开183.94.21040,-----121.2./?,----2.5(1)图2型——二级综合消力池水面线,流速分布从表2看出,在渲泄常年洪水时,前池中产生稳定水跃,水流经前池消杀部份能量后,较均匀地进入后池,再次强迫水体掺和,消能,然后,水流沿全宽均匀而平稳地与下游衔接.当跃首&;4.时,消能率大于45%,消能效果较好,入河底部流速较小,池后冲坑浅,坑距远.在非汛期高水位运行条件下,跃首佛氏数大,前池消能充分;同时,因后池齿坎顶高程较前池尾坎低,因此,水流进入后池时,降低了水面高程,促使出池水流平缓地与下游低水位衔接.齿坎降低了入河底部流速,减轻了护坦末端贴壁冲刷深度.图2给出了闸孔泄流224./(口一4.1./?)下游低水位时的消能流态.当枢纽渲泄校核洪水41700./时,闸孔泄洪量为20800./,护坦单宽流量达127./?,闸孔为淹没出流,=2.5,水体掺和不烈,消能率为19%,池后冲坑深度与单级消力池水电工程研究没有什么差别.就坑距而言.二级池为单级池的4倍.图2(1)给出了护坦单宽流量为127./?时的消能流态.综上所述.二级综台消力池能适应较大的下游水位变幅;在相同的来流条件下,其消能率较单级消力池提高5%～10%;后池采用差动式底坎.。
水闸消能效果分析研究
水闸消能效果分析研究冯建江;陈海雄【摘要】水闸消能一般采用底流式(水跃)消能,但它往往又是在低水头情况下泄流,佛汝德数低,水闸消能效果较差.为了提高水闸的消能率,采取了有效的工程措施,即在普通消力池的基础上增加了辅助消能工以及修建复式消力池等工程措施.通过分析研究可知,水闸的消能效果有了明显的提高,尤其是复式消力池消能率较高,能起到良好的消能效果.【期刊名称】《中国水利》【年(卷),期】2010(000)008【总页数】4页(P31-33,38)【关键词】水闸消能;消能效果;消力池;辅助消能工;复式消力池【作者】冯建江;陈海雄【作者单位】浙江水利水电专科学校,310018,杭州;浙江水利水电专科学校,310018,杭州【正文语种】中文【中图分类】TV66水闸是水利枢纽工程重要的组成部分之一，它是既能挡水又能泄水的低水头水工建筑物，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中应用十分广泛。
水闸的消能一般采用底流式（水跃）消能，但是，低水头水工建筑物的水力学问题往往是佛汝德数低、水跃的消能效果较差。
研究表明，利用水跃消能，当佛汝德数Fr小于4.5 h时，消能率一般为20%～40%。
由于消能工的消能率较低，大量的能量被水流携带到下游，下游水流紊动剧烈，在洪水期泄流时，闸下水流对下游河床及两岸的冲刷常有发生，甚至危及建筑物的安全。
因此，对闸后水流如何有效地消除水流能量进行分析研究显得非常重要。
本文通过合理确定消力池的设计工况、增加辅助消能工、建复式消力池的方法进行分析研究。
一、水跃消能的基本原理由紊流力学可知，在紊流动能平衡方程式中通过量阶比较可以得到紊动能量耗散项的关系：式中，εr为紊动能量的耗散项，u′为水流的脉动流速，λg为微小涡旋的平均尺度。
由此项可知，在水流消能防冲设计时，应尽可能增大消力池内水流的紊动，增大水流能量的耗散，而水跃正是具有强力的水流紊动特征。
它一般由两部分组成，即表面漩滚区和底部主流区。
消力池
消力池消力池促使在泄水建筑物下游产生底流式水跃的消能设施。
消力池能使下泄急流迅速变为缓流，一般可将下泄水流的动能消除40%～70%，并可缩短护坦长度，是一种有效而经济的消能设施。
通过水跃,将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流,以消除动能的消能方式。
因其主流位于渠槽底部，故又称底流消能。
水跃消能主要靠水跃产生的表面旋滚及旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。
它具有流态稳定，消能效果较好,对地质条件和尾水变幅适应性强,尾水波动小，维修费用省等优点。
但护坦较长，土石方开挖量和混凝土方量较大，工程造价较高。
上游水位到跃首断面的落差大，故该处流速高,当弗劳德数Fr低时,消散的动能少，即余能多，而余能主要就是跃后水深表达的位能。
水跃消能应用很广，适于高、中、低水头，大、中、小流量各类泄水建筑物。
消力池的型式通常有下降式、消力槛式和综合式等3种。
(1) 下降式。
降低护坦高程形成的消力池，用以加大尾水深度，促使下泄急流在池中产生底流式水跃。
（2）消力槛式。
在护坦上（一般在末端）设置消力槛而形成的消力池，多用于水跃淹没度略感不足，或开挖消力池有困难的情况 (3)综合式。
既降低护坦高度又设置消力槛而形成的消力池，多用于尾水深度与第二共挑水深相差较大的情况。
水垫塘定义1：在自由跌挑式消能中，为使跌挑落水流不淘刷坝址和两岸，开挖下游河床并建二道坝，形成一定水垫溪洛渡大坝水垫塘小湾电站水垫塘二道坝顾名思义就是第二道大坝的意思；水垫塘，就是拿水当垫子用的池塘。
二道坝顾名思义就是第二道大坝的意思；水垫塘，就是拿水当垫子用的池塘。
大坝下游设置水垫塘和二道坝，二道坝为重力坝，布置于水垫塘末端。
水垫塘和二道坝均为泄洪消能设施的重要组成部分。
工程完工后，待二道坝下游水位抬升后，开始向水垫塘充水，避免下游水位上升漫坝对二道坝上游面产生的垂直冲击。
当汛期水位漫过二道坝坝顶后，水流翻过二道坝进入水垫塘内，使水垫塘内水位逐步与下游齐平，二道坝发挥其“壅高下游水位、增加水垫厚度达到消能”的作用。
消力池消能效果影响因素的研究
消力 池 是 水利 工 程 中十 分 常 见 的 一 种 消 能 设
施， 平 原 地 区的水 闸普遍 采 用 通 过 降 低 护 坦 高程 来 形成 消 力池 ， 采 用 底 流 消能 方 式 使 水 跃 表 面 发 生旋
滚 和强烈 紊 动掺 混 ， 从 而 达 到 消 能 目的 。它具 有 流
等 采 用 数值模 拟 的方 法 ， 模 拟 了表 孔 溢 流 坝及 其
壁面边界 ， 左侧为压 力和速度人 口， 右侧为速度 出 口， 中部 为 水 面 。 为 消力 坎 的 角 度 ， 当 ＝９ ０ 。 时 为直 墙式 消力 池 。
压力出口
压力入 口 速度入 口
末端 的跌 坎式 底 流 消能 池 的 二 维 流场 ， 分别 从 调 整
第１ ５卷
第２ ４期
２ ０ １ ５年 ８月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ５ Ｎｏ ． ２ ４ Ａｕ ｇ ．２ ０１ ５
１ ６ ７ １ — １ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ２ ４ — ０ １ ０ ９ — ０ ６
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
２ ０ １ ５年 ４月 ２ ７日收到 国家 自然科学基金项 目（ ５ １ １ ０ ９ ０ ２ ２ ） 、
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动量 方程 ：
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击 （ ） ＝ 一 嚣 ＋ 未 ［ （ ＋ ×
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辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划 （ Ｌ Ｊ Ｑ ２ ０ １ ２ ０ ６ ６ ） 资助
型精确性进行校核 ， 在此基础上对消 能效果 的因素进行 了研 究。结果 表 明增加消 力坎角度 、 消力坎 高度和泄水水 头高度 可以 增大 消能率； 结论可为低水 头泄水工程 的设 计提供 依据与参考。
台阶式溢洪道各流况的消能特性
台阶式溢洪道各流况的消能特性摘要：在斜坡角度θ=19°的台阶式溢洪道上，转变其来流量、台阶高度及相对坝高等条件，对跌落水流、过涉水流及滑行水流，下游消力池形成临界水跃的跃前、跃后消能率进行了对如实验研究。
实验结果说明，在实验条件范围内，以上三种流态的消能率不同甚小，总消能率最大可达95%左右，其中跃前的消能率占85%以上。
关键词：台阶式溢洪道滑行水流过涉水流跌落水流水跃消能自古以来水利工程中为了排除过堰或过坝所形成的水流能量，一样都是利用光面溢洪道或溢流坝进行挑流消能或在下游修建消力池进行水跃消能。
并对溢洪道和溢流坝的局部不平整度做了严格的规定，以防产生空蚀破坏。
专门是垂直水流方向的局部不平整度，那么要求加倍严格。
尽管如此，溢洪道和溢流坝受到破坏的事例仍然很多[1]。
但近20连年来，随着RCC施工新技术的显现和应用，对溢洪道和溢流坝的体型设计产生了专门大的阻碍。
台阶式体型的溢洪道、溢流坝以其优于光面溢洪道、溢流坝的消能率而受到世界各国水利界人员的强烈关注，并进行了大量的实验研究[2]。
目前，世界上已经有几十座中小型水库采纳了台阶式消能设施，其最大坝高已超过91m。
有数座正在设计和施工的最大坝高已达100m以上，中国的大朝山及百色工程都在100m以上。
关于台阶式溢洪道滑行水流和跌落水流的消能率，目前仍存在着各类不同的说法和结论，因此，有必要进一步进行探讨。
已往的实验研究，坡角从°～75°的专门大范围，本文以滑行水流时阻力最大的斜坡(θ=19°)为对象[3]，使其在下游形成临界水跃，对跌落水流，过涉水流及滑行水流时的消能率进行了实验，并对各流况的能量损失做了比较。
1 实验条件实验用水槽宽B=，水槽长L=～，坝高Hdam=～，溢洪道的斜坡角度θ=19°，台阶高h=～，Hdam/yc=～，≤yc/h≤，跃后水深测量采纳测针读取，读取精度为，跃前断面底部压力用小型皮托管(静压管)量测。
某河床式水电站消力池优化试验研究
的护 坦 ，海 漫 等被全 部 冲 毁 ，消 力池 泄 洪 段 与 冲
［ 收 稿 日期 ］２ ０ １ ３ － ０ ９ — ０ ６ 【 基 金 项 目］ 国 家科 技 支撑 计 划 （ ２ ０ １ ２ Ｂ ＡＢ ０ ５ Ｂ ０ ２ ） 【 作者简介］ 彭察 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ，男 。重 庆人 。硕 士 研 究生 ，主 要 从 事 河 流 动 力 学研 究 。
６ － － － ０ ． ０ ０ ８ ６ ，换算 成 原型 为 ０ ． ０ １ ４ —０ ． ０ １ ６ ．与混
凝 土 的 糙 率 十 分 接 近 。 其 他 建 筑 物 均 用 水 泥 砂 浆 抹 面 ．各 建 筑 物 根 据 糙 率 不 同 。采 用 表 面 拉
毛 加 糙 ．或 采 用 细 沙 密 实 加 糙 ， 以确 保 糙 率 相 似 。 模 型 各 项 相 似 比 尺 分 别 为 ：平 面 比 尺 入 １ ＝
挖 量 ．降 低 工 程造 价 。试 验 结 果 可 为优 化 工程 设 计 及 其 他 同类 工 程 优化 消 力 池提 供 参 考 。
［ 关 键 词 ］底 流 消 能 ；消 力 池 ；水 工 模 型 试验 ；消 能优 化
［ 中 圈分 类 号 ］Ｔ ｖ ６ ５ ３ ＋ ． １
［ 文 献标 识码 ］Ｂ
第Ｏ ２ 期 （ 总第 ３ ６ ９期 ）
［ 文章编号］１ ０ ０ ９ — ２ ８ ４ ６（ ２ ０ １ ３ ）０ ２ — ０ ０ １ １ － ｏ ８
吉 林
水
利
２ ０ １ ３年 ０ ２月
某河床 式水 电站消力池优化试验研究
彭 睿 （ 四川大 学 水 力 学与 山区 河流开发 保护 国家重 点 实验 室 ，四 川 成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
水闸消能效果分析研究
较差 。 了提 高水 闸的消能 率 ， 为 采取 了有 效的 工程措 施 ， 即在 普通 消 力池的 基础 上增 加 了辅 助 消能 工 以及 修 建复
式 消力池等 工程措 施 。通过 分析研 究可知 ， 闸的 消能 效果有 了明显 的提 高 ， 其 是复 式 消力 池 消能 率较 高 ， 水 尤 能
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｅ ｅ ｇ ｄ ｓ ｉ ａｉ ｎ ｆ ｌ ｉ ｅ ｆｅ ｔ ｆ ｎ ｒ ｄ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｓｉ ｉ ｇ ａ ｉ ；ａ ｘ ｌ ｒ ｅ ｅ ｇ ｄ ｓ ｉ ａ ｅ ｙ ｒ ｓ ｎｒ ｙ ｉｓｐ ｔ ｏ ｓｕ ｃ ；ｅ ｆ ｃ ｏ ｅ ｅ ｇ ｏ ｙ ｉｓｐ ｔ ； ｔ ｌ ｂ ｓｎ ｏ ｌｎ ｕ ｉ ａ ｙ ｎ ｒ ｙ ｉｓｐ ｔ ｒ ｉ
成 部 分 之 一 ， 是 既 能 挡 水 又 能 泄 水 它 的低水 头水 工 建 筑物 ， 防洪 、 溉 、 在 灌
确 定 消 力 池 的 设 计 工 况 、 加 辅 助 消 增 能 工 、 复 式 消 力 池 的 方 法 进 行 分 析 建
研 究
一Байду номын сангаас
能 ： 表 面 漩 滚 区 内 ， 大量 的 漩 涡 ① 有
起 到 良好 的消 能效果 。
关键 词 ： 闸 消 能 ； 能 效 果 ； 力 池 ； 助 消 能 工 ； 式 消 力 池 水 消 消 辅 复 Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｆ ｃ ｆｅ ｅ ｇ ｉｓｐ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｌｉｅ／ｅ ｇＪａｊ ｎ ，Ｃ ｅ ａｘｏｇ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｒ ｙ ｄｓｉ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｆ ｓｕｃ ／ ｎ ｉｎｉ ｇ ｈ ｎ Ｈ ｉｉｎ ｏ Ｆ ａ
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渐扩式消力池水跃长度的分析与计算
㊀第３０卷㊀第２期２０１８年４月浙江水利水电学院学报Ｊ.ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｏｆＷａｔ.Ｒｅｓ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗ.Ｖｏｌ.３０㊀Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０１８㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５￣７０９２.２０１８.０２.００７渐扩式消力池水跃长度的分析与计算张田(浙江省水利水电勘测设计院ꎬ浙江杭州㊀３１０００２)摘㊀要:为研究渐扩式消力池水跃长度的计算方法ꎬ通过分析已有渐扩式消力池水跃长度公式ꎬ用线性拟合的方法得出渐扩式消力池水跃长度的计算公式ꎬ认为相对水跃长度随跃前断面弗劳德数近似呈线性分布ꎬ并随着跃前断面弗劳德数的增大而增大ꎻ在３.５<Ｆｒ１<７.５范围内ꎬ公式(３)和公式(４)的计算值明显小于其余公式ꎬ工程运用不安全ꎻ公式(８)对边墙扩散角的变化十分敏感ꎬ公式结构存在一定的缺陷.表明在工程应用范围内(θ<９ʎ)ꎬ公式(９)能满足工程运用ꎬ并且计算的水跃长度随着跃前断面弗劳德数的增大而增大.关键词:渐扩式消力池ꎻ水跃长度ꎻ跃前断面水深ꎻ边墙扩散角中图分类号:ＴＶ１３５.２＋１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００８－５３６Ｘ(２０１８)０２￣００２９￣０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎＬｅｎｇｔｈｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＪｕｍｐｉｎＤｉｖｅｒｇｅｎｔＳｔｉｌｌｉｎｇＢａｓｉｎＺＨＡＮＧＴｉａｎ￣ｗｅｉ(ＺｈｅｊｉａｎｇＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１０００２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｎｅｗｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎｌｅｎｇｔｈｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｊｕｍｐｏｃｃｕｒｒｉｎｇｏｎｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｐａｎｄｉｎｇｓｔｉｌｌｉｎｇｂａｓｉｎｉｓｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｅｄ.Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎａｂｏｕｔｌｅｎｇｔｈｏｆｊｕｍｐｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｎｅａｒｆｉｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｉｓｔｅｄｅ￣ｑｕａｔｉｏｎｓ.ＩｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆｊｕｍｐｉｓｔｈｅｌｉｎｅａｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｕｐｓｔｒｅａｍＦｒｏｕｄｅꎬａｎｄｉｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎ￣ｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｕｐｓｔｒｅａｍＦｒｏｕｄｅ.ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆＥｑ.(３)ａｎｄｔｈｅＥｑ.(４)ａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｅ￣ｑｕａｔｉｏｎｓꎬｗｈｉｃｈａｒｅｕｎｓａｆｅｔｙｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｔｔｈｅ３.５<Ｆｒ１<７.５.ＡｎｄｔｈｅＥｑ.(８)ｉｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｏｆｓｉｄｅｗａｌｌｓｏｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｔｉｓｆｌａｗｅｄ.ＴｈｅＥｑ.(９)ｉｓａｂｌｅｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈθ<９ʎａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｔｉｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｕｐｓｔｒｅａｍＦｒｏｕｄｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｄｉｖｅｒｇｅｎｔｓｔｉｌｌｉｎｇｂａｓｉｎꎻｌｅｎｇｔｈｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｊｕｍｐꎻｉｎｉｔｉａｌｄｅｐｔｈꎻｄｉｖｅｒｇｅｎｔａｎｇｌｅｏｆｓｉｄｅｗａｌｌ收稿日期:２０１８￣０１￣２５作者简介:张田(１９８５－)ꎬ男ꎬ浙江杭州人ꎬ工程师ꎬ研究方向为水工结构及岩土工程设计.㊀㊀当溢洪道出口较窄而下游河道较宽时ꎬ常采用渐扩式消力池ꎬ用以衔接上游水流与下游河槽.发生于渐扩式消力池中的水跃称渐扩式水跃.张志恒[１]通过研究陡坡扩散消力池的水工模型试验发现ꎬ渐扩式消力池跃后水深较同一流量下一般矩形二元水跃跃后水深小４％~１４％.陈椿庭[２]研究表明ꎬ当渐扩式水跃跃后断面宽度与跃前断面宽度比ｂ１/ｂ１＝２时ꎬ所需的下游水深可减小１/１０.可见ꎬ渐扩式消力池较一般矩形消力池具有更好的消能效果.渐扩式水跃的研究主要包括水跃跃后水深与水跃长度.现阶段很多学者提出了渐扩式水跃跃后水深的计算方法[１ꎬ３－６]ꎬ渐扩式水跃跃后水深的研究已比较成熟.而渐扩式水跃长度的研究远没有水跃跃后水深研究的深入和透彻ꎬ我国溢洪道设计规范[７]虽给出了渐扩式水跃跃后水深的计算方法ꎬ但未给出渐扩式水跃长度的计算公式.作者旨在分析现有渐扩式水跃长度公式的适用性的基础上ꎬ提出新的渐扩式水跃长度的计算方法ꎬ以供设计参考.１㊀现有渐扩式水跃长度公式的分析现行的水跃长度计算公式主要如下:中国水利水电科学研究院水跃长度计算公式为:[８]Ｌｊ＝９.４ｈ１(Ｆｒ１－１)[１－１１.９１５/(ｍ１.５β０.５)](１)式中:Ｌｊ为渐扩式水跃长度ꎻｈ１为跃前断面水深ꎻＦｒ１为跃前断面弗劳德数ꎻｍ＝１/ｔａｎθꎬθ为边墙扩散角ꎻβ＝ｂ１/ｈ１ꎬｂ１为消力池入口宽度.Игнзтенко[８]认为Ｌｊ＝６.４ｈ１Ｆｒ２１－１/[１＋０.６４Ｆｒ２１－１ｔａｎθ/β)](２)ＫｏｌｓｅｕｓꎬＨ.Ｊ.[８]认为Ｌｊ＝(４ʃ０.５)ηｈ１(３)式中:η＝(ｈ２－ｈ１)/ｈ１ꎬ跃前水深ｈ１ʈ０.００２~０.００５ｍ.ＫｈａｋｆａꎬＡ.Ｍ.[８]认为Ｌｊ＝３ηｈ１(４)式(４)适用范围为ｂ１/ｈ１＝１.３.吴宇峰[８]认为Ｌｊ＝２１.６ｂ１ｈ１(Ｆｒ１－１)０.９３/１＋０.６θｂ１＋ｂ２１＋４３.２ｂ１ｈ１θ(Ｆｒ１－１)０.９３/１＋０.６θ(５)式(５)适用范围为ｂ１/ｈ１>２ꎬ２<Ｆｒ１<１１ꎬθ<０.２６ｒａｄ.于志忠[９]认为Ｌｊ＝８.３８ｈ１(Ｆｒ１－１)１＋(１＋６.１４/β)/ｍ(６)式(６)适用范围为２.４<ｂ１/ｈ１<１２ꎬ２.５<Ｆｒ１<１２ꎬ８<１ｔａｎθ<５０.华西列夫[３]认为Ｌｊ＝１０.３ｂ１ｈ１(Ｆｒ１－１)０.８１ｂ１＋１.０８ｈ１(Ｆｒ１－１)０.８１ｓｉｎθ(７)陕西水利科学研究院[１０]认为Ｌｊ＝０.０７７ｈ１(Ｆｒ１ ｃｔｇθ)１.５(８)式(８)适用范围为３.５<Ｆｒ１<６.５.笔者根据张志恒[１]水工模型试验的上游实测资料(见表１)ꎬ将各公式计算的渐扩式水跃长度值分别绘入图１.表１㊀渐扩式水跃上游实测资料Ｑ/(ｍ３/ｓ)ｈ１/ｍＦｒ１θ/(ʎ)ｂ１/ｍ１０.０８７.０６５.７１１２２０.１５５.５０５.７１１２４０.２７２４.５０５.７１１２６０.３９１３.９２５.７１１２８０.５３.６１５.７１１２图１㊀渐扩式水跃长度的比较㊀㊀由图１可知ꎬ上述公式计算的渐扩式消力池相对水跃长度Ｌｊ/ｈ１在跃前断面弗劳德数３.５<Ｆｒ１<７.５范围内差异较大ꎬ但其随跃前断面弗劳德数的增大而增大的规律保持一致.在８个水跃长度计算公式中ꎬ式(３)~式(４)计算的水跃长度明显小于其他公式.同时ꎬ随着跃前断面弗劳德数的增大ꎬ式(３)~式(４)与其余公式的计算偏差的绝对值也随之增大.当跃前断面弗劳德数Ｆｒ１＝３.６１时ꎬ水跃长度计算值最小的公式(４)与水跃长度计算值最大的式(７)相差１３０％ꎻ当跃前断面弗劳德数Ｆｒ１＝３.６１时ꎬ水跃长度计算值最小的公式(４)与水跃长度计算值最大的式(１)相差１２４％.可见公式(４)计算的渐扩式消力池水跃长度偏小ꎬ工程运用并不安全.除式(３)~式(４)外ꎬ其余６个公式计算的渐扩式水跃长度差异相对较小.其中式(２)和式(７)的水跃长度计算值最为接近ꎬ在跃前断面弗劳德数３.５<Ｆｒ１<４范围内ꎬ式(２)和式(７)的计算值最大ꎬ但随着跃前断面弗劳德数的增大ꎬ式(２)和式(７)的计算值随跃前断面弗劳德数的增长变化较为缓慢.当弗劳德数增大到５.５时ꎬ式(２)和式(７)计算的水跃长度已于其余４家公式的计算值接近ꎻ当弗劳德数增大到７时ꎬ式(２)和式(７)计算的水跃长度０３浙江水利水电学院学报第３０卷已明显小于其余４家公式.式(１)计算的相对水跃长度随跃前断面弗劳德数的增大而增加最快ꎬ当Ｆｒ１>４.５时ꎬ式(１)的计算值已大于其余５家的计算值ꎻ随着跃前断面弗劳德数的继续增大ꎬ式(１)计算的水跃长度与其余５家公式计算值的差值亦随之增大ꎻ当Ｆｒ１＝７.０６时ꎬ式(１)计算的相对水跃长度已超出其余５家公式约２０％.由上述分析可知ꎬ在跃前断面弗劳德数３.５<Ｆｒ１<４范围内ꎬＫｏｌｓｅｕｓꎬＨ.Ｊ.和ＫｈａｋｆａꎬＡ.Ｍ.提出的渐扩式消力池相对水跃长度较其余各家学者的偏小较多ꎬ工程运用不安全ꎻ其余６家公式在３.５<Ｆｒ１<４.５范围内相对接近ꎬ当Ｆｒ１>４.５时ꎬ公式(１)计算的相对水跃长度较其余５家公式值偏大ꎬ当Ｆｒ１＝７.０６时ꎬ式(１)计算的相对水跃长度已超出其余５家公式约２０％.２㊀渐扩式水跃长度的新公式由图１可知ꎬ渐扩式消力池相对水跃长度随跃前断面弗劳德数近似服从线性分布ꎬ根据上文分析结果ꎬ笔者在３.５<Ｆｒ１<４.５范围内ꎬ将式(１)~式(８)计算值的均值ꎬ在４.５<Ｆｒ１<７.５范围内ꎬ将公式(２)㊁式(５)~式(８)的均值绘于图１(拟合数据点)ꎬ并对相应数据点进行线性拟合ꎬ如图１所示.由图１可知ꎬ本文相对水跃长度拟合数据点和其拟合公式计算值位于各家公式的中间.相对水跃长度的拟合公式为:Ｌｊ/ｈ１＝７.５３４３Ｆｒ１－８.１０６４(９)相对水跃长度随跃前断面弗劳德数的增大而增大.我国溢洪道设计规范要求设计者在设计扩散水跃跃长时按棱柱体水跃跃长的０.８倍计算ꎬ其未考虑边墙扩散角的影响[７].公式(９)计算值虽位于各家公式中间ꎬ具有较好的计算效果ꎬ但该公式也未考虑渐扩式消力池边墙扩散角θ的影响ꎬ公式形式存在一定的缺陷.实际工程中ꎬ边墙扩散角θ通常较小ꎬ一般要求θ<１２ʎ.因为当θ值较大时ꎬ扩散段中的水流就有可能扩散不佳ꎬ致使边壁处产生回流[４].吴宝琴等[１０]的试验结果表明当θ＝９ʎ时ꎬ水流出现脱壁现象ꎬ在边壁处有回流产生.可见ꎬ实际工程中边墙扩散角的变化范围较小.同时ꎬ傅铭焕等[５]的研究亦表明ꎬ渐扩式消力池(扩散角θ<９ʎ)不考虑边墙扩散角影响的局部阻力系数对其水跃跃后水深计算影响不大.图２㊀渐扩式水跃长度(θ＝３ʎ)图３㊀渐扩式水跃长度(θ＝８ʎ)１３㊀第２期张田ꎬ等:渐扩式消力池水跃长度的分析与计算㊀㊀本文借助文献[１]水工模型试验的上游实测资料ꎬ改变边墙扩散角来验证公式(９)的结构合理性.边墙扩散角θ＝３ʎ和θ＝８ʎ两种工况下ꎬ公式(１)㊁公式(２)㊁公式(５)㊁公式(６)㊁公式(７)㊁公式(８)㊁公式(９)计算的相对水跃长度分别如图２和图３所示.由图２和图３可知ꎬ公式(８)计算值对边墙扩散角θ的变化最为敏感ꎬ在θ＝３ʎ工况下ꎬ其计算值大于其余公式计算值约１２０％－１７４％ꎻ而在θ＝８ʎ工况下ꎬ其计算值小于其余公式计算值约３５％－４５％.其余６家公式在３.５<Ｆｒ１<７.５范围内变化幅度相对一致.考虑公式(８)与其余公式的离异性ꎬ本文分析公式(９)时ꎬ不在以其作为参考.从图２和图３可以看出ꎬ在边墙扩散角θ＝３ʎ工况下ꎬ公式(９)计算的相对水跃长度在跃前断面弗劳德数３.５<Ｆｒ１<４.５范围内位于公式(１)㊁公式(２)㊁公式(５)㊁公式(６)㊁公式(７)计算值的中间ꎻ在４.５<Ｆｒ１<７.５范围内ꎬ公式(９)的计算值略小于其余５家公式ꎬ最大偏小１０.７％.在边墙扩散角θ＝８ʎ工况下ꎬ公式(９)的计算在３.５<Ｆｒ１<７.５范围内均位于公式(１)㊁公式(２)㊁公式(５)㊁公式(６)㊁公式(７)计算值的中间.可见ꎬ在４.５<Ｆｒ１<７.５ꎬ边墙扩散角θ<９ʎ范围内ꎬ公式(９)的相对水跃长度计算值较好ꎬ用公式(９)计算渐扩式消力池水跃长度是可行的.３㊀结㊀语本文根据实测资料ꎬ分析了已有渐扩式消力池水跃长度公式的合理性.分析发现ꎬ相对水跃长度随跃前断面弗劳德数的增大而增大ꎬ相对水跃长度随跃前断面弗劳德数近似呈线性分布.在３.５<Ｆｒ１<７.５范围内ꎬ公式(３)和公式(４)的计算值明显小于其余公式ꎬ工程运用不安全.当Ｆｒ１>４.５时ꎬ公式(１)的计算值已大于其余５家的计算值ꎬ当Ｆｒ１＝７.０６时ꎬ公式(１)计算的相对水跃长度已超出其余５家公式约２０％.公式(８)对边墙扩散角的变化十分敏感ꎬ公式结构存在一定的缺陷.根据已有水跃长度公式ꎬ笔者提出的渐扩散消力池水跃长度计算公式更为简便且计算精度较高.在跃前断面弗劳德数３.５<Ｆｒ１<７.５范围内ꎬ公式(９)的计算精度能满足实际运用(扩散角)的要求ꎬ并用已有学者提出的水跃长度公式和文献[１]的实测资料对其合理及可靠进行了验证.参考文献:[１]㊀张志恒.矩形扩散水跃的水力计算[Ｊ].陕西水利ꎬ１９７３(１):１０－２６.[２]㊀陈椿庭ꎬ姜国干.水工模型试验[Ｍ].２版.北京:水利电力出版社ꎬ１９８５:３１６－３２０.[３]㊀吴持恭.水力学(上册)[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００７:２７８－２８９.[４]㊀毛昶熙.闸坝泄流局部冲刷问题(三) 冲刷与消能扩散的关系[Ｊ].人民黄河ꎬ１９８８(５):６５－７０.[５]㊀傅铭焕ꎬ梁㊀锋ꎬ郭曙啸ꎬ等.渐扩式水跃跃后水深的计算[Ｊ].人民黄河ꎬ２０１６ꎬ３８(９):１０７－１１０.[６]㊀宁利中ꎬ宁碧波ꎬ田伟利ꎬ等.矩形扩散水跃方程的近似解[Ｊ].西安建筑科技大学学报(自然科学版)ꎬ２０１３ꎬ４５(６):８７５－８７９.[７]㊀水利部天津水利水电勘测设计研究院.ＳＬ２５３－２０００溢洪道设计规范[Ｓ].北京:中国水利水电出版社.[８]㊀吴宇峰ꎬ伍㊀超ꎬ刘小兵.渐扩散水跃跃长的研究[Ｊ].水科学进展ꎬ２００７ꎬ１８(２):２１０－２１５.[９]㊀于志忠.矩形扩散水跃的计算方法[Ｊ].水利学报ꎬ１９８９(２):３９－４５.[１０]㊀吴宝琴ꎬ张志恒.矩形扩散水跃水力计算新公式[Ｊ].水利水电工程设计ꎬ２００１ꎬ２０(２):４２－４４.２３浙江水利水电学院学报第３０卷。
渐扩折坡型消力池水跃特性研究
渐扩折坡型消力池水跃特性研究
经由建筑物下泄的水流往往具有较高的流速,对下游河床具有明显的破坏能力。
消能防冲是泄水建筑物,尤其是高水头、大流量泄水建筑物设计要解决的主要问题。
常用的消能方式可按高速主流的位置与状态分为底流水跃消能、挑流消能、面流消能等几类,由于底流消能消能效果十分显著,适用于高、中、低水头各类泄水建筑物和各种地基条件,作为一种基本的消能型式,在我国获得了广泛应用。
消力池的型式一般可分为平底式和斜坡式两大类,可根据地形、地质和水力条件,
通过技术经济综合比较选定。
渐扩折坡消力池能较好的适应工程实际需要,渐扩体型和折坡水跃使得此类消力池消能效果良好,并能适应下游水位变化。
与常规的矩形消力池相比,具有消能效果良好、保护下游边坡、缩短消力池长度等优点。
在实际工程中,渐扩折坡消力池已有了较为广泛的应用,如布伦口水电站、喜河水电站等,而对渐扩折坡消力池水跃公式的理论研究较少。
本文以实际工程为研究对象,通过水工模型试验,对不同工况下该型消力池的水跃流态,及跃长,跃
后水深等水跃特征进行了研究。
首先,就物理模型试验结果结合已有经验公式,分析对比了在相同来流条件下,等宽平底型,等宽折坡型,渐扩折坡型消力池的计算跃后共轭水深。
其次,在物理模型试验的基础上,采用标准κ-ε紊流模型结合VOF多相流模型,建立了消力池段的三维数值模型,对扩散折坡水跃的水跃特征参数及流速分布等进行了研究。
数值模拟计算结果所得的水跃位置,跃后水深,旋滚长度值等与物理模型试
验结果有较好的一致性。
在此基础上,通过数值模拟研究比较了渐扩段扩散角度
对消力池水力特性的影响。
矩形明渠中水跃跃长经验公式及消能率实验研究
矩形明渠中水跃跃长经验公式及消能率实验研究张沁; 张艾文; 曹婷【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)026【总页数】6页(P11-16)【关键词】水跃试验; 水跃长度; 消能率; 跃后水深【作者】张沁; 张艾文; 曹婷【作者单位】重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心水利水运工程教育部重点实验室重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】O352水跃是一种在自然界以及工程应用上普遍存在的水力现象,可用来衔接上、下游水位，消除泄水建筑物下游高速水流中的巨大动能，达到防冲刷的目的，因此研究水跃具有极为重要的工程意义[1]。
水跃的研究多集中确定三个参数：共轭水深比、水跃长度和水跃能量损失(消能率)[2]。
这些参数在研究堰、闸出流和消能池设计中时，具有十分重要的作用。
共轭水深比[3]与消能率[4]可分别由动量方程和能量方程确定；水跃长度由于水跃的复杂性，各研究者的前提条件和试验条件的不同，以及在判断位置和测量时存在的误差,使得实测得到的水跃长度经验公式也各异。
在计算水跃长度时，大多是探讨平底矩形明渠内跃长与单宽流量、跃前弗汝德数Fr1与跃前或跃后水深的关系[5，6]。
潘忠良[2]通过对三种不同进口弗汝德数Fr和淹没度消能率的研究,给出了实际消能率的具体数值计算方法，沈波[7]提出可采取一定的工程措施来提高低Fr水流消能率的积极作用。
水跃机理复杂，理论分析还不成熟,目前多采用物理模型试验与经验公式相结合的方法[8]。
现在矩形明渠水槽的基础上，对不同流量、不同闸板开度下的波状、弱、摆动、稳定、强五种形式，共17组工况下的水跃进行试验研究，用理论公式计算跃后水深，用吴持恭、Smetana和Elebatorski三个经验公式[1]估算水跃区长度，并与实测值进行比较，为水跃计算公式的选择提供参考；为探求不同形态水跃的消能特点，计算水跃消能率和水跃区消能率，进而为工程设计提供可靠的依据。
水跃实验的实验报告
一、实验模块流体力学实验二、实验标题水跃现象研究三、实验目的1. 观察水跃现象的特征和三种类型的水跃。
2. 检验平坡矩形明槽自由水跃共轭水深理论关系的合理性。
3. 检验跃长经验公式的可靠性。
4. 了解水跃的消能效果。
5. 比较不同型态水跃的流动特征。
四、实验日期、实验操作者实验日期：2023年3月15日实验操作者：张三、李四五、实验原理水跃是流体力学中的一种现象，当急流进入缓流时，由于流速的突然变化，水流发生局部突变，形成水跃。
水跃现象的特点是在很短的距离内，水深急剧增加，流速相应减小。
水跃现象可以发生在明渠、水闸、溢流坝等地方。
六、实验设备1. 实验槽：长5米，宽0.5米，深0.3米，供排水系统与图11.1同。
2. 堰、闸：用于产生急流和缓流。
3. 量水尺：用于测量水流速度和深度。
4. 摄像机：用于记录实验过程。
七、实验步骤1. 准备实验设备，确保实验槽、堰、闸等设备完好。
2. 调整堰、闸的高度，产生急流和缓流。
3. 记录实验数据，包括水流速度、水深、跃长等。
4. 观察水跃现象，记录水跃的类型、特征等。
5. 比较实测值与理论计算值，分析误差原因。
6. 分析水跃的消能效果，比较不同型态水跃的流动特征。
八、实验过程1. 调整堰、闸的高度，产生急流和缓流。
2. 使用量水尺测量水流速度和深度，记录数据。
3. 观察水跃现象，记录水跃的类型、特征等。
4. 分析实测数据，与理论计算值进行比较。
5. 记录实验现象，分析误差原因。
九、实验结果与分析1. 观察到水跃现象包括共轭水深关系、跃长、消能率等特征。
2. 实测值与理论计算值基本吻合，说明平坡矩形明槽自由水跃共轭水深理论关系合理。
3. 跃长经验公式可靠性较高，误差在可接受范围内。
4. 水跃现象的消能效果明显，能有效降低水流对工程结构的冲击和腐蚀。
5. 不同型态水跃的流动特征存在差异，波状水跃和完全水跃的消能效果较好。
十、实验结论1. 水跃现象是流体力学中的一种常见现象，具有共轭水深关系、跃长、消能率等特征。
消能资料收集
第七章 水 跃第一节 水跃现象及分类一、水跃现象水跃是明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时发生的水面突然跃起的局部水力现象。
闸、坝下泄的急流与天然河道的缓流相衔接时，都会出现水跃现象。
水跃区的水流可分为两部分：一部分是急流冲入缓流所激起的表面旋滚，翻腾滚动，饱掺空气，叫做表面水滚。
另一部分是表面水滚下面的主流，流速由快变慢，水深由小变大。
但主流与表面水滚并不是截然分开的，因为两者的交界面上流速梯度很大，紊动混掺非常强烈，两者之间不断地进行着质量交换。
在发生水跃的突变过程中，水流内部产生强烈的摩擦混掺作用，水流的内部结构要经历剧烈的改变和再调整，消耗大量的机械能，有的高达能量的60%~70%，因而流速急剧下降，水流很快转化为缓流状态。
由于水跃的消能效果较好，所以常常被采用作为泄水建筑物下游水流衔接的一种有效消能方式。
在确定水跃范围时，通常将表面水滚开始的断面称为跃前断面或跃首，相应的水深称为跃前水深；表面水滚结束的断面称为跃后断面或跃尾，相应的水深称为跃后水深。
表面水滚的位置是不稳定的，它沿水流方向前后摆动，量测时取时段内的平均位值。
跃后水深与跃前水深之差称为跃高。
跃前断面与跃后断面之间的距离称为水跃长度，简称跃长。
二、水跃的分类水跃的形式与跃前断面水流的佛汝得数1Fr 有关。
为此，根据跃前断面佛汝得数1Fr 的大小对水跃作一分类，具体如下。
7.111<<Fr ，水跃表面将形成一系列起伏不平的波浪，波峰沿流降低，最后消失，种形式的水跃称为波状水跃。
由于波状水跃无旋滚存在，混掺作用差，消能效果不显著，波动能量要经过较长距离才衰减。
当7.11>Fr 时，水跃成为具有表面水滚的典型水跃，具有典型形态的水跃称为完全水跃。
此外，根据跃前断面佛汝得数1Fr 的大小，还可将完全水跃再作细分。
但这种分类只是水跃紊动强弱表面现象上有所差别，看不出有什么本质上的区别。
5.27.11<≤Fr ，称为弱水跃。
陡坡后消力池内水跃的数值模拟
陡坡后消力池内水跃的数值模拟葛旭峰;王长新;李琳【摘要】Using a three-dimensional RNG k-s turbulence model and the method of the volume rate (VOF) to track free water surface, the hydraulic jump characteristics of a plunge pool behind the steep slope with the same slope angle are simulated under 4 different working conditions in this study. By comparing the simulated results with the model test results, we find that the feature of water surface profile, velocity and length of the hydraulic jump agree well with each other, and the length of submerged hydraulic jump is greater than that of free critical hydraulic jump in the plunge pool behind the steep slope. The numerical calculation and the test results indicate that the length of the hydraulic jump in the plunge pool behind the steep slope can not be calculated by a formula used in flat bottom rectangular hydraulic jump, and the influence of submergence degree must be considered to avoid the designing deficiency of the plunge pool behind the steep slope.%利用三维RNG k-ε紊流模型和体积率(VOF)跟踪自由水面的方法,对4种不同工况、相同坡角的陡坡后消力池内的水跃特性进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了对比.结果表明,不同工况下消力池内水面线特征、流速和水跃长度与模型试验吻合较好,陡坡后消力池内淹没水跃长度大于自由临界水跃长度.同时,数值计算与试验结果均表明,陡坡后消力池内水跃长度不能按照平底矩形水跃长度计算公式进行计算,必须考虑淹没度的影响,从而有效避免陡坡后消力池设计中的不足.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】5页(P70-74)【关键词】陡坡;消力池;RNG k-ε模型;水跃;数值模拟【作者】葛旭峰;王长新;李琳【作者单位】陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西西安 710001;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052【正文语种】中文【中图分类】TV131水跃是急流过渡到缓流时水面突然跃起的普遍水力现象［1］.在工程设计中，由陡坡变成平坡的位置最好是利用水跃对水流挟带的巨大动能进行消能.由于水跃紊动强、波动大，因此，水跃必须发生在消力池内.长期以来，在进行消力池设计时，以《水闸设计规范》［2］中的自由临界水跃长度(即:Lj=6.9(h2－h1)，其中h1，h2分别为跃前、跃后水深)作为重要参数.但实际工程中，按照此方法计算出的水跃长度在进行消力池池长设计时，水跃跃出池外，消力池池长不能满足要求［3－5］.目前，对于消力池的设计大多依赖于模型试验，而模型试验不但设计周期长，在人力和物力上也不经济.随着数值模拟的发展，许多学者［6－9］用VOF模型较好地模拟了具有自由水面的水流问题，但在这些模拟中对于消力池内水跃长度均未见详细说明.为了准确确定陡坡后消力池内水跃长度，通过数值模拟和模型试验，采用VOF方法和RNG k－ε紊流数学模型对不同淹没度下陡坡坡脚为30°时消力池内的水跃水力特性进行对比研究.1 数学模型及试验布置1.1 数学模型VOF方法是一种处理复杂自由表面的有效方法［10］.该方法的基本思想是:定义函数αw(x，y，z，t)和αa(x，y，z，t)分别代表计算区域内水和气占计算区域的体积分数(体积的相对比例).在每个单元中，水和气的体积分数之和为1，即:对于某个计算单元而言，存在下面3种情况:αw=1表示该单元完全被水充满;αw=0表示该单元完全被气充满;0＜αw＜1表示该单元部分是水，部分是气，有水气交界面.水的体积分数αw的控制微分方程为:式中:t为时间;ui为速度分量;xi为坐标分量.水气界面的跟踪即通过求解该连续方程来完成.在紊流模型中，本文采用Yakhot和Orszag建立的RNG k－ε紊流数学模型［11］，考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况，可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大流动，使得RNG k－ε模型具有更高的可信度和精度.其连续方程、动量方程和k，ε方程分别表示如下:式(3)～(8)中:ρ和μ分别为体积分数平均的密度和分子黏性系数;P为压力;u为速度;模型参数Cμ=0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92，σk=1.0，σε=1.3.采用有限体积法对控制方程组进行离散，离散方程组的求解采用欠松弛迭代方法，压力－速度的耦合求解采用PISO算法.1.2 网格划分及边界条件计算区域的几何参数为:顺水流x方向桩号SC0－2.8 m～SC0+7.52 m，沿宽度y 方向为0～0.4 m，水深z方向高程为1.7～2.3 m，基准高程为1.7 m.计算区域整体是对称结构，因此对其进行了整体网格划分，采用六面体结构网格进行网格划分.为了得到精确的流场特性，对消力池内进行了局部网格细化.计算区域网格划分见图1.图1 陡坡后消力池网格划分Fig.1 Post－steep plunge pool grid partition水流入口采用速度入口边界条件，通过流量和水深计算平均流速，作为进流边界条件.气流边界(包括上游气体入口)作为压力进口边界条件.由于要在陡坡后消力池内模拟不同淹没度下的水跃.对下游水位有一定的要求.因此，将出口在高度方向设为两类边界条件，下部用于控制下游水深，设定为速度出口边界;上部为空气，按压力出口边界条件给定.固壁采用壁面函数法来处理.1.3 试验布置水跃试验在新疆农业大学水工实验室的玻璃水槽内进行.水槽宽0.4 m，高0.5 m，长20 m，槽首设有进水阀和静水池，静水池中设有消能栅板，用于稳定水流.水槽的顶部设有带刻度的轨道，将水槽轨道零点刻度所在的断面记为SC0+00 m断面，其余断面位置可根据刻度依次类推.将水槽中SC0+00 m～SC0+2.5 m断面间设置为泄流段，SC0+2.5 m～SC0+3.02 m设置为陡坡段，陡坡坡角为30°.水槽末端设有可调节尾门，水流经尾门后跌入水箱.试验布置如图2所示.在试验中，调节尾门开度改变水跃发生位置，形成淹没度不同的水跃.试验中通过线绳在水跃中的速度方向(线绳处在上游或下游或静止不动时的位置)来对跃后位置进行确定.水槽上端设有活动测针架，可测读水位，流速采用旋浆流速仪进行测量.图2 试验布置Fig.2 Test layout为验证模型可靠性，将数值模拟结果与试验结果进行比较，设计4种工况，单宽流量均为0.092 m2/s，进口平均流速均为 0.179 m/s，工况 1～4的淹没度σ 分别为 1.00，1.05，1.10和 1.20，尾水深度分别为 0.207，0.225，0.234 和0.250 m.2 数值模拟与试验结果分析应用前述的数学模型，对不同设计工况条件下的陡坡后消力池内水跃进行了数值模拟.2.1 水面线分析图3为不同工况下数值模拟的水面线和模型试验测得水面高程的比较.从图3可见，各工况下数值模拟的水面线与实测水面线的曲线形状、位置都较一致，仅在工况3和4中，计算水面线在回流混掺区略高于实测水面线，分析其原因可能是由于水体紊动掺气较强，水面变化幅度大，水面线量测时引起的误差.2.2 流速分析图3 各工况的水跃水面线Fig.3 The water line of hydraulic jump in different working conditions图4为各工况下，消力池底板以上0.01 m处，沿中轴线方向流速数值计算值和试验结果的比较.从图中可见，速度值计算结果与试验结果吻合较好，但计算值比试验结果普遍偏小，分析其原因，是由于在水槽内形成的水跃紊动剧烈，流速最大值出现位置和大小并不固定，而试验实测为短时最大值，且较难确定其准确位置和方向.2.3 水跃长度分析图4 各工况流速分布Fig.4 The velocity distribution in different working conditions图5为各工况条件轴线位置的流线分布及水跃长度(根据其跃前、跃后位置确定)的计算值.由图可见，水跃上部有个剧烈的旋滚区，旋滚区的下面则是急剧扩散的主流.比较图5(a)和图5(b)，(c)，(d)可以看出，在相同上游进口平均流速(u1=0.179m/s)、单宽流量(q=0.092 m2/s)和陡坡坡角(30°)条件下，自由临界水跃最短，仅为 1.0 m，而在淹没度σ=1.05，1.10 和 1.20 时，水跃长度分别为 1.40，1.35 和1.20 m，表明淹没水跃的水跃长度大于自由临界水跃的水跃长度，并且随着淹没度增大，淹没水跃长度在减小.比较各工况下的水跃长度Lj的计算值与实测值可见，计算值与实测值比较接近.在考虑淹没度的情况下，陡坡后消力池的设计不能完全按照平底矩形水跃长度公式Lj=6.9(h2－h1)进行计算，当单宽流量为0.092 m2/s时，公式计算水跃长度为1.19 m.比较公式计算结果与数值模拟结果发现，除工况1外，其余工况数值模拟结果均大于1.19 m，因此，对陡坡后消力池的设计，应该考虑淹没度的影响.图5 不同工况下的流线分布Fig.5 The streamline distribution in different working conditions3 结语(1)本文对坡角为30°的陡坡后消力池内水跃特性进行了数值模拟和模型试验，通过对其消力池内的水面线、流速和流线分布的分析表明，两种方法吻合较好，这为进一步研究陡坡后消力池内水跃的运动规律奠定了基础.(2)陡坡后消力池内水跃长度不同于平底水跃长度，在淹没度情况下产生的水跃长度大于自由临界水跃长度.因此，在进行陡坡后消力池设计时，应考虑淹没度对水跃长度的影响.本文主要针对陡坡坡角为30°时各工况水跃长度进行了研究，若考虑坡角对水跃长度的影响还需做进一步的研究.参考文献:［1］邱秀云.水力学［M］.乌鲁木齐:新疆电子出版社.2008.(QIU Xiu－yun.Hydraulics［M］.Urumqi:Xinjiang Electron Press，2008.(in Chinese)) ［2］SL 253—2000，水闸设计规范［S］.(SL 253—2000，Design specification of sluice［S］.(in Chinese))［3］葛旭峰，鲁克恩，李琳，等.小石峡水电站表孔溢洪道模型试验研究［J］.南水北调与水利科技，2010(5):61－64.(GE Xu－feng，LU Ke－en，LI Lin，et al.Model test research of surface orifice spillway for Xiaoshixia hydropower station［J］.South to North Water Transfers and Water Science ＆Technology，2010(5):61－64.(in Chinese))［4］石教豪，王罗斌，李莉.亭子口水利枢纽工程泄洪消能试验研究［C］∥周孝德.水力学与水利信息学进展，西安:西安交通大学出版社，2009:311－318.(SHI Jiao－hao，WANG Luo－bin，LI Li.Test research on flood discharge and energy dissipation of Tingzikou hydro－project［C］∥ ZHOU Xiao－de.Progress of Hydrology and Hydro－Information，Xi′an Jiaotong University Press，2009:311－318.(in Chinese))［5］MIGNOT E，CHENFUEGOS R.Energy dissipation and turbulent production in weak hydraulic jumps［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2010，136(2):116－121.［6］刘清朝，陈椿庭.水跃紊流特性的数值研究［J］.水利学报，1993(1):1－10.(LIU Qing－chao，CHEN Chun－ting.Numerical study of turbulence characteristics in hydraulic jumps［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1993(1):1－10.(in Chinese))［7］LONG D J，STEFFLER P M，RAJARATNAM N.A numerical study of submerged hydraulic jumps［J］.Journal of Hydraulic Research，1991，29(3):293－308.［8］李玲，陈永灿，李永红.三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用［J］.水力发电学报，2007(2):83－86.(LI Ling，CHEN Yong－can，LI Yong－hong.Three dimensional VOF model and its application to the water 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基于SPH法的正弦形消力池底板水跃现象数值模拟
基于SPH法的正弦形消力池底板水跃现象数值模拟薄夫萍;吴海涛;王星;张云云;顾声龙【摘要】利用光滑质点水动力学法(SPH方法)对正弦形消力池底板上的水跃现象进行数值建模,共模拟2种波形5种工况.将SPH方法的模拟值与已有文献的试验值作对比,验证数值模型及数值方法研究此类问题的可行性和适用性,并分析水面线、流速分布、跃长、共轭水深、消能率等水跃特性的变化规律.结果表明:SPH方法模拟结果与试验结果吻合度较高;水跃段流速分布不均匀、自由表面波动较大,且流层间存在相对运动从而形成旋滚,同等条件下随着弗劳德数的递增,掺气量和自由表面破碎现象越来越剧烈,旋滚的影响范围逐渐变大;正弦形底板消能率较光滑底板提高10％左右且所有工况消能率均在47％以上.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2019(039)002【总页数】7页(P72-78)【关键词】SPH方法;正弦形底板;水跃;消力池;消能率;数值模拟【作者】薄夫萍;吴海涛;王星;张云云;顾声龙【作者单位】青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016【正文语种】中文【中图分类】TV131.2水跃是底流消能工中常用的消能形式。
经过水跃这一局部水力现象，水流流态发生急剧变化，水跃区段内底部主流区和上部旋滚区相互掺混、碰撞、摩擦，下泄水流消耗大部分动能从而使流速锐减、流态趋于平稳，以达到消能效果。
但当消能率较低时，下泄水流经消力池后仍携带大量余能，致使下游河床遭受严重冲刷甚至造成坝体损坏[1]。
因此，提高消力池的消能率是目前水工结构设计中迫切需要解决的问题。
正弦形消力池底板最初由Ead等[2]提出，其本质是将光滑的消力池底板改为正弦形以增加壁面粗糙度，使水流之间的紊动更为剧烈，水跃特性急剧改变，从而增加消能率。
实验四 水跃实验及消能演示 - 扬州大学国家级精品课程申 …
实验四 水跃实验及消能演示一、实验目的1．观察水跃现象，了解水跃的水流结构。
2．测定矩形平底明渠中，完整水跃的共轭水深，验证水跃基本方程 。
3．测定水跃长度，验证水跃完整长度经验公式。
4．观察下游水深的变化对水跃位置的影响。
二、实验原理图4-1是水跃简图，图中h'为跃前水深，h''是跃后水深，L j 是水跃长度。
在矩形、平底、棱柱 体明渠中，利用动量方程推导出水跃方程为2c 221c 12A ''h gA Q A 'h gA Q +=+ 代入矩形断面条件得出了水跃的共轭水深公式：跃，草绘水跃段水流流动图。
3．待水流稳定后，测读上游量水堰水面测针读数，利用查图或计算求得流量。
4．用活动测针水跃的共轭水深h'和h''。
5．用钢尺测量水跃长度。
6．改变流量，重复以上步骤，读记以上数据5~8次。
7．列表计算并点绘η~Fr1实测关系曲线，同时用共轭水深公式计算并点绘η~Fr1理论关系曲线，并进行对比。
8．用经验公式计算水跃长度L j理并和实测水跃长度L j实进行比较。
附：注意事项（1）在水跃段由于水流紊动强度大，水跃位置前后摆动，跃前水深和跃后水深也随着紊动而变化，在测量时要观察一段时间，选取一适当水跃位置，同时用粉笔在水槽玻璃上记下跃前、跃后断面的水面点的时均值，然后从玻璃上量取h'和h''和L j。
（2）由于水流极不稳定，特别是跃后断面水面波动厉害，施测h'、h''时要测取中央位置，不要靠近槽壁，L j也应是中央位置的水跃长度。
五、在同一张图上绘制η理~Fr1和η实~Fr1曲线并进行比较。
六、回答思考题1．你所观察的水跃水流结构如何？为什么水跃常作为泄水建筑物下游底流消能的一种形式。
2．流量一定，下游水深发生变化，水跃的位置是否也发生变化？为什么？3．尾门开度一定，改变流量，则水跃的共轭水深和跃长有无变化？为什么？。
石大水力学实验指导13消能池实验
（十三）消能池实验一、实验目的要求1．掌握消能池模型试验的实验技能。
2．观察坝下游设置消能工前后的水流衔接型式，并检验设置消能池的必要性。
3．通过实验检验消能池设计方法的可靠性。
二、实验设备实验基本设备如图11.1所示，图中宽顶堰更换成WES 实用堰。
更换后的局部装置如图13.1所示。
图13.11.水槽底；2.WES 堰模型；3.活动模块；4.下游河床；5.坝下衔接底板本实验装置在堰下游渠底设有可拆装的活动板块3与4，以提供下列三种实验条件：①3和4均设，演示坝后未开挖消力池时原渠槽流态；②拆3设4，形成消力池流态；③3和4均拆，量测坝下游为池底高程时的临界水跃共轭水深coh '和co h ''。
本模型设计上游堰高15cm ，消能池深2.0cm ，长45cm ，但因安装误差，实验时均以实测为准。
三、实验原理图13.2 消能池量测计算示意图1．已知参数 给定实验参数如表13.1所列，包括池深与池长的设计流量Q d 1与Q d 2、渠宽b 、下游水深h t 、池长L B 、坝面与池末的流速系数ϕ与ϕ＇、池中水跃淹没度设计值σ，另有实验常数▽0、▽2、▽4、▽6，需实验前由学生测定。
2．消能池水力设计【池深s 的确定】 计算公式如下：2222cocoo o h g q h s T T '+'=+'=ϕ (13.1))181(232-'+'='coco t h g q h h σ （13.2） 2222222t t h g q h g q z '-'=∆ϕ （13.3） z h h s t t ∆--'= （13.4）式中各量定义参图13.2。
【池深L B 的确定】 计算公式如下：j B L L )8.0~7.0(= （13.5）coj h L ''=1.6 （13.6） 各计算结果汇总于表13.2，表中0T ''是设消能池前的计算值，由下式确定：0.5)(m )()]2/([603/20可取-∇∇+='g mb Q T （13.7）式13.1~13.4是多元隐函数方程组。
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／ ｍ ２ ０ ４ ０ ３ ５ ３ ５ ３ ５ ２ ５
试验采用正态整体模型制作 ，按重力相似准则设计 ， 模 型制作满足 《 水工模型试 验规程》 精度 的要求 ， 型范围取溢 模
洪道库 区上游 １０ 溢洪道下游 转弯后 ８ｍ的范围。 ５ ｍ， ０ 根据试验设备 、 场地及精度 的要求 ， 采用长度 比尺 Ａ， 』 水
准， 相应泄量 １７ ａ 。消能采用底流消能方案 。 ７ ｍ／ ｓ
用 活动测针测度 ； 流速用 毕托管量测 ； 时均水 压力使用测压
管量 测 。
原设计方案在泄放 ３ 年一遇及 ５ ０ ０年一遇洪水时 ， 溢洪
道进 口、 一级陡坡及二 级陡坡段水流验成 果及其分析
消 力 池水 跃 消 能试 验 分 析
邸 国平 １ 李 治勤 ， ２
（． １ 太原理工 大学 ００ ２ ； ． ３ ０ ４ ２山西省水利水电科学研究院 ０ ０ ０ ） ３ ０ ２
摘 要 ： 过 对 水库 溢 洪道 进 行 水 工模 型试 验 ， 原 方 案 到修 改 方 案进 行 了 消力 池 体 型 尺 寸 通 从
修改和加设 消能工的 多次试验 ， 出方案五为最优方案， 提 并从跃前 弗汝得数与消能 系数 的关
系上 论证 了 最优 方 案 的合 理 性 。
关键词 ： 消力池； 弗汝得数 ； 消能 系数 ； 水跃
中 国分 类 号 ：Ｖ１ １ Ｔ ３ 文 献 标 识码 ： Ａ
１ 涝 河 水 库 溢 洪道 概 述
流 各物 理 量 比尺 为 ：
１２ ，
消力池深 ２ ／ Ｏ
．
３５ ．
３５ ．
３５ ．
３５ ．
３５ ．
ｍ
流 速 比尺 ： ｖ Ａ， ＝ ．２ Ａ＝ ６３ ５
５２ ，
底坡（ － 级 陡 坡 ） Ｏ１ Ｏ１７ ０１７ ０１７ ０１７ ０１ ７ ． ５ ． ４ ． ４ ． ４ ．７４ ． ４ ７ ７ ７ ７
从原方案到修改方案共进行 了六 次不 同体 型、 同消能 不 工形式 的放水 试验（ 各方案技 术参数见表 １ ， ）各级流量下在
消力 池 内均能产 生水 跃 ， 消能形式为底 流式消能 ， 海漫段衔 接情况 良好 ， 验对各种条件下消力池 内产生水跃时跃前断 试
匀， 流态基本 稳定 ， 消力池 内也均 能发 生水跃 ； 当泄放 在 但 １０ ００年一遇洪水时 ， 原设计方案消力池 中不能产生完全形 式 的水跃 ， 消能方式近似变 为挑流消能 ， 挑射水 股挑起后落 在 海 漫上产生很大 的动水冲击压力 ，冲击力会 把海 漫段 冲毁 ， 由于溢 洪道基础为土基 ， 洪道基础很容 易受 到 冲刷 ， 溢 这样 很容易威胁到消力池 的安 全 ， 以经试验原设计方案不能满 所
足工程实际要求 。
面 的水 深 、 流速等水力要 素进 行 了量测 ， 通过分析 计算得 出 了各方案在不 同洪水等级条件下的跃前弗汝得 数 及消能
系数 Ｋ， 结果见表 ２ 。 表 １ 各方案技术参数
２ 模 型 设 计 及 水利 要 素 量 测
修改项 目 原方案 修改一 修改二 修改三 修改四 修改五
消力池 修改三 出口断 消力池 中的五 面均匀 内末端 个 Ｔ型 同修 无 布设 １ 布置五 消力墩 改 四 ０ 个梯形 个 Ｔ型 改为 四 消能梳 消力墩 个 齿
［ 作者简介 ］ 国平 ， １７ 生 ， 邸 男，９５年 工程 师 ，０ ０年毕 业于太原理工大 学水利 系水 工专业。 ２０
右端 ， 开敞式溢洪道 ， 计流量 ２ ０ ａ （ ＝ ％）校核 流量 为 设 ６ｍ／ Ｐ ２ ， ｓ
为 ９４ ３ （ ＝ ．％）根据《 利水 电工程等级划分及 洪水 标 １ｍ／ Ｐ ０１ ， ｓ 水 准） Ｓ ２ ２ ２０ ）原设计 出 口消能工采 用 ３ ） Ｌ ５— ０ ０ ， （ ０年一遇洪水标
为满 足溢洪道进 口水流相似 ， 模型 中库 区部分依据设计
提供的库 区地形 按长度 比尺缩 制 ，表面用水 泥砂浆粉制 而 成 ， 口防冲槽后也按地形图进行缩制。 出 试验 中流量用薄壁矩形堰量测 ； 水流纵 向或横 向水面线
涝 河水库位 于汾河支流涝河 中段 ， 水库 溢洪 道位于大坝
第 ３ 总第 １７ ） 期（ ７期
２１ ０ ０年 ８月
山西水利 科技
Ｓ Ａ ＮⅪ ＨＹＤＲｏＴＥＣＨ ＣＳ Ｈ－
Ｎ ．（ ０ａ Ｎ ． ７ ｏ Ｔ ｔ ｏ１ ） ３ ｌ ７
Ａｕ ．０１ ｇ２ ０
１０ — １９ ２ １ ）３ １ — ２ ０ ６ ８ ３ （０ ０ ０ — ０ １
流 量 比尺 ： ｏ Ａ ＝ ０ ｌ ９ ３ Ａ ＝ １ １ －
１
糙率比尺 ： ｎ Ａ ＝ ．４ Ａ ＝ １８ ９
建筑物是钢筋混凝土结构 ， 其糙率 ｎ Ｏ １， ｐ ． ５要求模型糙 －０ －
率为 ｒ＝ ．１／ ．０ ０ １模型采用有机玻璃和聚氯乙烯板材 ｉ ００ ５ ＝ ． ８ ， ｍ Ａ ０
制作 ， 其糙率 ｎ Ｏ０ ７ — ． ８ ， ＝ ． ５ ００ ５ 满足要求 ， ０ ０ 为方便流态观 测 ，
消能工 （ 消力池 无 内）
侧墙均选用有机玻璃板制作 。
［ 收稿 日期 ］ ０ ０ ０ — ７ ２ １— ３ ２ ［ 回日期 ］ ０ ０ ０ — ０ 修 ２ １— ３ ３
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１１ ・
第 ３ ０ ８月 期 ） 期（ ２１ ０年
邸国平 一 ： 一 ’。 等 ‘ …… … ～ ” 消力池 水跃 消能试验 分析 …… 。
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Ａｕ ． ０ ｇ２０１
表 ２ 不同方案各条件下 弗汝得数与消能 系数 方案 洪水等级 跃前断 跃前断 弗汝 消能系 面水深 面流速 得数 数 ｈ／ ｖ （ ／） 。 Ｉ ｌ ｍ ｔｍ ｓ ％ ／