消能防冲设计
水利防冲消能工程方案
水利防冲消能工程方案一、项目背景随着全球气候变暖和极端天气事件频发，水资源管理日益成为重要的社会议题。
水利防冲消能工程作为解决水资源管理中的重要手段，不仅能够有效地预防水灾，还能够提高水资源的利用效率，保障人民生命财产安全和社会稳定。
本方案将针对水利防冲消能工程进行详细规划和设计，以期帮助相关单位进一步提升水资源管理能力，更好地适应气候变化带来的挑战。
二、项目概述本项目旨在开展水利防冲消能工程，主要包括以下几个方面：1. 水利工程规划与设计：对当地水资源情况和气候特点进行调研和分析，确定水利防冲消能工程的建设范围和目标，制定全面的工程规划和设计方案。
2. 防洪工程建设：针对当地河流、湖泊等水体进行防洪设施的建设和改造，包括堤坝、排水设施、泄洪闸等，提高对洪水的抵御能力。
3. 消能工程建设：通过修建护岸、植被恢复等手段，加强对水土流失和滑坡等自然灾害的防范能力，减少灾害对周边生态和农田的影响。
4. 水资源管理与利用：通过建设水库、水渠等水利设施，提高水资源的调配和利用效率，增加水源供给，保障人民生活和生产用水需求。
5. 智能监测与应急预警：建设水文测站、气象站等监测设施，完善灾害应急预警系统，提高对水灾等自然灾害的预警和应对能力。
三、工程设计与技术方案1. 水利工程规划设计（1）水资源调查与评估：对当地水资源进行调查，评估其可持续利用能力，确定自然水源和人工水源的供水能力。
（2）气候变化分析：分析当地气候变化趋势和极端天气事件频发的特点，制定应对策略。
（3）工程目标与范围：根据调研和评估结果，确定水利防冲消能工程的建设目标和范围，提出具体的工程方案。
2. 防洪工程建设（1）河堤加固：对河道两岸的堤坝进行加固和修复，提高对洪水的抵御能力。
（2）泄洪闸建设：在关键位置设置泄洪闸，用以调节水位，避免河流泛滥。
（3）排水设施设置：在低洼地带设置排水系统，确保及时将雨水排除河外，减轻洪水压力。
3. 消能工程建设（1）护岸修建：对易发生滑坡和泥石流的地段进行护岸修建，加强地表的稳定性。
水闸的消能防冲设计-PPT
Lp K s qs H
式中Lp——海漫长度（m）； qs——消力池末端单宽流量（m3/s）； KKs值s表——海漫长度计算系数，可参考下表。
河床土质 Ks
Ks值表
粉砂、 中砂、粗砂、
细砂
粉质壤土
14~13
12~11
粉质粘土 10~9
坚硬粘 土
8~7
（五）防冲槽
要想完全消除河床冲刷，必须设置相当长的海漫长 度，这样非常不经济。
整流速分布，均匀地扩散出池水流，使之与天 然河道的水流状态接近，以保护河床免受冲刷。 2．对海漫的要求 海漫的结构应该具有一定的柔性的，能够适
应地基的不均匀沉陷； 海漫应该是透水的，能够顺利地排出渗水，
降低扬压力； 海漫表面应做成粗糙的，以加大与水流的摩
擦，有利于消除余能和调整流速分布；
3．海漫的长度
5.3 水闸的消能防冲设计
一、过闸水流的特点
1、形态复杂 2、容易形成波状水跃 3、容易出现折冲水流
根据上述分析可知，水闸消能设 计的基本原则是：促使水跃发生在闸下 一定范围内，最大限度地通过表面水滚 消能，避免造成下游河床冲刷。
二、消能防冲设计条件的确定
（一）消能方式
水头低、下游水位变幅大、地基条件差 ——底流消能
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断 面水深hc之间的关系
h" hc ( 2
8Fr2 1 1)
（2）收缩断面水深hc的确定
消力池内形成水跃时，闸孔为自由出 流。闸孔自由出流情况下，跃前收缩断面
水深hc决定于上游水位Zu与消力池底板之 间的高程差E0，可按下式计算。
hc3 E0 hc2
q 2 2g 2
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
水闸的消能和防冲处理的工程措施
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水闸防冲是指通过采取工程措施，防 止水闸下游受到水流冲击和侵蚀，从 而保证水闸的安全和稳定运行。
水闸防冲的重要性在于，如果水闸下 游的消能防冲处理不当，会导致严重 的冲刷和侵蚀问题，影响水闸的正常 运行，甚至危及人民生命财产安全。
水闸防冲的基本原理
水闸防冲的基本原理是利用水力学、流体力学等原理，通过 改变水流结构、调整水流状态、降低水流速度等方式，减小 水流的冲击力和侵蚀力。
• 水闸消能的基本原理是将水流的动能转化为热能或其他形式的能量。水流通过水闸时，水流的重力势能和动能会转化为水 流的动能，而水流的动能会在水闸的消能设施中被转化成热能或其他形式的能量，从而减少或消除水流的动能。
水闸消能的主要方式
水闸消能的主要方式包括底流消能、挑 流消能、面流消能、消力池消能等。其 中，底流消能和挑流消能是最常用的消
水闸防冲的主要方式包括：消力 池、消能坎、导流墙、下游防护 设施等。
消能坎是一种设置在水闸下游的 垂直墙体，它通过改变水流的结 构，将水流的动能转化为热能， 达到消能和防冲的目的。
下游防护设施包括护坦、海漫、 防冲槽等，它们可以有效地保护 水闸下游的河床和岸坡，防止水 流对河床和岸坡的冲刷和侵蚀。
04
某水闸防冲案例分析
01
防冲方式
该水闸采用了护坦防冲方式，通过在闸室底部设置护坦，保护河床不受
水流冲刷。
02
防冲效果
经过实际运行和监测，该水闸的防冲效果较好，有效保护了河床不受损
害。
03
工程特点
该水闸的防冲结构较为简单，施工方便，适用于中小型水闸的防冲处理
。同时，护坦防冲方式还可以增加水流的扩散和减速效果，减少水流对
水闸的消能防冲设计
消力池的结构形式
（1）挖深式，如图(a)； （2）消力坎式，如图(b)； （3）综合式，如图(c)。
（二）消力池池身池长的确定
消力池的结构型式和尺寸（长、深）应充分满足底流水跃消能的要 求（产生一定淹没的水跃）。
1．水跃共轭条件
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断面 水深hc之间的关系
Z
q 2 2g 2t 2
q 2 2gh
（5-16）
►4．消力池的长度
消力池总长度包括斜坡段和护坦水平段。
Lsj=Ls+Lj
式中 Ls—斜坡段水平投影长度； Lj——自由水跃长度，Lj =6.9(h-h)；
—水跃长度校正系数，=0.7～0.8。
（三）构造要求
1．护坦的作用 护坦位于消力池底部，是消力池的底
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
护坡形式有：浆砌石、干砌石、混凝土板。
护坡坡脚与海漫、防冲槽的连接处要有可靠连接，如设 置防淘墙等。
水闸上游的水流流速往往较大，也应该进行护底和 护坡。
作业
P248 思考题第8题
（六）波状水跃、折冲水流的防止措施
在消力池中，可以加设辅助消能工，其作用是 促成水跃，提高消能效果，减小消力池的长度和深 度，降低尾坎高度。
最用的辅助消能工有：尾坎、趾墩、消力墩、 消力梁等。
1—趾墩 2—消力墩 3—尾坎
下游翼墙的作用是保护闸下两岸不受冲刷，并帮助 水流均匀扩散。
翼墙的长度一般不小于海漫的长度。在消力池范围内， 翼墙（或导墙）最好做成铅直的，在池后缓流区再用扭 曲面或其他方式与下游坡连接。
（二）设计条件
上游：最高水位 下游：相应最低水位
消能防冲设计导则
消能防冲设计导则
随着城市化的发展和人们生活方式的改变，越来越多的建筑和设施需要考虑消能防冲的设计。
消能防冲是指在建筑和设施的设计中考虑到人员和财产的安全，并采取相应措施来减少或消除冲击力和能量的影响。
本文将介绍消能防冲的设计导则，以帮助建筑和设施的设计者更好地考虑安全因素。
一、建筑和设施的选择
在选择建筑和设施时，应考虑其所在的环境和地理位置。
对于容易遭受自然灾害或人为破坏的场所，应选择结构更加牢固的建筑和设施，以减少灾害造成的损失。
二、建筑和设施的结构设计
在建筑和设施的结构设计中，应考虑到冲击和能量的影响。
对于易受冲击的部位，应采用更加坚固和耐磨的材料，以增强其抗冲击能力。
同时，应采用减震和消能措施，以减少冲击力和能量的影响。
三、安全设施的设置
在建筑和设施的设计中，应设置相应的安全设施，如应急出口、消防设备、监控设备等，以保障人员和财产的安全。
此外，应对建筑和设施进行定期检查和维护，以保证其安全性能。
四、人员培训和演练
为了更好地应对突发事件，应对建筑和设施的使用者进行相关的培训和演练。
培训内容应包括应急逃生、灾害预防和处理、使用安全设施等。
通过培训和演练，可以增强人员的安全意识和应对能力。
通过以上导则，建筑和设施的设计者可以更好地考虑消能防冲的设计，以保障人员和财产的安全。
同时，使用者也应增强安全意识，掌握相关的应急知识和技能，以更好地应对突发事件。
消能防冲计算
为堰流还是非孔流？ 故取淹没系数σ =
堰流 1.00
b0 4 b0 z 1 0.1711 b0 dz b0 dz
b0 b0 4 b 1 0.1711 b0 dz / 2 bb b0 dz / 2 bb
而b0为闸孔净宽 故： 进而： 2 ε z＝ ε b＝ ε ＝ 3.00 dz为中墩宽度 0.80 6.5
bb为边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线距离 0.9661 0.9116 0.912
流量Q： 公式为：
Q m (n b0) 2 gH 01.5
(nb0）为闸孔净宽
3
其中： 故流量Q为
3.00
m流量系数
0.385
33.41 m /s 经计算行进流速为 0.56 与假定基本一致。
内河消能防冲设堰流）
一：适用范围： 水闸为多孔闸堰流，且hs/H0<0.72,(σ =1) 二：输入数据： 注：水位（深）以m计，流量m3/s计 上游水位 2.83 闸门孔数 1 上游河宽 16.00 下游水位 0.93 单孔净宽 3.00 闸室总宽 3 闸底高程 中墩宽 闸孔净宽 红色数字为已知值，需输入。 -0.87 孔顶标高 2.23 0.80 3.00 边墩宽 hs/H0 0.95 0.49
（须反推流速水头） 故流速水头为
上游河道断面面积＝ 59.2 0.016 0.0160 假定为 0.02 3.7
故计算的流量Q为：
计行进流速堰上水头H0
33.41 流速水头h 3.716 闸前水深
三：数值计算： 注：需假定有：堰上流速水头， 1 公式为：
z N 1 b
N
闸室净宽 下游水深 0.65 0.72 > < 3.00 1.80 孔口高度he 3.1
防冲消能工程方案
防冲消能工程方案1. 引言防冲消能工程是一种应对自然灾害的重要手段，能够有效减轻或消除冲击能量对建筑物和结构的破坏。
本文将介绍一种基于消能装置的防冲工程方案，旨在保护建筑物和结构免受冲击力的侵害。
2. 方案概述本方案的核心思想是通过消能装置吸收和分散冲击能量，从而保护建筑物和结构的结构完整性。
具体而言，方案包括以下几个关键步骤：2.1 安全评估在实施防冲消能工程之前，必须对建筑物和结构的受冲击程度进行全面评估。
通过评估，可以确定消能装置的类型、数量和布置位置，以及其他相关的防冲措施。
2.2 消能装置设计和构造选择合适的消能装置是保护建筑物和结构的关键。
消能装置的设计和构造要考虑以下几个方面：•材料选择：消能装置应选择具有较高的吸能能力和耐久性的材料，如弹性橡胶、聚氨酯泡沫等。
•形状和尺寸：消能装置的形状和尺寸应根据冲击能量和结构特点进行合理设计，以确保最佳的吸能效果。
•安装方法：消能装置的安装方法应考虑到施工便利性和装置的可靠性，通常采用固定螺栓和焊接等方式安装。
2.3 消能装置布置消能装置的布置位置对防冲消能工程的效果至关重要。
通常，应根据冲击力的传递路径和结构的脆弱点，将消能装置布置在关键部位，以起到最佳的吸能效果。
3. 方案实施3.1 工程前准备在实施防冲消能工程之前，需要进行充分的准备工作：•详细规划：根据建筑物和结构的特点，制定详细的施工规划，明确工程的实施步骤和要求。
•材料采购：根据消能装置的设计要求，采购合适的材料和设备，确保施工的顺利进行。
•施工人员培训：对施工人员进行培训，使其掌握消能装置的安装方法和操作技巧，保证施工过程的质量和安全。
3.2 施工过程防冲消能工程的施工过程如下：1.清理施工区域：将施工区域内的障碍物和杂物清除，确保施工的安全和顺利进行。
2.安装消能装置：按照设计要求，将消能装置安装在预定位置，采用固定螺栓或焊接等方式进行固定。
3.联接消能装置和建筑结构：将消能装置与建筑结构进行联接，确保装置与结构之间的刚性和稳定性。
小型水闸—设计水闸消能防冲
（3）进口水流流态不对称时，主流方向常常左右摆动，形成折冲水流， 应采取相应措施消耗能量，防止淘刷下游河床。
对于平原地区的河渠往往宽而浅，河宽常大于闸宽，水流 过闸时先收缩，出闸后再扩散，如果工程布置或运行操作不当， 就容易使主流集中；同时水流保持急流流态，不易向两侧扩散， 致使两侧产生回流，缩小了河槽的有效过流宽度，使局部单宽 流量增大，加剧水流对下游河道的冲刷。
水闸消能防冲基本原理
目 录
1 过闸水流特点 2 水闸消能防冲设施 3 小结
01
过闸水流特点
与高水头泄水建筑物相比，经水闸下泄的水流具有以下一些特点： （1）在各种不同泄流量和下游水位情况下，很难保证都能发生完全水跃， 因此水流具有未消耗能量，即闸下水流具有剩余能量； （2）当水闸的上下游水位差较小时，水流的弗劳德数较小，容易形成波 状水跃，消能效果差，具有较大的冲刷能力；
缓坡段 位 置：水平段后 长 度：由计算确定，占整个长2/3 坡 度：做成不陡于1：10的斜坡 材 料：干砌石
02
海漫的结构型式
海漫结构型式 干砌石海漫；浆砌石海漫；混凝土板海漫；钢筋混凝 土板海漫；其它海漫。
①干砌石海漫 通常由粒径大于30cm的块石砌筑而成，厚度为 0.4~0.6m，常布置在海漫后段。在砌石下面一般铺设碎石、粗砂垫层。
防冲槽是在海漫末端开挖的梯形槽中抛填块石而成，其作用是当 海漫末端发生河床冲刷形成冲坑时，防冲槽内的抛石将随冲坑的发 展沿斜坡陆续滚下，盖护在冲刷坑的上游坡上从而阻止冲刷进一步 向上游发展，以确保海漫的安全。
消力池
水平段 浆砌石
缓坡段 干砌石
海漫
抛石 防冲槽
防冲槽的尺寸应根据海漫末端河床可能的冲刷深度确定，可按 下式计算
水闸的消能和防冲处理的工程措施
挑流消能
利用挑流鼻坎将下泄水流挑射至下游 河床或人工设置的消能工上，通过碰 撞、雾化、冲刷等作用消减水能。
消能效果的评估
消能率
消能率是衡量消能效果的重要指标，计算公式为消能率=（下游 水位对应的能量/上游水位对应的能量）×100%。
水闸的消能和防冲处理的工 程措施
汇报人： 2024-01-08
目录
• 水闸消能概述 • 水闸消能工程措施 • 水闸防冲处理工程措施 • 水闸消能和防冲处理案例分析 • 水闸消能和防冲处理工程措施
的未来发展
01
水闸消能概述
消能方式
底流消能
通过在下游设置消力池或消力槛，利 用水跃消减水能，使下泄水流在消力 池内形成水跃，达到消能目的。
流速分布
通过测量下泄水流在不同位置的流速，分析流速分布情况，评估 消能效果。
冲刷深度
冲刷深度是衡量消能效果的另一个重要指标，过大的冲刷深度可 能导致下游河床破坏。
消能设施的维护与管理
1 2
定期检查
对消能设施进行定期检查，发现损坏或异常情况 及时修复。
清理淤积
定期清理消能设施内的淤积物，保持设施畅通。
3
调整运行方式
根据实际情况调整水闸的运行方式，以降低对下 游河床的冲刷影响。
02
水闸消能工程措施
第四节 消能与防冲
第四节消能与防冲通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为40m时，单宽流量q=50秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达24000匹马力，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；消能设计原则：1°尽量增加水流的内部紊动, 2°限制水流对河床的冲刷范围消能方式：(底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能)1、底流消能1°工作原理在坝趾下游设消力池、消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击消耗能量。
见图5.62°产生底流消能的条件3°岩基上护坦的构造要求：护坦厚度应满足稳定要求，在扬压力和脉动压力作用下不浮起。
荷载：①水重集度②平均脉动压强③动水压力 (比较复杂，由试验确定)④扬压力强度(设排水时，仅有浮托力，不设排水时, 除考虑浮托力外还有渗透压力) .图5.6 底流消能措施图5.7所示为设计底流消能时, 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.2、挑流消能1°工作原理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％。
起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。
见图5.8.图5.7 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.图 5.8挑流消能示意图2°设计内容选择鼻坎型式, 反弧半径, 鼻坎高程, 挑射角度.3°连续式挑坎R增加水流转向容易，但鼻坎向下游延伸较长，工程量增加；减小水流转向困难，一般取(8～10)hc；θ↑挑射距离远，入水角大，冲坑深；θ↓挑射距离近，入水角小，冲坑浅；θ=20～35°, 鼻坎高程一般高出下游最高水位1～2m。
4°对坝体安全的评估挑距: L, 冲坑: tk5°差动式挑坎使水流通过高低坎分为两股射出，在垂直方向有较大的扩散，水舌入水宽度增加，减少了单位面积上的冲刷能量，两股水流在空中互相撞击、掺气加剧。
4消能防冲设计
4消能防冲设计我们生活在一个以能源为主导的社会，能源问题与环境问题一直是我们关注的焦点。
为了解决这一问题，需求消能防冲设计。
什么是消能防冲设计呢？它是指在能源的使用过程中，通过消耗能量、节约能源或减少对环境的污染来实现能源的可持续利用，最大限度地发挥它的效能，并保护自然环境的一种设计方法。
下面，我将从四个方面详细介绍消能防冲设计。
首先，消能防冲设计要注重节约能源。
在能源消耗过程中，我们应尽力避免浪费，合理使用每一份能源。
在建筑设计中，我们可以提高建筑的能源利用效率，通过合理的结构和节能设备，减少能源的消耗。
例如，使用节能灯具、隔热材料和智能调控系统等技术手段，降低建筑的能耗，达到节能减排的目的。
此外，还可以利用太阳能、风能等可再生能源替代传统能源，进一步减少能源的消耗。
其次，消能防冲设计要注重环境保护。
能源的使用不可避免地会对环境产生一定的影响，因此，在设计中要注重减少对环境的污染。
例如，在工业设计中，我们可以采用先进的污染治理技术，减少废气、废水和固体废弃物的排放。
在交通设计中，我们可以推广清洁能源汽车，减少尾气排放对大气的污染。
通过这些措施，我们可以最大限度地保护环境，减少能源消耗的负面影响。
再次，消能防冲设计要注重产品的寿命和再利用。
在产品设计中，我们要注重提高产品的寿命，延长其使用寿命。
通过优化设计，选择耐用材料，提高产品的耐用性和可靠性，减少产品的更替频率，有效减少能源的消耗。
同时，我们还要注重产品的再利用。
通过提高产品的可拆卸性和可回收性，实现产品的循环利用，减少对自然资源的开采和能源的消耗。
最后，消能防冲设计要注重教育和宣传。
只有让人们意识到能源问题的重要性，才能真正做到消能防冲。
通过教育和宣传，我们可以提高公众的能源意识，引导他们采取节能减排的行动。
例如，可以在学校开展能源教育活动，宣传节约用电、水和燃气的重要性；在社区开展节能宣传活动，提倡绿色出行和低碳生活方式。
通过这些宣传和教育，可以加强消能防冲的意识，推动整个社会朝着可持续发展的方向发展。
水工建筑物水闸消能防冲设计简述
消能防冲设计
四、防冲槽设计
• 海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。防冲 槽深度按下式计算
水工建筑物项目化实训包
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
一、《水闸设计规范》规定
•7.上游防冲槽的深度应根据河床土质,上游护底首端单宽流量和上游水 深等因素综合确定,且不应小于上游护底首端的河床冲刷深度。 •8.闸门的控制运用应根据水闸的水力设计或水工模型试验成果,规定闸 门的启闭顺序和开度,避免产生集中水流或折冲水流等不良流态.闸门的 控制运用方式应满足下列要求： •（1）闸孔泄水时,保证在任何情况下水跃均完整地发生在消力池内。 •（2）闸门尽量同时均匀分级启闭.如不能全部同时启闭,可由中间孔向 两侧分段,分区或隔孔对称启闭,关闭时与上述顺序相反。 •（3）对分层布置的双层闸孔或双扉闸门应先开底层闸孔或下扉闸门, 再开上层闸孔或上扉闸门,关闭时与上述顺序相反。 •（4）严格控制始流条件下的闸门开度,避免闸门停留在振动较大的开 度区泄水。 •（5）关闭或减小闸门开度时,避免水闸下游河道水位降落过快. •9.在大型水闸的初步设计阶段,其水力设计成果应经水工模型试验验证。
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
二、消力池设计
•1.消力池深度计算
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
二、消力池设计
•2.消力池长度计算
•3.消力池底板厚度计算
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
三、海漫设计
• 为消除消力池后水流剩余能量，池后渠底设置保护措施即海漫。 • 海漫应具有一定粗糙性，透水性及率性，宜用干砌石或浆砌石建成， 厚0.3—0.6m，下设0.1—0.15m砂卵石垫层。 • 海漫长度计算公式
消能防冲设计.微课.
都江堰水闸
瀑布沟水电站溢洪道
（二）消能设计计算
动画
谢谢各位！
主持单位:
黄河水利职业技术学院 福建水利电力职业技术学院 湖南水利水电职业技术学院
参建单位:
杨凌职业技术学院
四川水利职业技术学院 山西水利职业技术学院
长江工程职业技术学院
重庆水利电力职业技术学院
水工建筑物·微课
消能防冲设计
主 讲 人 陈 诚 专业带头人 副 教 授 监理工程师 造价工程师
2014.09
复新河节制闸
姜唐潮闸
引滦入津进水闸
消能防冲设计 （一）闸下水流的消能方式 底流消能 平原地区水闸采用多 挑流消能 山区水闸采用多，水头大，岩硬 面流消能 下游水深且变化小，河床抗冲
浅析水闸消能防冲的设计
《湖南水利水电）2021年第3期浅祈#闸％能'冲的*计!素#（宁乡市水利水电勘测设计院，湖南长沙410600）摘要：在水闸的设计中，消能措施的选择和工程计算是设计的重要组成部分"当在软基上建闸其承受的水头不高时,闸下跃前弗劳德数Fr较低,通常宜采用底流式水跃消能。
文章通过水闸实例论述了水闸消能方式的选择依据,分析了底流式消能工程中加设消力池的判别原理,并详细介绍了消力池的池长、池深、底板厚度、以及与之连接的海漫长度和末端河床冲刷深度等的计算方法，可为同类工程设计提供参考和经验借鉴。
关键词：大中型水闸；底流消能；消力池；消能计算水闸是一种具有调节水位和控制过闸流量的水利建筑物，可同时发挥拦水和泄水作用，因此在防汛、抗旱、输水、发电等水利工程中占据极为重要的地位，但由于闸基前后水位高程不等，水闸上下游落差会将水体的势能大量转化为动能，导致过闸水流流速大大提高，从而对下游河床及两岸产生严重的机械和侧是的会范围从下游不断后退到闸室地而造成水闸发生因，在水闸中有的能防对于水利的程是重要的水闸能防有流能流能和流能三种，具体的要于过闸水流流量、上下游水位差、水利程的及程的地质等因流水上一座重建的大（!水闸为过同下过闸流量、上下游水位、闸等因对水闸能的选择和程为水利的能防提供有1工程概况某大（！）型水闸枢纽工程位于湘江长沙段一级支流涝水河的中游，由溢流坝、泄洪闸、冲砂闸、水轮泵、工作及上下游等建筑物，要能为水、防洪、发电，灌溉耕地 1.2万亩，受益人口1多人。
水闸区内总的地势北东低、西南较高，属低山之下环绕着岗峦伏的中丘陵区，地高程80-120m,岗顶高程300〜400m,相对切割深20〜60 m,地势低缓，谷地较宽阔，属I级阶地堆积地貌单元。
闸址控制流集雨近12001m2,道干流长度大于601m,闸址上游坡降平均1.8!。
闸址区河床宽110〜130m，河床高程57.5〜59.7m，闸上游水深4〜5m、下游水深1-3m,沿岸多发育I〜！级阶地。
“三坎式”水垫塘消能防冲设计与思路
摘
５３６ ） ２６０
要 ： 文结 合 工作 实 际介 绍 了 东莞 市海 拔 最 高的 混 凝 土 重 力 坝 挑 流 消 能 设 计 ， 就 如 何 提 高 消 能 效 果 及 削 减 冲 刷 力 与 该 并
森 林公 园景观 环境 相 协 调 等 问题 进 行 了探 讨 。
关 键 词 ： 凝 土 重 力 坝 ； 流 消 能 ； 坎 式 水 垫 塘 混 挑 三 中 图 分 类 号 ：Ｖ ５ ． Ｔ ６３ ３ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ８— １２ ２ １ ）２— ０ ４— ２ １０ ０ １ （０ １ ０ ０ ２ ０
开 阔 的“ ” 谷 ， 沟两 岸 高 山大致 相 对 峙 ， 流 从 北 Ｕ形 山 河
东 向南 西方 向流经 坝址 区截 流蓄水 。
根据 坝址 位置及 两 岸 地 形 、 质 条 件 ， 地 蓄水 大 坝 采 用 常态 混凝 土重 力 坝 。坝 体 最 大 坝 高 为 ２ ． ０ 坝 长 ６ ５ ｍ， 为 １５ ６ ｍ， ０ ． ０ 考虑 坝顶 仅 有 人行 交 通 及 旅 游 开 发 要 求 ，
０ ０ Ｘ ５ ． ３ ８ ｏ
顶 ， 峰高度 为 ７ ８０ 国 家 ８ 程 ， 同 ） 主 ２ ．ｍ（ ５高 下 。坝址 以 上主河 长 为 ３８ ｋ ， 流 加 权 平 均 比 降 为 ２．９ 。 ．２ ｉ 河 ｎ ７ １％ 流域 内地貌 属大 陆高丘 区 ， 内山峦重叠 ， 被较好 ， 区 植 水
第 ２期
２ １ 年 ２月 ０１
广 东水 利 水 电
浅谈水闸消能防冲设计
浅谈水闸消能防冲设计一、前言水闸是一种既能挡水，又能泄水的水工建筑物，它依靠可以升降的闸门来控制水位，调节流量，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中得到十分广泛的应用。
在平原区软基上建的水闸消能防冲设施根据过闸流量、工程地质条件、消能防冲要求等条件，一般主要布置形式包括水闸闸室下游的护坦（又称消力池），海漫及海漫末端的防冲墙、护坦（又称消力池）的主要功能是消除过闸水流的能量，防止冲刷下游河床！海漫的主要功能是使流出消力池水流回复正常状态，最大程度减少紊流，减小底部流速，使水流平稳扩散，调整流速分布，继续消除水流的剩余动能，流出护坦的水流与下游河道平顺衔接！海漫末端防冲墙的主要功能是防止海漫末端被水流冲刷淘空。
二、水闸消能防冲设施破坏机理（1）设计方面首先地质勘探工作不足，对闸基础、河床土质物理力学性指标了解不全，设计中未能发现存在的地质问题，因而出现基础不均匀沉陷而引起消力池倾斜、倒塌等破坏现象；其次枢纽布置不合理，产生偏向水流或回流，或者由于上游河床淤积，人为缩窄，整治段偏短等原因，引起过闸单宽流量不合理，致使消能防冲设施遭受冲刷破坏；再次设计的消能防冲设施不满足消能防冲要求，影响出闸水流的水流边界条件及流态，使消能防冲设施产生气蚀、磨损及基础淘刷等现象，或者水闸防渗排水设计不合理，使地基发生渗透变形，引起流土破坏，使消力池底板沉陷、开裂、导致下游消能防冲设施的破坏。
（2）施工方面工程施工质量存在缺陷，没有严格按照设计要求施工；施工控制不严，消能防冲设施的结构尺寸不符合设计要求，混凝土浇筑质量差、达不到设计强度，过水部分粗糙、没有进行修整及清理等原因，在运行时容易造成消能防冲设施的破坏。
（3）管理运用方面运行管理措施不到位，制度不健全，维修养护不及时，小缺陷得不到及时处理逐步演变成重大破坏。
运行中没有按闸门操作规程进行操作，闸门开启顺序及开度不合理，造成局部单宽流量和流速过大，使消力池内形成不良流态，引起磨损及淘刷等破坏现象。
水闸的消能以及防冲处理方式的工程措施
海漫首端河床冲刷深度 ：
d m
0.8
qm
v0
hm
海漫末端河床冲刷深度 ：
dm
0.8
qmv0 ຫໍສະໝຸດ hm防冲槽布置示意图
（2）防冲墙
对于冲刷深度较小的水闸，可采用1~2m深的 防冲齿墙
对于冲刷深度很大的水闸，建议采用板桩或 地下连续墙，来阻止冲刷坑向消力池方向 推进，板桩或地下连续墙的深度不应小于3 倍的（dm）。
第三节 水闸的消能和防冲处理的工程措施
一、过闸水流特点 二、消能防冲设计的水力条件 三、水闸的消能防冲设计
一、过闸水流特点
1、水流形式复杂 2、闸下易形成波状水跃
3、闸下容易出现折冲水流
波状水跃示意图 折冲水流示意图
二、消能防冲设计的水力条件
1、闸下水流的消能方式
• 平原地区采用底流式消能。 • 山区灌溉渠道可采用挑流式消能。 • 当水闸闸下尾水深度较大，且变化较小，河床及岸坡抗冲
（3）消力齿
可用于下游水深较小的情况，一般布置在 消力池的陡坡坡脚处，齿的剖面型式常采 用梯形或三角形，通常将齿顶削成半圆形。
沙湾电站下游消力齿
沙湾电站下游消力齿和消力墩
4、浪状水跃、折冲水流的防止措施
（1）波状水跃的防止措施 在出流平台（0.5~1.0 m）末端设置一道小坎，将射
流挑起转而跌入池中，形成旋滚或淹没水跃，以充分 利用池深消能，小坎高度 c，一般为0.5~1.0 m。
Z2lQsrTK6c+I9H9VMYrq$3!A-sXq53q8qeO*0+)0dHox4f0AW+9lH 7!1HOtW--&#$7EoDhAu5D&jMf-3zt#*QkQ7B2RP3W5()LC yvm2AMuOtyXp0OoYabV
4 消能防冲设计
4 消能防冲设计经过溢流坝顶下泄水流，含有很大能量，必需采取有效地消能方法，保护下游河床免受冲刷。
消能设计标准是：消能效果好，结构可靠，预防空蚀和磨损，以确保坝体和相关建筑物安全。
设计时应依据坝址地形，地质条件，枢纽部署，坝高，下泄流量等综合考虑。
挑流消能适适用于坚硬岩石上高、中坝，低坝需经论证才能选择。
当坝基有延伸至下游缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定，或岸坡可能被冲塌时，不宜采取挑流消能，或须做专门防护方法底流消能适适用于中、低坝或基岩较软弱河道；高坝采取底流消能需经论证，但不宜用于排漂和排冰。
面流消能适适用于水头较小中、低坝，河道顺直，水位稳定，尾水较深，河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。
消力戽消能适适用于尾水较深且下游河床和两岸有一定抗冲能力河道。
联合消能适适用于高、中坝，泄洪量大，河床相对狭窄，下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差情况。
联合消能应经水工模型试验验证。
依据本工程地质条件，选择挑流消能。
图4-1 冲坑厚度图示4.1 洪水标准和相关参数选定此次设计重力坝是3级水工建筑物，依据地形地质条件，选择了挑流消能。
依据已建工程经验，取挑射θ=25°。
4.2 水舌抛距计算依据SL319- 《溢洪道设计规范》，计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度。
计算公式：水舌抛距计算公式：])(2sin cos cos sin [121221121h h g v v v g L +++=θθθθ L ：水舌抛距1v ：差）为水库水位至坎顶的落Ho （ 21.11.1 顶水面流速，01gH v v ϕ==坎θ：鼻坎挑角1h ：1,(cos h h h θ=坎顶铅直方向水深为垂直鼻坎水面高度） 2h ：坎顶至河床面高差， mϕ：堰面流量系数，取0.95； 11cos 2.926572cos 25 2.652375,(cos h h mh h h θθ==⨯︒==坎顶铅直方向水深为垂直鼻坎水面高度） 220.62h m =V 1= 41.2682m/s将这些数据代入水舌抛距公式得：21[41.2682sin 25cos 2541.2682cos 259.81171.6549L m ︒︒=⨯⨯⨯+⨯︒=4.3 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度最大冲坑水垫厚度公式：25.05.0H kq t k =k t ：水垫厚度，自水面算至坑底。
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4 消能防冲设计
通过溢流坝顶下泄得水流,具有很大得能量，必须采取有效地消能措施，保护下游河床免受冲刷。
消能设计得原则就是:消能效果好，结构可靠,防止空蚀与磨损,以保证坝体与有关建筑物得安全。
设计时应根据坝址地形,地质条件,枢纽布置,坝高,下泄流量等综合考虑。
挑流消能适用于坚硬岩石上得高、中坝,低坝需经论证才能选用。
当坝基有延伸至下游得缓倾角软弱结构面,可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定,或岸坡可能被冲塌时,不宜采用挑流消能，或须做专门得防护措施
底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱得河道;高坝采用底流消能需经论证，但不宜用于排漂与排冰。
面流消能适用于水头较小得中、低坝,河道顺直,水位稳定,尾水较深，河床与两岸在一定范围内有较高抗冲能力,可排漂与排冰。
消力戽消能适用于尾水较深且下游河床与两岸有一定抗冲能力得河道。
联合消能适用于高、中坝,泄洪量大，河床相对狭窄,下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差得情况。
联合消能应经水工模型试验验证。
根据本工程地质条件，选取挑流消能。
图４－1 冲坑厚度图示
4、1 洪水标准与相关参数得选定
本次设计得重力坝就是3级水工建筑物,根据地形地质条件,选用了挑流消能。
根据已建工程经验,取挑射=２5°。
4、２ 水舌抛距计算
根据SL319-2０0５《溢洪道设计规范》,计算水舌抛距与最大冲坑水垫厚度。
计算公式:
水舌抛距计算公式：
L ：水舌抛距 :差）为水库水位至坎顶的落Ho （ 21.11.1 顶水面流速，01gH v v ϕ==坎
:鼻坎得挑角
:
:坎顶至河床面得高差， m
:堰面流量系数，取0、95;
ﻩ
Ｖ1= 41、２６８２m/s
将这些数据代入水舌抛距得公式得：
21[41.2682sin 25cos 2541.2682cos 259.81
171.6549L m ︒︒=⨯⨯⨯+⨯︒=
4、3 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度
最大冲坑水垫厚度公式：
:水垫厚度,自水面算至坑底。
:单宽流量,由前面得计算可得单宽流量为１２０、7743;
:上下游水位差,m;
：冲刷系数,（这里根据地质情况取1、5);
将数据代入公式得:
所以最大冲坑水垫厚度为５5、27８81m。
最大冲坑厚度估算:
为了保证大坝得安全,挑距应有足够得得长度。
一般当时,认为就是安全得。
计算结果为n=4、74725,所以满足规范。
故,其消能防冲设计符合规范设计要求。