消能防冲计算
水闸的消能防冲
u排水孔布置：★ 孔径5～25cm，间距1.5～3.0 m，呈梅花形布
置；底部设置反滤层。
消能防冲设施
（二）海漫
紧接消力池，进一步消除余能，调整流速分 布使其达到河道天然流速分布状态。
u要求：抗冲、表面粗糙、透水、有一定柔性； u材料：浆砌石、干砌石； u厚度： u长度：按南科院经验公式计算。
u
l
为水跃长度，规范中推荐采用欧勒佛托斯基公
n
式计算：
l n=6.9(hc² -hc)
3.辅助消能工
作用：加大水流阻力；加强水流紊动和撞击； 稳定水跃；利于扩散水流。
类型：消力墩、消力齿、散流墩等。
消能防冲设施
消能防冲设施
4.护坦构造 （消力池底板）
u材料：混凝土、钢筋混凝土 u厚度：根据抗冲和抗浮要求分别计算，取其最大
不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此 消能设计的控制性水力条件也不尽相同，并不一定 是Qmax的情况。应选取可能的q、△H的不利组合。
消能防冲设施
四、闸门的运用管理
n 各闸门同步均匀提升，而且必须等下游水位升高后 再逐步开启。严禁单独完全开启一孔或少数几孔。
n 如受具体条件限制而不能同步开启时，则应分段开 启，每次开启0.5～1.0 m，依此对称而间隔地增加 每个闸门的开启度。
底流消能 主要结构是消力池，在池中利用水跃进
行消能。消力池后紧接海漫，在海漫上继续消除水流剩 余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速， 从而保护河床免受冲刷。
消能防冲设施
消力池
海漫
消能防冲设施
（一）消力池
1.消力池的设置条件
u 当 hs¢ £hc¢¢ 时，产生远趋式水跃或临界水跃，
水利消能防冲自动计算表(ELCEL)
二：输入数据： 注：水位（深）以m计，流量m3/s，单宽m2/s计
池前宽度 3
下游水位 0.93 闸底高程 -0.87 扩散角 12
下游河宽 25.00 海漫末端宽 25 水闸流量 33.41 下游水深 2.10
三：数值计算： 注：需假定有消力池深度d，总长L,及比较下游水深hs。
（一） ⑴
消力池计算： 假定消力池深d为： 1.20 有已知：池末宽度 8.37 故总势能T0=H0+d＝ 4.916
14～13 12～11
10～9
8～7
式中： ks海漫长度计算系数
9
q2为池末端单宽流量 4.80
ΔH泄水时上下游水位差： 1.23
注：ks可查上表
经计算得Lp为：
20.76
（三 ）
河床冲刷深度计算：
⑴ 冲坑深度计算:
dm 1.1
qm
hm
v0
式中： qm海漫末端单宽流量 1.34 [Vo]河床土质允许不冲流速
13.0 计算池两端加宽各为0.5m，0.8m d为池深，坡度1：4
求出池差ΔZ：
z q22 q22 2g 2hs2 2ghc2
式中： ① ② ③
q2为池末单宽流 根据已知量提：供水深 按出池口为临界水深 由下游水为面线推 三者比求较：后确定
为：
经计算得ΔZ为： 0.55
3.99 hs下游水深可参考情况有下列几种：
内河消能防冲设计（内0.63外2.63对应流量）
一：适用范 二围：：输入数 据：
已知下游水深 注：水位（深）以m计，流量m3/s，单宽m2/s计
池前宽度 3
下游水位 0.93 闸底高程 -0.87
扩散角 12
下游河宽 25.00
消能防冲计算
3.99 2.10 1.19 1.86 1.19
hs下游水深Байду номын сангаас参考情况有下列几种：
（此时下游河宽同出池口河宽且海漫较短）
此时根据下游出口河宽相应临界水深为
0.57
即为下游水深hs 0.75
此时σˊ[hs/(hc″-d)]=
σ=
d + hs′ + ∆z hc′′
hs下游水深为： 1.19 跃后水深hc＂为： 2.78
①根据抗冲要求：
t = k1 q2
式中： k1池底板计算系数
H′
0.2 q2为池末端单宽流量 4.80 1.23 注k1为（0.15～0.20）
ΔH泄水时上下游水位差： 经计算得t为： 0.46 ②根据抗浮要求：
t =
式中：
k2⋅h r1 − 1
1.2 r1为消力池容重： 0.60 2.50 t/m3 注k2为（1.1～1.3）
式中：
b1池前宽度为：
经试算得hc＂为： 2.68 反求池长为：L=4*d＋0.75*6.9*(hc＂-hc）+1＝ 计算采用的池长值： 式中： в校正系数取0.75， 求出池差ΔZ： 10.0
计算池两端加宽各为0.5m，0.8m
2 2 2
9.33 接近假定
d为池深，坡度1：4
αq αq 2 z= − 2 gϕ 2 hs′ 2 2 gh
总长度L为12.63 下游水深 2.20 池前单宽 11.14
2
计行进流速堰上水头H0
3.716
池末单宽单宽流量 3.99 假定hc为 1.4409
α q2 h c − T 0 hc + =0 2 gϕ 2
1.03 1.44
式中： а水流动能校正系数 经试算得hc为： 求跃后水深hc＂：
水闸消能计算(闸后消力池计算、海漫、防冲槽)
也适用于堰后消能
m/s 0m 440m 462m 24m3/s 1981.65m3/s 1981.650
调试
m 9m3/sm 82.569m m 24m
2411~1.050.80.7~0.81.05 1.05~1.10.950.95~1
m 4.720m
14.970
需要修建消力池m 26.7820.000m 4.122m 16.426m 3.4650.000m 4.782m 4.782m 84.897m
67.918
由最大流量确定
消能计算参考规范：SL265-2001水闸设计规范
闸后消力池计算
行进流速v 过闸单宽流量总势能T 下游河床高程泄洪流量Q
出池河床水深h's 上游闸前水位闸宽B
最大流量Q 总势能T 收缩水深h 跃后水深h 动能校正系数水跃长度校正系数β水跃淹没系数流速系数φ
收缩水深h 跃后水深h 消力池计算长度Lk
池首端宽度b 池末端宽度b 水跃长度L 出池落差△Z 池计算深度设计深度d 32220/2c c h T h q g αϕ-+
也适用于堰后消能
底宽b m 1.500
比降i-0.010
边坡系数m-0.000
规范P72糙率n-0.017
掺气修正系数ζ- 1.200
泄洪流量Q m3/s1981.650或输入h~Q关系式
水面宽B m 1.500
过水断面A m2408.850
湿周χm546.633
水力半径R m0.748
谢才系数C-56.044
计算流量Q'm3/s1981.650
平均流速V m/s 4.847
δ(0.000)
正常水深h0m272.567由最大流量确定。
消能防冲设计
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;ﻩＶ1= 41、２６８２m/s将这些数据代入水舌抛距得公式得：21[41.2682sin 25cos 2541.2682cos 259.81171.6549L 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：:水垫厚度,自水面算至坑底。
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
消能防冲计算
一、水流衔接判
远离水
断：
跃： hc``＞ht
临界水
一）、收缩水深计算：
跃： hc``=ht
淹没水
1.一般泻洪情况：
跃： hc``＜ht
1）.收缩水深hc：
流速系数
E0=
15 q=
hc=E0-q2/（2gψ
6.74 ψ (通过试算确定hc）
2）.流速系数ψ：
（1）低堰情况： ψ1
ψ2
（2）高堰情况： ψ=（1-0.1*E0.5/q1/3）0.5 0.88783 E
3
条件：hs /H10＞ 坎。）
2.淹没出流：
0.45
σs=
坎高c=σhc``+Q2/（2gb2（σhc``）2）-H10
H10=(Q/(σsmb(2g)0.5))2/3
三、海
漫：
Lp=
四、综合式消力池计算：
（具体见《水力计算手册》P216）
1.确定坎
高：
hc1=ht（（1+8Frt2）0.5-1）
hc``=hc（（1+Frc2）0.5-1）/2
3.池长
L：
（同前计
L=
算）
五、辅助消能工：
1.趾墩：
（具体见《水力计算手册》P218）
生临界或稍有淹没的水跃
下游水深
ht=
H10=(Q/(mbm(2=g)0.5))2/
3
0.42
σsmb(2g)0.5))2/3
（1+Frc2）0.5-1）/2
0.95 Q=
σ=
1.05
△z=Q2*（1/（ψ`ht）2-1/（σhc``）2
S=σhc``-ht-△z
水闸消能防冲计算
水闸消能防冲计算
水闸消能防冲计算的目的是保护水闸下游河床免受冲刷，其计算内容主要包括过闸流量、水跃高度等。
以下是一个简单的计算流程：
- 计算过闸流量Q：根据宽顶堰的自由出流公式进行计算。
假设e=0.95，m=0.385，H0≈H=2.4m，b=8m。
计算可得Q=48.18m³/s。
- 计算hc和hc’’：假设消力池的池深为 1.2m，池底高程为-0.2m，则E0=3.40+0.2=3.60m。
位于出口位置处的B=24+1=9m，由此可计算出单宽流量q=48.18/9=5.535m²/s。
然后将=0.95，g=9.81带入公式E0=hc+q²/2g$\varph$²hc²，求出hc=0.754m，再将该数值代入到求hc’’的公式中，求出hc’’=2.432m。
在进行水闸消能防冲计算时，需要考虑多种因素，并根据实际情况选择合适的计算方法和参数。
如果你需要进行更精确的计算，建议咨询专业的水利工程师或参考相关的设计规范。
论水闸的消能防冲与防护
论水闸的消能防冲与防护天津市北大港水库管理处赵桂廷孟祥辉由于土质河床抗冲能力很低，而水闸放水时又具有较大的能量，因而闸下冲刷是一种不可避免的普遍现象，有的冲刷并不危害建筑物安全，一般是允许的，但对于有害冲刷，则必须采取措施，加强防止。
闸下冲刷原因是多方面的，根据设计及施工实践，绝大部分由设计不当造成，一部分是由后期运行管理不善造成的，为防止河床有害冲刷，保证水闸安全使用，首先要选用好适宜的单宽流量；其次是合理的平面布置，以利于水流扩散，避免或减轻回流的影响；第三是清除水流的多余能量和采用相应的防冲措施。
一、闸下泄流时的特点只有认识了闸下水流运动的规律，从具体情况出发，才能经济合理的解决闸下消能防冲问题。
闸下出流流态比较复杂，开始放水时，闸下水深较浅，随着闸门开度增大逐渐加深，在这个过程中，闸下泄流由孔流到堰流，由自由射流到淹没射流都会发生。
因此，必须采用适当的衔接方式。
1、闸下易发生波状水跃。
由于水闸上下游水位差较小，相应福氏数小（为第一共轭水深，处的断面平均流速）特别是平底板的情况下，更易发生波状水跃。
当下游河床与底板齐平时，在共轭水深比即～时会出现波状水跃，此时无强烈的水跃旋滚，处于急流状态，不易向两侧扩散，致使两侧产生回流，缩小了河槽的有效宽度，局部单宽流量增大，造成严重的冲刷河床及河岸。
2、闸下容易出现折冲水流。
一般水闸的宽度比原河道窄，水流过闸先收缩，出闸后再扩散，水流集中，左冲右撞，造成折冲水流，淘刷河床及岸坡，影响水闸正常运行。
二、闸下水流的衔接及消能1、闸下水流衔接消能方式：平原地区的水闸由于水头低，下游水深变化大，无法采用挑流消能，一般多采用底流式水跃消能。
虽然底流消能效果因水头差过小不很理想，但这种消能衔接方式适应于变动的过闸流量和下游水位，同时在平面上也容易扩散，所以底流消能在平原水闸中应用最广。
2、消力池的布置：促使闸下产生底流式水跃，主要是靠消力池。
对土基上的水闸，若下游水深不足，可将护坦高程降低形成消力池。
浅谈水闸工程中的消能防冲计算
第5期（总第265期）相0，|_祈5杉洪2021 年 5 月 U R B A N R O A D S BRIDGES &FL O O D C O N T R O LDOI:10.16799/ki.csdqyfh.2021.05.047浅谈水闸工程中的消能防冲计算防洪排水陈杰(上海嘉定水务工程设计有限公司，上海市201800)摘要：消能防冲计算是水闸工程设计中的重要环节，消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的结构尺寸都需要 通过计算确定。
水闸设计规范给出了相应的消能防冲计算公式。
结合工程实例，从计算水位组合的选取、河道不冲流 速及允许流量的计算、闸门开度及过闸流量的确定、消能防冲计算过程、消能防冲设施布置等几个方面对水闸工程 中的消能防冲计算及消能防冲设施设计进行了简要介绍。
关键词：水位组合；不冲流速；过闸流量；消能防冲计算中图分类号：TV66 文献标志码：B文章编号：1009-7716(2021 )05-0160-030引言水闸是一种调节水位、控制流量，既挡水又泄水的低水头水工建筑物。
水闸主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌 慨、供水、航运、发电等方面有着广泛的应用。
为保护水闸下游河床免受冲刷，需采取必要的消能防冲措施。
水闸的消能方式，一般采用底流式水跃消能。
其主要消能结构为消力池，在池中利用水跃消能。
海漫段紧接在消力池之后，继续消除水流余能，使水流扩散并调整流速分布，减少底部流速，保 护下游河床免受冲刷。
防冲槽设置在海漫段末端，主 要作用是保护海漫段的安全。
消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的设计离不开消能防冲计算。
现以“嘉定蕰藻浜以南地区近期引水调度工程”中的盐铁塘泵闸为例，对水闸消能防冲计算的内容作简要介绍。
1项目概况上海嘉定蕰藻浜以南地区，位于嘉定区的最南端，西北以蕰藻浜为界，南依苏州河，东临中槎浦和新槎浦，区域总面积约]00.36 k m2。
消能防冲计算
0.57
即为下游水深hs 0.68
此时σ ˊ[hs/(hc″-d)]=
d hs z hc
0.700 0.58 hs下游水深为： 跃后水深hc＂为： 1.34 2.68
式中：
d为消力池池深： 出池差Δ Z值为：
经计算得σ o为：
0.98
当σ o为（1.05～1.10）
此时反求池深
0.70
第 1 页
该水位组合计算结果见下表： 工况 1 1 选定
⑵
池深d 0.70 1.20
收缩深hc
跃后深hc＂ 淹没度σ 2.68 2.78 0.98 1.06
选定池长L
下游水深hs
出池口σ ˊ
1.60 1.44
10.00 13.00
1.34 1.19
0.68 0.75
反求池深 0.70 1.20
（一）
消力池计算： 假定消力池深d为： 0.70 有已知：池末宽度 6.96 故总势能T0=H0+d＝ 求收缩水深hc： 4.416
3
⑴
总长度L为 9.33 下游水深 2.10 池前单宽 11.14
2
计行进流速堰上水头H0
3.716 4.80
池末单宽单宽流量 假定hc为 1.6009
q2 hc T 0 h c 0 2 g 2
（三） 河床冲刷深度计算： ⑴
q2为池末端单宽流量 4.80 注：ks可查上表
Δ H泄水时上下游水位差： 20.76
冲坑深度计算:
dm 1.1
qm hm v0
1.34 hm海漫河床水深 0.95 1.34
3
式中： qm海漫末端单宽流量 经计算得dm为： ⑵ 抛石断面计算: 经计算得ω 为： 0.21
成子河分洪闸水利枢纽工程消能防冲计算
17.50 11.30 0.80 124.61 0.72 10.50 0.52 0.95 9.95 0.50 24.14 2.76
1 10 年一遇排涝 17.50 14.02 120
Hale Waihona Puke 备注2 20 年一遇行洪 19.00 15.04 194
3 超标准工况 19.50 15.10 240 容许最大泄量
4 闸孔计算 17.50 14.02 120
5 闸身稳定计算 17.50 11.30
/
下游水位为洪 泽湖死水位
6 闸身稳定校核 19.00 12.00 /
（上 水m游位）（下水m游位）（闸开m门度）（过m流3/量s）第（池一m深）级
（池m长）消（厚力m度）池
第二级 池深 （m）
第二级 池长 （m）
消（厚力m度）池（海长m漫度）（冲深m床度）备注
0.20 33.45 0.59 6.35 0.29 0.29 5.12 0.24 13.59 0.08
0.50 80.71 0.70 9.07 0.43 0.83 8.10 8.10 20.17 1.47
根据中长期预报技术精度要求，下一步需要引入由中 国气象局国家气候中心气候监测室提供的大气环流指数、 海温等数据，优化筛选预报因子，进一步完善各中长期预 报模型，提高模型预报精度与可靠性■
18
ZHIHUAI 2019.12
科技论坛
表 1 成子河分洪闸设计参数表
序号
设计工况
（闸水m上位）（闸水m下位）（m流3量/s）
1 概述 成子河分洪闸为黄河故道利用成子河航道向洪泽湖分
洪的控制性建筑物，位于宿迁市泗阳县境内桩号 K87+100 处，根据黄河干河治理工程初步设计成果可知 ：成子河分 洪闸闸址处的黄河底高程为 14.00m，但下游已建成的成子 河航道底高程为 8.30m，高差达 5.70m。 2 设计参数
消能防冲计算
远离水跃：hc``＞ht 临界水跃：hc``=ht 淹没水跃：hc``＜ht E 0=15q=6.74流速系数ψψ1ψ2ψ3ψ40.88783E 16h c =εe 闸门开度e=0.5弗落得数Frc=q/h c /（gh c ）0.51.消力池深S ：池宽b=ψ`=0.95设计流量Q=σ= 1.05条件 ：Lk=hs=消力坎宽b=安全系数σσs =三、海漫：Lp=1.确定坎高：2.池深S ：坎高c=σhc``+Q 2/（2gb 2（σh c ``）2）-H 10（计算出坎高后须判断下游水流流态，若发生远离水跃，需建第二级消力坎。
）H 1=(Q/(mb(2g)0.5))2/3-Q 2/（2gb 2（σhc``）2）h c ``=h c （（1+Fr c 2）0.5-1）/2Fr 1=q 2/（gh`3）二）、消力坎：1.自由出流：2.淹没出流：（具体见《水力计算手册》P211）1.7＜Fr 1＜9.0Lj=9.5*h`*（Fr 1-1）9.0＜Fr 1＜16Lj=8.4*h`*（Fr 1-9）+76*h`条件：hs /H 10≤0.45二、底流计算：一）、消力池计算：△z=Q 2*（1/（ψ`h t ）2-1/（σh c ``）2S=σh c ``-h t -△z2.消力池长Lk ：h c ``/h`=（（1+8q 2/（gh`3））0.5-1）/2(通过试算确定hc ）底 流 式 消 能 防 冲一、水流衔接判断：1.一般泻洪情况：底流消能条件：必须发生临界或稍有淹一）、收缩水深计算：条件：hs /H 10＞0.45垂直收缩系数ε=二）、.跃后水深hc``：h c ``=h c *（（1+8Fr c 2）0.5-1）/21）.收缩水深hc：hc=E 0-q 2/（2g ψ2hc 2）2）.流速系数ψ：（1）低堰情况：（2）高堰情况：ψ=（1-0.1*E 0.5/q 1/3）0.5hc 1=ht （（1+8Fr t 2）0.5-1）Fr t =Q/(bht(ght)0.5)坎高c=σh c1``+Q 2/（2gb 2（σh c1``）2）-H 10H 10=(Q/(mb(2g)0.5))2/32.平底闸孔情况：坎高c=σhc``+Q 2/（2gb 2（σh c ``）2）-H 10H 10=(Q/(σs mb(2g)0.5))2/3四、综合式消力池计算：H 10=(Q/(mb(2g)0.5))2/3（具体见《水力计算手册》P216）3.池长L ：L=（同前计算）1.趾墩：五、辅助消能工：（具体见《水力计算手册》P218）E 0=h c +Q 2/（2g ψ2b 2h c ）试算h c S=σhc``-H 1-c下游水深h t=m=0.42（1+Fr c2）0.5-1）/2稍有淹没的水跃。
溢流坝计算(稳定消能防冲计算)
设计水位情况下的稳定计算 荷载 自重 水平水压 力 垂直水压 力 动水压力 泥沙压力 扬压力 合计 总计 W1 PH1 PH2 PV1 Pv2 Px Py ps1 ps2 U1 U2 316.81 89.68 726.67 406.49 393.07 203.98 向下 320.18 向右 189.14 校核水位情况下的稳定计算 荷载 自重 水平水压 力 垂直水压 力 W1 PH1 PH2 PV1 21.39 垂直力(t) → ↑ 602.17 水平力(t) → ← 384.92 187.79 力矩(t-m) 对基础中心 的力臂(m) (逆时针)+ 1.7 1023.69 8.29 6.46 8.08 1213.12 172.83 37.51 55.99 19.78 15.79 71.2 37.57 垂直力(t) → ↑ 602.17 水平力(t) → ← 337.08 146.63 力矩(t-m) 对基础中心 的力臂(m) (逆时针)+ 1.7 1023.69 8.04 5.71 8.075 4.5 16.07 0.73 4.77 2.83 0 3.08 2675.63 ∑M 56.05 603.75 27.38 837.26 127.50
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
增城市白苏塘水陂过流能力计算及消能防冲验算
２ ３ ８ ・
工 程科技
增城市 白苏塘 水陂过流能 力计算及消能 防冲验算
马 金 龙 （ 黑龙 江省 龙 头桥 水库 管理 处 ， 黑龙 江 宝清 １ ５ ５ ６ ０ ０ ）
摘 要： 白苏塘水陂是增城市镇北涌上的一座 取水枢纽工程， 本文对白苏塘水陂过流能力进行了计算， 对结构消能防冲进行了验算复核。 关键词 ： 增城市； 白苏塘水陂； 过 流计算； 消能验算
１ ４ １
流量 ０
（ ｍ ３ ／ Ｓ ）
８ ８ ３
备注
设 有沉 降缝 ，缝 墩厚 １ ． ０ ｍ，中墩及 边墩厚 均为 ０ ． ７ ｍ，墩 顶 高程 １６ ７ Ｏ ６ ０ ９ Ｏ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ １ ６ １ １ ０ ７８ ６ ９ ０ ５ ４ １ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ １ ８ ｌ ｌ ２ ８４ １ ８ ． ６ ０ ｍ。 两 中孔水闸上部设有启闭室 ， 为轻型混凝土框架结构 。 闸室 ｌ １ ７ Ｏ Ｏ ５ １ ３ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ １ ｇ ｌ １ ３ ９２ 下游侧考虑交通要求 ， 设有交通桥 ， 桥 面净宽 ４ ． ０ ｍ。 １ ７ ２ ０ ４ Ｃ Ａ Ｏ ３ ８ ５ ０ ９ ２ ３ ３ ２ Ｕ １ ６ １ ７ 宽 顶 堰 １ ７ ４ ０ ４ ２ ４ ０ ３ ８５ ０ ０ ２ ３ ３ ２ ３ １ １ ８ ５２ ③ 出 口段 由消力池和海漫段组成 ， 总长 ４ ８ ． ５ ７ ｍ。 １ ７ ６ Ｏ ３ ∞ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ ２ ５ １ ２ Ｏ ０７ 消力池为下挖底流式消能工 ， 长１ ６ ． ４ ４ ｍ， 宽 １ ５ ． ０ ｍ， 其 中陡坡段 １ ７ ８ Ｏ ３ ６ ２ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ ２ ７ ｌ ２ ３ ５３ １ ８ ０ ０ ３ ３ ７ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ ２ ｇ １ ２ ６ １ ８ 长５ ． ９ ４ ｍ， 消力池长 １ ０ ． ５ ０ ｍ， 陡坡段坡 比 １ ： ３ ． ０ ， 池深 ０ ． ５ ｍ。消力池为 ｌ ８ ２ ０ ３ １ ５ ０ ３ ８５ ０ ９ ２ ３ ３ ３ ｌ １ ２ ８ ９ ３ 钢筋 混凝 土结 构 ，底板厚 ０ ． ５ ｍ；岸墙采 用钢筋混凝土悬臂式挡土 墙， 墙高 ４ ． ８ １ ｍ。 表 ３ 水 陂 整 体 泄 流 能 力 成果 表 海漫段长 １ ６ ． ０ ｍ， 断面 型式 为梯形结构 ， 底宽 １ ５ ． ０ ｍ， 两侧边坡 水位 流量 Ｑ 各 注 水位 流量 ０ 备 注 （ ｍ ） （ 帕／ ｓ ） Ｌ （ 皿 ） ３ ／ ｓ ） 坡比１ ： １ ． ５ ， 渠底 、 渠坡均采用干砌石护砌 。 １ ６ ． ５ ０ ０ ０ ０ １ ７ ． Ｏ ０ ３ １ ． ０３ １ ６ ７ ０ ０ ． ７ ６ ０ ３ １ ２过流能力计算 ８ ｍ ３ ／ ｓ 不开闸，溢 １ ７ ． ２ ０ ３ ７ ７ ５ １ ６ ． ９ ０ ２ ． １ ８ 流堰 世 流 １ ７ ． ３ ２ ４ ２ ． ８ ９ ２ ． １ 水陂的运用调度方式 １ ７ ． Ｏ ０ ３ ． １ ８ １ ７ ． ４ ０ ４ ５ ． ２ １ 来量大于３ １ ． ０ ３ ￣／ ｓ 水陂共分 ４孑 Ｌ ， 由２ 孔溢流堰和 ２孔开敞式泄洪闸组成。运用 ３ ． １ ３ １ ． ∞ ／ ｓ 控制闸 １ ７ ． ６ ０ ５ ３ ． ２ ５ 开闸 自由泄流。 孔开度泄流，溢流堰同 １ ７８ ５ ６ １ ． ０１ 调度方式为 ： ① 当上游来水量在 ０ － ３ ． １ ８ ｍ ３ ／ ｓ （ 为河涌 的多年平均来水 １ ７ ． Ｏ ０ ３ ． １ ８ ￣３ １ ． ０ ３ 时泄流，使闸前水位不 于１ ６ ． ５ ０ ｍ ，不高于 １ ８ ． ０ ０ ７ ０ ． ２ ８ 量 ）时 ，泄洪 闸关 闭 ， 由两 侧溢流 堰泄 流 ；② 当上 游来 水量 在 １ ７ ｌ ８ ． ２ ０ ７ ９ ． ４ ３ ３ ． １ ８ － ３ １ ． ０ ３ ｍ３ ／ ｓ时 ， 泄洪 闸开启 ， 控 制闸孔开度 泄流 ， 溢流堰 同时泄 ３ ． ２计算公 式 流， 使 闸上水位不低 于 １ ６ ． ５ ０ ｍ， 不高于 １ ７ ． ０ ｍ； ③ 当上游来水量大于 根据水陂 的总体布置及周边地形条件 ， 水 陂拟 采用 底流消能 的 ３ Ｉ ． ０ ３ ｍ ３ ／ ｓ 时， 泄洪闸全部 开启 ， 自由泄流 ， 溢流堰 同时泄流。 方式进行消能 ， 消力池深度 、 长度 、 底板厚度 、 海漫长度 、 河床 冲刷深 ２ ． ２ 水 陂过流能力验算 度计算采用 《 水 闸设 计规范》 附录 Ｂ推荐 的相关 公式 ， 计算公 式如 溢流堰和泄洪 闸均为堰流 ， 堰流泄流能力计算公式如下 ：
台阶消能
续表台阶消能流态特征水流流态判别式㊀㊀㊀㊀h k h()临＝０ ０９１６hℓ()－１ ２７６㊀㊀㊀㊀h k h()特＝１ ０５７－０ ４６hℓ㊀h k 临界水深,m;㊀h 台阶步高,m,一般h＝０ ６~１ ０m;㊀ℓ 台阶步长,m,ℓ＝h/t a nα;㊀α 坝面坡角,(ʎ).当(h k/h)＜(h k/h)临时,坝面水流为水跃型水舌流流态,按一般跌水计算;当(h k/h)＞(h k/h)特时,坝面水流为滑移流流态,按滑移流计算.滑移流计算公式出现表面掺气的长度㊀㊀㊀㊀L１＝９ ７１９K∗F０ ７１３∗s i nα()０ ０７９６㊀L１ 坝面开始出现表面掺气的长度,m;㊀K∗ 坝面台阶糙度,m,K∗＝h c o sα;㊀㊀㊀F∗ 坝面摩擦系数,F∗＝q/g K３∗s i nα;㊀q 单宽流量,m３/s m();㊀㊀㊀α 坝面的坡角,ʎ();㊀㊀㊀g 重力加速度,m/s２.出现均匀掺气水流的长度㊀㊀㊀㊀L２＝８ ６q０ ７１３K０ ０６９５∗s i nα()０ ２７７㊀L２ 坝面开始出现均匀掺气水流的长度,m.均匀掺气水流的水深㊀㊀㊀㊀h０＝h k f e８s i nα()１/３㊀h０ 坝面均匀掺气水流的水深,m;㊀㊀㊀㊀h k 临界水深,m;㊀f e 计算参数,按下式计算:㊀㊀㊀㊀c e＝０ ９s i nα㊀㊀㊀x＝０ ６２８０ ５１４－c ec e－１－c e()㊀㊀㊀f e＝０ ５１＋t h x()㊀t h x 双曲正切函数.消能率坝面台阶消能率㊀㊀㊀㊀η＝E－d０＋υ２０２g()Eˑ１００％㊀㊀㊀E＝H堰＋H㊀η 消能率,％;㊀㊀㊀H堰 坝趾以上堰高,m;㊀㊀㊀H 堰上水头,m.相关说明１台阶式溢流坝消能方式因其外形呈台阶状而得名,也称为阶梯式溢流坝.与光滑溢流坝面相比,其显著特点是溢流面上的摩阻力大,掺气多,从而消能率高,可缩短溢流坝下游所需消能工的尺寸,减少工程投资.随着R C C(碾压砼)的推广,由于台阶能结合坝体上升,方便施工,且薄水舌容易掺气减蚀,R C C台阶溢流面已成为普遍的消能方式,２适用于设计单宽流量＜２０m３/s m()的中㊁低坝.高坝或单宽流量较大的工程应用较少.３台阶高度㊁宽度㊁消能率计算公式为经验或半经验性质,重要和复杂的工程应进行水工模型试验验证.４溢流坝坡角θ＝４５ʎ~５５ʎ,相对堰高H堰/h kȡ２０时,坝面出现均匀流,消能效果较好,反之, H堰/h k＜２０时,坝面不足以出现均匀流,消能效果较差.５台阶式溢流坝与宽尾墩联合消能的方式,兼有宽尾墩消能和台阶式溢流面消能的特点和优点:既利用台阶式溢流面提高消能率,又利用宽尾墩后在坝面上形成的无水区向阶梯和水舌底部进行通气,避免空化和空蚀,故高水头大单宽流量工程采用台阶式溢流坝消能方式时,一般与宽尾墩相结合.９６１续表消能防冲洪水标准消能防冲设计洪水标准１级建筑物为１００年一遇;２级建筑物为５０年一遇;３级建筑物为３０年一遇.应考虑宣泄低于消能防冲设计洪水标准的洪水时可能出现的不利情况.对超过设计标准的洪水,允许消能防冲建筑物出现部分破坏,但不应危及大坝及其他主要建筑物的安全,且易于修复,并不得长期影响枢纽运行.消能防冲校核洪水标准可低于建筑物的校核洪水标准,按枢纽布置及泄洪对枢纽安全的影响程度具体选定.消能防冲建筑物的局部破坏危及大坝及挡水建筑物安全时,应采用与大坝及挡水建筑物相同的校核洪水标准进行校核.挑流鼻坎型式:连续式㊁差动式㊁窄缝式和扭曲式等.鼻坎最低高程:宜高出消能防冲洪水标准泄洪时相对应的下游水位(可略低于下游最高水位).鼻坎挑角１挑流鼻坎采用连续坎,可用１５ʎ~３５ʎ.２差动式鼻坎处平均流速ȡ１６m/s时,应合理选择反弧段半径㊁挑角差㊁高低坎宽度比和高低坎的高差,并可考虑在鼻坎和反弧段间接入直线过渡段以改善流态.差动式鼻坎的上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值宜为５ʎ~１０ʎ.上齿宽度和下齿宽度之比宜＞１ ０,齿坎高差宜为１ ５m.高坎侧宜设通气孔,高坎顶面的棱角宜做成圆弧状.３窄缝式挑坎适用于狭窄河道高水头的溢洪道和深孔.出口断面型式有矩形㊁梯形㊁Y形㊁V形及不对称形等.窄缝式挑坎的断面型式㊁挑角㊁收缩比和长宽比宜通过试验比较确定.按经验,体型参数宜取收缩比０ １５~０ ５;长宽比:中深孔大流量㊁低佛氏数时,取０ ７５~１ ５,相应收缩比取较大值;表孔,高佛氏数时,宜取１ ５~３ ０,相应收缩比取较小值;底板的挑角宜取０ʎ或为正㊁负小挑角.４扭曲式鼻坎应通过水工模型试验选择转向角度和水舌落点.一般是在鼻坎侧墙和底板上增加 曲面贴角 而形成,目的在于使高速水流急剧转向,水舌纵向拉开并与下游河道的水流平顺衔接,即控制转向角度和入水落点.它的特点是鼻坎短,适应的导向角大(０ʎ~５０ʎ),水舌挑距远,水舌内缘拉开较长.安全挑距应不影响坝趾基岩稳定.冲坑最低点距坝趾的距离应＞２ ５倍坑深.水舌入水宽度应不影响冲坑两侧岸坡或其他建筑物的稳定.消力池１底流消能应保证消力池内形成稳定的水跃,避免产生回流.消力池内和尾坎前后要清理干净,不允许堆积石渣等杂物.２消力池宜用等宽矩形断面.地形许可的水跃前段,可为斜护坦.跃前断面平均流速＜１６m/s的护坦上可设置消力墩等辅助消能设施.寒冷地区,辅助消能设施应满足防冻要求.３消力池两侧导墙顶的高程,按跃后水深加超高决定.消力池导墙外侧河床中如有一定水深,可适当降低墙高,允许墙顶有不大的漫溢水头.其他１面流消能㊁戽流消能流态复杂,且不稳定,为防止坝基和下游河岸的淘刷,保证工程安全.宜采取下列措施:①鼻坎下设置齿墙或短护坦.②两侧设置一定长度的导墙,防止横向回流.③下游设置护岸.④闸门均匀开启泄流.２采用两种或两种以上消能型式联合运行的,应进行水工模型试验,防冲设施按上述规定.宽尾墩的收缩比对扼制入池水流起重要作用,收缩比越小,消能率越高,但对中㊁低坝,收缩到一定程度将影响闸孔泄流能力,此时闸室将产生淹没流,增加振动因素,这两点应作为选用收缩比的控制标准.联合消能应考虑泄洪功率大的特点,加强底板的整体性.尤其是宽尾墩与消力池联合运用型式,应进行水工模型试验,确定消力池底板上的脉动压力分布,并据此加强消力池底板的强度,加强自身以及与基础结合的整体性,并应采取措施保证消力池底板止水的可靠性.３研究雾化对枢纽其他建筑物运行安全及边坡稳定的影响,窄河谷㊁干旱少雨地区更应重视.高坝挑流雾化现象较为严重,消能和防雾化要统筹兼顾,露天设置的电气设备㊁输电线路和交通道路等,应避开雾化区,无法彻底避开时,应采取保护措施.两岸山体,尤其是干旱少雨地区或有潜在不稳定因素时,应按雾化范围的强度,采取分区保护措施.０７１９。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.平底闸孔情况：
底流消能条件：必须发生临界或稍有淹没的水跃 。
ψ3
ψ4
16
hc=εe 二）、.跃后水深
垂直收缩系数ε=
闸门开度
e=
0.5
hc``=hc*（（1+8Frc2）0.5-1）/2
弗落得数
Frc=q/hc /（ghc）
0.5
二、底流计算：
一）、消力池计
1.消力池 深S：
设计流量
池宽b=
ψ`=
hc``=hc（（1+Frc2）0.5-1）/2
3.池长
L：
（同前计
L=
算）
五、辅助消能工：
1.趾墩：
（具体见《水力计算手册》P218）
生临界或稍有淹没的水跃
下游水深
ht=
H10=(Q/(mbm(2=g)0.5))2/
3
0.42
σsmb(2g)0.5))2/3
（1+Frc2）0.5-1）/2
3
条件：hs /H10＞ 坎。）
2.淹没出流：
0.45
σs=
坎高c=σhc``+Q2/（2gb2（σhc``）2）-H10
H10=(Q/(σsmb(2g)0.5))2/3
三、海
漫：
Lp=
四、综合式消力池计算：
（具体见《水力计算手册》P216）
1.确定坎
高：
hc1=ht（（1+8Frt2）0.5-1）
Lj=8.4*h`*（Fr1-9）+76*h`
二）、消力坎：
（具体见《水力计算手册》P211）
条件：hs /H10≤
消力坎宽
1.自由出流：
0.45
hs=
b=
安全系数
σ（计算出坎高后须判断下坎游高水c流=σ流态hc，``若+Q发2生/（远2离gb水2（跃σ，需hc建``）第二2）级-消H1力0
H10=(Q/(mb(2g)0.5))2/
0.95 Q=
σ=
1.05
△z=Q2*（1/（ψ`ht）2-1/（σhc``）2
S=σhc``-ht-△z
2.消力池长Lk： hc``/h`=（（1+8q2/（gh`3））0.5-1）/2
Fr1=q2/（gh`3）
条件 ： 1.7＜Fr1＜9.0
Lj=9.5*h`*（Fr1-
Lk=
9.0＜Fr1＜16
底 流式消能防冲
一、水流衔接判
远离水
Байду номын сангаас
断：
跃： hc``＞ht
临界水
一）、收缩水深计算：
跃： hc``=ht
淹没水
1.一般泻洪情况：
跃： hc``＜ht
1）.收缩水深hc：
流速系数
E0=
15 q=
hc=E0-q2/（2gψ
6.74 ψ (通过试算确定hc）
2）.流速系数ψ：
（1）低堰情况： ψ1
ψ2
（2）高堰情况： ψ=（1-0.1*E0.5/q1/3）0.5 0.88783 E
Frt=Q/(bht(ght)0.5
坎高c=σhc1``+Q2/（2gb2（σhc1``）2）-
H10=(Q/(mb(2g)0.5))2/
2.池深
S： H1=(Q/(mb(2g)0.5))2/3-Q2/（2gb2（σhc``）2） E0=hc+Q2/（2gψ2b2hc）试算hc
S=σhc``-H1-c