对闸孔出流下游消力池长度计算的探讨

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1、对闸孔出流下游消力池长度计算的探讨摘要：本文对闸孔自由出流产生的水跃和闸孔淹没出流产生的水跃相应的消力池长度计算公式分别进行阐述，并对其在工程设计中的应用进行探讨。关键词：水闸，消力池，长度，计算中图分类号：TV66文献标识码：A文章编号：1问题的提出底流消能是水闸工程中主要消能方式之一。如果下游水深不影响闸孔出流，则为闸孔自由出流（见图1），闸孔自由出流产生的水跃有远驱式水跃、临界水跃、淹没水跃三种形式；如果下游水位影响了闸孔出流，称为闸孔淹没出流（见2），闸孔淹没出流只产生淹没水跃一种形式。在工程设计中，闸孔淹没出流

2、产生的水跃往往和闸孔自由出流产生的水跃在公式运用上相混淆。本文对闸孔自由出流产生的水跃和闸孔淹没出流产生的水跃相应的消力池长度计算公式分别进行阐述，并对其在工程设计中的应用进行探讨。2计算公式分析2.1闸孔自由出流产生的水跃工况下消力池长度计算公式分析根据《水闸设计规范》(SL265-2001)附录B，采用以下公式进行消力池长度计算[1]:he'3-TOhe'2+aq2/(2g*2)X(bl/b2)0.25二0(1)hc〃=he'/2{[l+8aq2/(ghc3)]0.5-1}(2)Lj二6.9X(he〃-he')(3)

3、Lsj=Ls+3Lj(4)式中：he'收缩水深，m;he"跃后水深，m;a__水流动能修正系数，可采用1.0〜1.05;q过闸单宽流量，m3/(s.m)；g——重力加速度，可采用9.81(m/s2)；bl消力池首端宽度，m;b2消力池末端宽度，m;H0含行近流速水头在内的堰上水头，m;TO__由消力池底板顶面算起的总势能，m;少流速系数，一般采用0.95;Lj水跃长度，m;Ls消力池斜坡段水平投影长度，m;3__水跃长度校正系数，可采用0.7〜0.8;Lsj消力池长度；经对上述公式分析可知其适用范围如下：1）、上述公式是

4、基于闸孔自由出流推导而来的，该公式适用于闸孔自由出流产生的三种水跃形式消力池长度的计算；该公式中并未出现和下游水深相关的参数，即与下游水深无关，这也印证该公式是在自由出流产生水跃的基础上推导而来。2）、水流通过闸孔后，因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5〜l）e处出现第一次收缩水深为he;当消力池有一定深度时，因消力池底板低于间孔底板，水流将会在消力池底板上出现第二次收缩水深he'。该公式适用于水流在消力池底板上出现的收缩水深he'（即第二次收缩水深）计算。3）、闸孔淹没出流工况时套用上述公式计算得出的水跃要比间孔自由

5、出流计算得出的水跃长，这个结果显然是错误的。根据单宽能量公式计算[2]:E=yXAHXq（Y为水的重度，AH为上下游水位差，q为单宽流量），当闸孔淹没出流工况时，上下游水位差AH小，因单宽能量和上下游水位差成正比，也就是说上下游水位差AH小，单宽能量就小，相应的水跃就短。这说明上述公式不适用于闹孔淹没出流工况下消力池长度的计算。经上述分析，规范推荐的消力池长度计算公式应用仅适用于闸孔自由出流产生的水跃计算工况，不适用于闸孔淹没出流产生的水跃计算工况。2.2闸孔淹没出流产生的水跃工况下消力池长度计算公式分析水流通过闸孔后，

6、因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5〜1）e处出现第一次收缩水深he;在淹没出流中，由于受下游水深淹没的影响，消力池深度为0m（d=Om）,水流在消力池底板上不会出现第二次收缩水深，因此，闸孔淹没出流中的收缩水深按第一次收缩水深he计算，公式如下[3]:hc=£'Xe(5)e'——垂直收缩系数，e闸门开度。淹没出流的跃后水深he〃、水跃长度Lj采用自由出流公式（2）、（3）计算；由于收缩水深发生在闸底板上（见2），因此，消力池长度Lsj采用如下公式计算：Lsj=3Lj（6）闸孔被淹没后，收缩断面的实际水深增大为h，且h

7、>hc，故实际水头减少为（TO-h），因而，闸孔淹没出流流量小于自由出流的流量。但h位于旋滚区不易测量，故实际计算时，将闸孔自由出流量乘上一个淹没系数，淹没出流流量计算公式如下[4]:Qs=osybe（2gH0）0.5（7）u一一闸孔自由出流流量系数，u=0.6-0.176e/H；os淹没系数，与潜流比（ht-he〃）/（H_he〃）有关;e闸门开度，m;g重力加速度，可采用9.81(m/s2)；b闸孔宽度，m;HO含行近流速水头在内的堰上水头，m;跃后从公式(6)可知，淹没出流流量和下游水深ht、水深he〃有关，适用范

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