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1、水闸消能设计研究和探究摘要：水工建筑物在设计阶段中，消能设计是至关重要的，决定了建筑物本身的安全以及对其他工程部位的影响。本文介绍水闸消能设计更加科学的计算方法。文中分析了水闸消能防冲设计的水流原因，对水闸消能设计做了粗浅的探讨。关键词：水工建筑；水闸；消能防冲；设计Abstract：Hydraulicstrueturesinthedesignphase,designofenergydissipationisveryimportant,determinethesafetyofthebuildingitselfandtheinfluenceonothe
2、rengineeringsite.Thispaperintroducesthesluicecanbecalculatedmorescientificmethodsofdesign.Thispaperanalyzestheenergydissipationduetocurrentscourdesign,onthesluicecanbemadeasuperficialdiscussionondesign.Keywords：waterconstruetion；sluice；energydissipation；design中图分类号：TU2引言：水闸是低水头
3、的泄水建筑物，一般采用底流式消能工。在消力池内产生水跃，使闸下急流转变为缓流，通过水跃消耗的能量Ej与跃前断面的能量E1之比，称为水跃消能率。跃前断面的弗汝德数愈大，则消能率愈高。当Frl在10〜40间，则Ej/E1为28%〜59%,低水头的水闸，由于Frl较小，故水闸的消能率一般较低。1、水闸消能防冲设计的原因水闸过水时水流往往具有较大的动能，经过消能后还会有一定的余能，将对下游河床产生不同程度的冲刷。有的冲刷是有害的，必须采取措施加以防止；有的并不引起危害作用，是允许的。闸后水流形态对下游河床冲刷的影响很大。平原地区河渠横断面往往宽而浅，河宽常大
4、于闸宽，过闸水流不易均匀扩散，在主流部分保持较大的流速，而且主流方向还经常左右摆动，这就是折冲水流，能直接冲刷河岸和河床。造成折冲水流的原因很多，如下游翼墙扩散角太大，水流不能很快地扩散，以致在两侧翼墙附近产生回流。此时主流受到回流的挤压更加集中，进而便形成折冲水流；如工程布置不当，闸前来水不平顺，以及消能设施不当，或者运用管理不善，闸门开启不对称以及单孔开闸等，都是产生折冲水流的原因。另外，当水流的弗汝德数很小，即Fr=1.0^1.7时，还会出现波状水跃，此时水面呈波动状前进，无强烈的水跃漩滚，消能效果甚微。由于水流前进速度较大，易和下游翼墙分离，
5、致使两侧产生回流，因而缩小渠道的有效宽度,增加局部地方的单宽流量，其冲刷作用也相当严重。因此，要采取相应措施，如在闸室下游端部设置小槛，使水流越过小槛，跌入消力池内，促使其形成底流水跃。2、各类下游水位工况的消能防冲设计2.1下游水深hs5m的水平调整段，理论上一般认为在平坡与陡坡交界处的水深为hko因而，可根据已知的Qmax及hk值，向下推算海漫水面曲线。这是一条标准的M2型降水曲线，愈向下水深愈小，最后接近正常水深hO,流速变缓，已无冲刷之虞。2.2下游水深hkO.8H0因为下游水位的抬高造成了消力池出口处的水深不断变深，这就使得在确保相同淹没系
6、数稳定状态下，消力池能够开挖得更浅一些。3、实例分析为进一步分析消能防冲设施，以实例进行细致探讨，设定某闸为2X4m,上游水位3.40m,下游水位1.5m,该闸底板高程1.0m,初步拟定的消能防冲结构（见图1）。图1消防防冲结构图3.1.求过闸流量Q按宽顶堰自由出流公式计算：参数选取e（侧收缩系数）=0.95,Ho〜H=2.4m,B=8m,m=0.385（当槛高P=0时）求得:Q=0.95X0.385X8X4.429X2.41.5=48.18m3/s3.2.求第1共馳水深he和第2共辄水深he”E0=hc+q2/2g4)2hc2,假定消力池池深1.2
7、m,则池底高程-0.2m,故E0二3.40+0.2=3.60m出口处:B二2X4+1二9m单宽流量：q=48.18/9=5.353m2/s4)=0.95,g=9.81(常数)，把以上数字代入公式，通过试算可求出hc=0.754m,再把代入求he"的公式中，得he"二2.432m3.3.求消力池出口的水深先求hkB=9+2X17Xtg8o=13.78m,q=48.18/13.78=3.496m2/s,hk二(q2/g)1/3计算求得：hk=l.076m由于下游水深：0.5ml.05淹没。根据以上计算，淹没系数略大于1.1,因此水跃已被淹没，十分安全。再
8、检验当消力池出口水位为2.574m时，是否会影响闸下的出流，只需把这一水位换算成闸门出口处的水深即可。换算水
