第三节 水闸的消能防冲设计

第三节水闸的消能防冲设计第三节水闸的消能防冲设计一闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因1.闸下泄流的特点(1)分洪闸开始泄流时下游无水或水位很低始流条件差：Qmax→⊿Zmax水位升高，Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。

(2)节制闸闸门开启不对称时会产生折冲水流；水头最大时流量并非最大，流量最大时水头最小。

2.闸下冲刷的原因q大而土壤的抗冲刷能力低；河道收缩，水流未充分扩散；运用不合理，产生折冲水流；消能工设计不合理。

二消能工设计消能工的主要作用是改善水流与固体边界的接触条件，防护加固下游河床。

消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。

1.消能方式：大多数采用底流消能，“ 我国已建的大、中型水闸，多数建在平原、滨海地区，一般在软基上建闸，且承受的水头不高，闸下跃前Fr 较低，宜采用底流式水跃消能。

”⒉消力池布置与设计：造成产生淹没式水跃必需的尾水深度，保护水跃内河床免受冲刷。

⑴设计情况：不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能设计的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的组合，取不利情况。

拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，排泄上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；分洪闸宜以闸门全开，通过最大分洪流量为控制消能设计的水力条件；排水闸宜以冬、春季蓄水期通过排涝流量为控制消能设计的水力条件；挡潮闸宜以蓄水期排泄上游多余来水量时，有时需用闸门控制泄水，上、下游可能出现较大的水位差作为控制消能设计的控制条件。

⑵计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度（a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解（b）消力池的长度：用经验公式计算：式中L sj为消力池长度；L s为斜坡段的水平投影；β为水跃长度校正系数，一般取0.7～0.8；L j为水跃长度，新规范中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：（c）消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按规范中以下公式计算，取其最大值，且不小于0.5m：抗冲：抗浮：3.布置(1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消能的三种主要形式。

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。

水闸—水闸的消能防冲设计水闸的消能防冲设计一闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因1.闸下泄流的特点(1)分洪闸开始泄流时下游无水或水位很低始流条件差：Qmax→⊿Zmax水位升高，Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。

(2)节制闸闸门开启不对称时会产生折冲水流；水头最大时流量并非最大，流量最大时水头最小。

2.闸下冲刷的原因q大而土壤的抗冲刷能力低；河道收缩，水流未充分扩散；运用不合理，产生折冲水流；消能工设计不合理。

二消能工设计消能工的主要作用是改善水流与固体边界的接触条件，防护加固下游河床。

消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。

1.消能方式：大多数采用底流消能，“ 我国已建的大、中型水闸，多数建在平原、滨海地区，一般在软基上建闸，且承受的水头不高，闸下跃前Fr 较低，宜采用底流式水跃消能。

”⒉消力池布置与设计：造成产生淹没式水跃必需的尾水深度，保护水跃内河床免受冲刷。

⑴设计情况：不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能设计的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的组合，取不利情况。

拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，排泄上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；分洪闸宜以闸门全开，通过最大分洪流量为控制消能设计的水力条件；排水闸宜以冬、春季蓄水期通过排涝流量为控制消能设计的水力条件；挡潮闸宜以蓄水期排泄上游多余来水量时，有时需用闸门控制泄水，上、下游可能出现较大的水位差作为控制消能设计的控制条件。

⑵计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度（a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解（b）消力池的长度：用经验公式计算：式中L sj为消力池长度；L s为斜坡段的水平投影；β为水跃长度校正系数，一般取0.7～0.8；L j为水跃长度，新规范中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：（c）消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按规范中以下公式计算，取其最大值，且不小于0.5m：抗冲：抗浮：3.布置(1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消能的三种主要形式。

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。

对水闸消能防冲设计的探讨对水闸消能防冲设计的探讨对水闸消能防冲设计的探讨摘要：水利工程中，水闸的应用较为广泛，在设计过程中，水闸工程的排水问题往往成为决定建筑物使用寿命的关键，本文就水闸下游底流式消能设计遇到的若干问题进行分析。

关键词: 水闸水跃消能防冲设计消力池淹没度中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：前言水闸泄水时，部分势能转化为动能，流速增大，对下游河床会产生强烈的冲刷，如不采取有效的措施，必将掏深河槽，甚至危及建筑物安全。

因此，水闸下游水力设计的主要任务就是选择适当的消能措施，现在的水闸一般采用底流式消能，在消力池内产生水跃，使闸下急流转变为缓流，从而保证建筑物的安全。

一、选择下游消能防冲设计所对应的过闸水流形态堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象，但在同一个建筑物的运行过程中会相互交替出现。

对于同一座水闸，当上游来水小于等于下游用水时，闸门提起，水闸不起控制作用，过闸水流为堰流流态；当上游来水较大，而下游需水量较小时，需要闸门控制过闸流量，这时的水流状态为闸孔出流。

对于闸后消能防冲设计而言，过闸水流是堰流或是闸孔出流，不同主要反映在闸前水头上。

就是说，当下游渠道都通过设计流量时，闸孔出流时的闸前水头要比堰流时的要高，水深要深，也就是消力池长度、深度计算公式中的“由消力池底板顶面算起的总势能To”大。

从消力池计算公式上我们不难得出这样的结论：水闸在通过相同流量时，闸前水头越高，需要的消力池深度越深，长度越长。

因此在设计时应首先判断最不利情况时的水流状态，究竟是堰流还是闸孔出流。

只有分析清楚水闸运行的最不利工况，才能正确地计算出消力池需要的长度和深度。

二、闸下尾水深度对消能防冲设计的影响根据水闸下游渠道水深(即闸下尾水深度)与跃后水深的相对大小，可以将水跃分为临界水跃、远驱式水跃和淹没水跃三种类别。

临界水跃和远驱式水跃又统称为自由水跃，自由水跃消能效果较好，但水跃发生的位置距离水闸较远，防冲措施需要很长，工程投资大，不经济。

《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。

消能防冲及铺盖工程施工方案1.工程概述消能防冲工程为防洪闸的一个分部工程，主要施工项目有：内港及外海消力池底板及侧墙、翼墙底板及侧墙砼浇筑；内港及外海铺盖工程、干砌石护坦、抛石防冲槽及砌石护坡等工程项目。

在钢筋混凝土施工的同时，观测标点的埋设需同步进行。

2.工程结构特点外海消力池溢流面底板结构尺寸为11.0m（顺水流向长）×6.0m（靠闸室侧垂直水流向宽；靠外海侧宽度10.0m）；内港消力池溢流面底板结构尺寸为9.0m（顺水流向长）×6.0m（靠闸室侧垂直水流向宽；靠内港侧宽度10.0m）。

消力池侧墙宽度为0.5～0.6m，墙顶部宽度为0.5m，顶部设有消浪反弧。

底板下部设有10cm厚C10混凝土垫层，靠近内港和外海侧均设有齿槽；底板中布置有间排距均为2.0m的直径为5cm的排水管；溢流面靠近闸室段为1:4的斜坡进行衔接，靠外海（内港）侧设有50cm高的消力坎；消力池底部高程为-2.6m。

消力池侧墙外侧设有翼墙，翼墙侧墙结构形式与消力池侧墙相同。

消力池溢流面外侧依次设有砼砌石护坦、干砌石海曼及抛石防冲槽结构。

砼砌石护坦顺水流向长度为10.0 m（内港侧为7.0m），下部设有40cm厚的砂石垫层，两侧均设有齿槽，砼砌石的厚度为50cm，砼砌石底部高程为-2.0m；干砌石海曼顺水流向长度为5.0m，下部设有40cm厚的砂石垫层，两侧同样设有齿槽，干砌石的厚度为50cm，干砌石底部高程为-2.5m；抛石防冲槽顺水流向长度为4.0m，下部有30cm厚的石渣垫层，抛石厚度为60cm。

3.主要施工工程量本工程主要施工工程量见表3-1.表3-1：主要工程量统计表4.编制依据本工程的钢筋混凝土施工方案的编制依据为《水闸施工规范》SL27─91、《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2003。

5.消能防冲工程施工进度安排及控制性工期根据工程施工强度分析，五山引淡防洪闸消能防冲工程主要施工项目控制性工期见表5-1。