跌差和跌水寬度對跌坎式底流消能工影響的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

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·水利工程·

跌差和跌水寬度對跌坎式底流消能工影響的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

以消力池長度和消能效率為研究對象，通過計算跌坎式底流消能工在不同跌差和不同跌水寬度條件下的消力池長度和消能效率，分析得到了長度和消能效率的變化規律，為跌水優化設計提供依據。

跌水，跌坎式底流消能工，消能效率，消力池長度

跌坎式底流消能工是以常規的底流消能工原理為基礎的一種消能方式。相比底流消能，跌坎式底流消能更具有優勢[1]，這種消能方式既不會產生大的霧化，又可以消除下泄水流的大部分能量[2]，且能保證底流消能流態和較高的消能效率[3]。跌水是利用跌坎式底流消能的常見落差建筑物，廣泛應用于我國丘陵地區。本文結合某丘陵地區水庫跌水設計，計算分析不同跌差和不同跌水寬度對跌坎式底流消能工的影響。

1 工程背景

某丘陵區水庫跌水，消能防沖標準為20年一遇，泄量3.64 m3/s，設計跌水斷面為矩形型式，堰頂水深1.5 m。

2 水力計算

1)計算條件的確定。跌坎式底流消能工消力池的水力計算，決定于下泄流量、堰頂水深及跌差等因素，本文在下泄流量及堰頂水深已定的前提下，分別選取0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m這6種跌差值和1 m，2 m，3 m，4 m這4種跌水橫斷面凈寬度為設計條件，計算分析不同跌差值、不同寬度值對消力池長度及消能效率的影響。

2)計算結果。根據參考文獻[4]和參考文獻[5]中，消力池長度及消能效率計算公式，對不同跌差條件下所需下游消力池的長度及池內水躍消能效率進行計算，得到結果如表1，表2，圖1～圖4所示。

表1 跌水寬度為1 m，2 m時不同跌差條件下消力池長度及消能效率成果表

比較分析不同跌差條件下的消力池長度可知，相同跌水凈寬度，跌差值越大所需消力池長度越大，消能效率越大；相同跌差條件下，跌水凈寬度越大所需消力池長度越小，消能效率越大；隨著跌差增大，消力池長度和消能效率增大量逐漸減小，即相同跌水凈寬度時，消力池長度和消能效率均隨跌差增大，呈拋物線型式變化。

相同跌水凈寬度條件，通過調整跌差值，消力池長度變化量不超過1 m，消能效率變化量不超過10%；相同跌差條件，通過調整跌水凈寬度，消力池長度變化量不超過1 m，消能效率變化量不超過16%。

表2 跌水寬度為3 m，4 m時不同跌差條件下消力池長度及消能效率成果表

3 結語

跌坎式底流消能中跌水寬度、跌差對消力池長度和消能效率均能產生影響。采用跌坎式底流消能型式的跌水設計中，應當充分比較不同跌水寬度及跌差條件下所需消力池長度及消能效率，比選出滿足經濟和運行要求的最佳設計方案。

[1] 孫雙科.我國高壩泄洪消能研究的最新進展[J].中國水利水電科學研究院學報，2009，7(2)：89-95.

[2] 張功育，湯 健，王海軍.跌坎式底流消能工的消能機理分析與研究[J].南水北調與水利科技，2005，3(6)：43-45.

[3] 王海軍，趙 偉，楊紅宣.坎深和入池角度對跌坎型底流消能工水力特性影響的試驗研究[J].昆明理工大學學報(理工版)，2007，32(5)：87-90.

[4] 劉韓生，花立峰.陡坡與跌水[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[5] 江西省水利科學研究所.無閘控制跌水水力設計[M].北京：中國水利水電出版社，1981.

Research of falling-sill bottom-flow dissipation on the effection of drop-step’s depth and drop’s width

Pang Muhua

(Anhui&HuaiheRiverInstituteofHydraulicResearch，Bengbu233000，China)

The article studied on the stilling basin’s length and energy dissipation， through compute the length and energy dissipation in different drop-step’s depth and spillway’s width， found the change law of length and energy dissipation， the result obtained herein can provide references for optimization design.

drop， falling-sill bottom-flow dissipation， energy dissipation， stilling basin’s length

1009-6825(2016)32-0222-02

2016-09-08

龐牧華(1985- )，男，助理工程師

TV697

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