水闸底流消能防冲关键技术研究

李　倩，石自堂，汪洹湛

(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

水闸的底流消能防冲设施通常是采用消力池、海漫、防冲槽。消力池紧接闸室，促使出闸水流在池内产生水跃，以消除水流的动能，保护河床、河岸免受冲刷。其后的海漫进一步消除水流剩余的动能，调整水流的流速分布。海漫末端常设防冲槽，以防海漫下游河床冲刷而影响海漫的安全。

水闸底流式消能的效率与闸孔出流处的佛汝德数Fr密切相关，Fr愈大，消能效率愈高；Fr愈小，则消能效率愈低。

(1)国外学者从20世纪50年代开始对低佛汝德数水跃的消能进行研究，寻求合适的消能方式来解决低佛氏数消能的不足。美国垦务局推荐了USBR-Ⅳ型和USBR-Ⅲ型消力池，前者由趾墩和连续性尾槛组成，可消除水面波浪，池长与自由水跃基本相等，没有缩短消力池长度，后者在前者的基础上，在池中布置了一排消力墩，加大池中水流掺混，可使池长缩短为水跃长度的40%左右；1948年Blaisdell推荐了SAF型消力池，通过趾墩、消力墩和连续性尾槛的组合来增加消能，其应用于美国中小型水利工程，可缩短池长70%以上；1969年印度标准研究所建议采用ISI型消力池，池内采用梳流墩、消力墩和差动式尾槛组合，可有效提高消能效率，并消减水面波浪，池长可缩短30%。

(2)在国内也进行了大量的研究，主要从4个方面的措施来减小低佛氏数水闸消能的危害：①辅助消能工。消力墩、消力坎等布置在消力池段的辅助消能措施，主要是通过将水流挑起，使底部较大流速的水流挑起至水部上层，增加消力池中水跃的漩滚和掺混程度，加大水流能量的耗散，来缩短池长、提高消能效率。……