水闸消能防冲优化设计

于军涛

(开封市汴龙勘察设计中心，河南 开封475000)

1 工程背景

某水闸位于我国南部城市，其主要建筑物为三级，挡水宽度和总净宽分别为450 m和335 m，水闸运行过程中主要担负着泄洪蓄水、保证河道行洪安全的重要作用。水闸枢纽下游段主要为感潮河段，闸基底板处地质条件由上而下分别为中粗砂、淤泥质砂、粘土和杂卵砾石。水闸过流动能较大，为避免下游河道造成冲刷破坏，甚至影响水闸、消力池和护坦运行安全，必须在消能防冲设计的基础上采取恰当措施。为进行水闸消能防冲设计，文章主要进行了水工断面模型试验分析，闸门开度分别按照0.25 m、0.50 m、0.75 m、1.00 m、1.25 m、1.50 m设计。

2 水闸消能防冲优化设计

2.1 消能方式的选择

水闸消能防冲方式包括面流消能、挑流消能和底流消能等。面流消能主要借助设置在溢流堰末端的跌坎，将溢流堰顶下泄的水流导流至下游水流表面，并使其在跌坎周围水流和河床间形成翻滚之势以消耗部分能量，对于下游水深大、变幅小的情况较为适用；挑流消能主要通过挑流鼻坎将水流挑起并抛至空中，并利用空气势能及下游水垫达到消能的目的，且对下游地质条件有较高要求；底流消能即利用设置在泄流建筑物下游的消力池、消力坎等辅助性水工建筑物，使水流发生水跃后通过其内部摩擦、撞击、掺气等过程达到能量消耗的目的，且对于大流量、低水头较为适用。该水闸因上游水头低，下游水位随潮位表现出明显变化，且其河床主要为抗冲刷能力较低的砂基，所以采用底流消能措施。……