跌差和跌水宽度对跌坎式底流消能工影响的研究

庞 牧 华

(安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)



·水利工程·

跌差和跌水宽度对跌坎式底流消能工影响的研究

庞 牧 华

(安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

以消力池长度和消能效率为研究对象，通过计算跌坎式底流消能工在不同跌差和不同跌水宽度条件下的消力池长度和消能效率，分析得到了长度和消能效率的变化规律，为跌水优化设计提供依据。

跌水，跌坎式底流消能工，消能效率，消力池长度

跌坎式底流消能工是以常规的底流消能工原理为基础的一种消能方式。相比底流消能，跌坎式底流消能更具有优势[1]，这种消能方式既不会产生大的雾化，又可以消除下泄水流的大部分能量[2]，且能保证底流消能流态和较高的消能效率[3]。跌水是利用跌坎式底流消能的常见落差建筑物，广泛应用于我国丘陵地区。本文结合某丘陵地区水库跌水设计，计算分析不同跌差和不同跌水宽度对跌坎式底流消能工的影响。

1 工程背景

某丘陵区水库跌水，消能防冲标准为20年一遇，泄量3.64 m3/s，设计跌水断面为矩形型式，堰顶水深1.5 m。

2 水力计算

1)计算条件的确定。跌坎式底流消能工消力池的水力计算，决定于下泄流量、堰顶水深及跌差等因素，本文在下泄流量及堰顶水深已定的前提下，分别选取0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m这6种跌差值和1 m，2 m，3 m，4 m这4种跌水横断面净宽度为设计条件，计算分析不同跌差值、不同宽度值对消力池长度及消能效率的影响。

2)计算结果。根据参考文献[4]和参考文献[5]中，消力池长度及消能效率计算公式，对不同跌差条件下所需下游消力池的长度及池内水跃消能效率进行计算，得到结果如表1，表2，图1～图4所示。

表1 跌水宽度为1 m，2 m时不同跌差条件下消力池长度及消能效率成果表

比较分析不同跌差条件下的消力池长度可知，相同跌水净宽度，跌差值越大所需消力池长度越大，消能效率越大；相同跌差条件下，跌水净宽度越大所需消力池长度越小，消能效率越大；随着跌差增大，消力池长度和消能效率增大量逐渐减小，即相同跌水净宽度时，消力池长度和消能效率均随跌差增大，呈抛物线型式变化。

相同跌水净宽度条件，通过调整跌差值，消力池长度变化量不超过1 m，消能效率变化量不超过10%；相同跌差条件，通过调整跌水净宽度，消力池长度变化量不超过1 m，消能效率变化量不超过16%。

表2 跌水宽度为3 m，4 m时不同跌差条件下消力池长度及消能效率成果表

3 结语

跌坎式底流消能中跌水宽度、跌差对消力池长度和消能效率均能产生影响。采用跌坎式底流消能型式的跌水设计中，应当充分比较不同跌水宽度及跌差条件下所需消力池长度及消能效率，比选出满足经济和运行要求的最佳设计方案。

[1] 孙双科.我国高坝泄洪消能研究的最新进展[J].中国水利水电科学研究院学报，2009，7(2)：89-95.

[2] 张功育，汤 健，王海军.跌坎式底流消能工的消能机理分析与研究[J].南水北调与水利科技，2005，3(6)：43-45.

[3] 王海军，赵 伟，杨红宣.坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究[J].昆明理工大学学报(理工版)，2007，32(5)：87-90.

[4] 刘韩生，花立峰.陡坡与跌水[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[5] 江西省水利科学研究所.无闸控制跌水水力设计[M].北京：中国水利水电出版社，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

庞牧华(1985- )，男，助理工程师

TV697

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