中小型渠首工程消能工水流特性模型試驗(yàn)研究

魯一 耿凡坤 戚印鑫 李琳

摘 要：中小型引水渠首工程由閘室、護(hù)坦、防沖槽等主體結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)模型試驗(yàn)，研究分析相同地質(zhì)條件及同等邊界條件下消能工的工作規(guī)律，掌握消能防沖槽在無(wú)拋石或有拋石工況下消能工的水流特性，為消能防沖工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)：防沖槽內(nèi)，在無(wú)拋石或拋填任何均勻粒徑的卵石時(shí)，總會(huì)存在一個(gè)過(guò)水流量QX使閘前至護(hù)坦末端的沿程流速基本呈正態(tài)分布且流速與流量正相關(guān);當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)拋石或拋填任何均勻或混合粒徑的卵石時(shí)，都改變不了流速大小的分布規(guī)律。對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，消能防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物的工況下，其最佳消能能力是一個(gè)常數(shù);當(dāng)防沖槽內(nèi)有拋填卵石時(shí)，任何流量都存在一個(gè)使其防沖槽消能效果最好的最佳粒徑組合，在最佳粒徑組合下的流速就是對(duì)下游破壞力最小的安全流速。

關(guān)鍵詞：護(hù)坦及防沖槽;水流特性;消能防沖;模型試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TV653 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.39691;issn，1000-1379.2021.08.022

引用格式：魯一，耿凡坤，戚印鑫，等.中小型渠首工程消能工水流特性模型試驗(yàn)研究[J].人民黃河，2021，43（8）：122-129.

Abstract： Small and medium-sized canal head projects are mostly composed of main structures such as lock chamber， apron and anti-scour channel. Through model tests， the working rules of dissipators under the same geological conditions and the same boundary conditions were analyzed， and the flow characteristics of the anti-scour channel whether with ripraps or not were found. The study shows that there will always be a passing water flow QX when there is no boulder or pebbles of any uniform particle size in the anti-flushing channel， which causes the flow velocity from the front of the gate to the end of the tank is nearly a normal fashion， also the flow rate has a positive correlation; the distribution of the flow rate cannot be changed when there is no riprap in the anti-scour channel or any uniform or mixed-size pebbles are filled. For an energy dissipator with the same geometric structure， the best energy dissipation capacity is a constant under no throwing material in the anti-scour channel; when gravel is disposed in the anti-scour channel， there is an optimal particle size combination for the best energy dissipation effect under any flow rate， which means that the flow rate at this particle size is the safe flow rate with the least damage to the downstream.

Key words： apron and anti-scour channel; flow behavior characteristics; energy dissipation; model test

新疆農(nóng)業(yè)是灌溉農(nóng)業(yè)，灌溉用水的80%以上取自地表河流[1]，且絕大部分為多泥沙河流[2]。根據(jù)新疆地形特征，其渠首工程多布置在出山口處。由于河道縱比降大，因此渠首引洪時(shí)閘后沖刷嚴(yán)重，特別是當(dāng)來(lái)水挾帶泥沙時(shí)更容易威脅閘室整體安全。新疆渠首工程基本處于低水頭運(yùn)行狀態(tài)，其消能方式以底流消能為主[3]，利用底部水流發(fā)生的水躍進(jìn)行消能，這樣能夠獲得較高的消能效率[4-5]。

由于河流的含沙量大（且經(jīng)常出現(xiàn)大粒徑卵石、礫石），因此新疆已建低水頭渠首工程的防沖槽被沖擊破壞嚴(yán)重。臺(tái)階式溢洪道作為一種新的消能設(shè)施在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用[6]，但是施工復(fù)雜、造價(jià)較高，所以在工程實(shí)踐中，多在海漫末端設(shè)置拋石防沖槽進(jìn)行消能，其效果相對(duì)較好，且施工簡(jiǎn)便、工程造價(jià)相對(duì)較低[7]。

李江峰等[8]通過(guò)物理模型試驗(yàn)研究拋石粒徑對(duì)防沖槽的影響，分析認(rèn)為護(hù)坦（海漫）末端連接防沖槽處宜設(shè)置垂直深隔墻，防沖槽內(nèi)的上游坡坡比以1∶3～1∶6、下游仰坡坡比以1∶5～1∶10（其坡度趨于緩坡）為宜，沖坑深度計(jì)算公式建議采用水閘設(shè)計(jì)規(guī)范公式。

基于有關(guān)學(xué)者已有的研究成果[8-9]，就消能工的設(shè)計(jì)領(lǐng)域而言，研究掌握消能工的水流特性對(duì)渠首工程消能工的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 模型試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)物理模型試驗(yàn)[10]，研究分析相同地質(zhì)條件及同等邊界條件下消能工的工作規(guī)律，掌握消能防沖槽在無(wú)拋石或有拋石工況下消能工的水流特性。

1.2 試驗(yàn)工況

（1）消能防沖槽無(wú)拋石試驗(yàn)。消能防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物，按流量Q=220 m3/s、Q=300 m3/s、Q=400 m3/s三種工況進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）消能防沖槽有拋石試驗(yàn)。向消能防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑或混合粒徑的卵石進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)工況組合方案見(jiàn)表1。

1.3 模型設(shè)計(jì)

1.3.1 模型幾何結(jié)構(gòu)

①模型比尺：1∶30;②模型幾何尺寸：主體模型段長(zhǎng)為6 111 mm，上下游河床連接總長(zhǎng)度為23 500 mm，主體模型段（上游連接段、閘室、護(hù)坦、防沖槽、下游河床、沉沙池）凈寬900 mm，退水渠凈寬700 mm;③原型尺寸：主體原型長(zhǎng)度為18 333 mm，主體原型寬度為27 000 mm;④模型總體占地面積：35.99 m2。

模型平面布置具體情況見(jiàn)圖1。

1.3.2 原型典型流量的選擇

新疆共有大小河流500余條，年徑流量在0.74億～2.39億m3之間的河流有100余條。在這些河流上修建引水渠首，其泄洪流量多數(shù)在200～410 m3/s之間。

根據(jù)目前的工程實(shí)際，并結(jié)合試驗(yàn)條件，最終選取典型流量Q=220 m3/s、Q=300 m3/s、Q=400 m3/s為試驗(yàn)流量。對(duì)應(yīng)的單寬流量分別是8.15、11.11、14.81 m2/s。洪水歷時(shí)都為1 h。

2 試驗(yàn)成果及分析

2.1 消能防沖槽內(nèi)無(wú)拋石試驗(yàn)

（1）流速沿程變化情況。流速沿程變化情況見(jiàn)表2。由表2可知，當(dāng)來(lái)水流量Q=220 m3/s時(shí)，水流自閘前至護(hù)坦末端，其沿程流速基本是正態(tài)分布，流速與流量正相關(guān);當(dāng)來(lái)水流量Q=300 m3/s、Q=400 m3/s時(shí)，閘前水面平穩(wěn)，左、中、右水位基本一致;當(dāng)來(lái)水通過(guò)閘前0+012斷面進(jìn)入閘室時(shí)，由于過(guò)水?dāng)嗝媸湛s，閘室水位略高;當(dāng)來(lái)水過(guò)閘后，中間水位略低;當(dāng)來(lái)水進(jìn)入護(hù)坦（0+022斷面）時(shí)，其流速逐漸增大;當(dāng)洪水抵達(dá)護(hù)坦末端（0+037斷面）未進(jìn)入消能防沖槽時(shí)，流速增至最大;當(dāng)來(lái)水進(jìn)入消能防沖槽后，水流在槽內(nèi)形成水躍，水躍消耗了來(lái)水的大量動(dòng)能，水流流速銳減。

由此可知，幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，在防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物的工況下，就沿程流速大小分布而言，最大流速總是發(fā)生在護(hù)坦的下游邊緣與消能防沖槽的上游邊緣交線重合處0+037斷面;最小流速發(fā)生在防沖槽底面平坡與反坡起坡的交線0+047斷面。

（2）水深沿程變化情況。水深沿程變化情況見(jiàn)表3。由表3可知，幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，同一斷面的水深與其來(lái)水流量正相關(guān)。當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，在任何流量狀態(tài)下，就其沿程水深而言，護(hù)坦水深總是最小;最小水深總是發(fā)生在護(hù)坦的下游邊緣與消能防沖槽的上游邊緣交線重合處0+037斷面。

（3）來(lái)水流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面位置的關(guān)系。不同來(lái)水流量收縮斷面及水躍斷面位置見(jiàn)表4。由表4可知，幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，在防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物的工況下，其防沖槽內(nèi)的過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置與來(lái)水流量的關(guān)系為：來(lái)水流量越大，其槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向上游。

（4）水流能量沿程變化情況。在消能工中，兩斷面之間的能量轉(zhuǎn)化遵循如下方程式：

式中：g為重力加速度，m/s2;h為垂直高度，m。

護(hù)坦沿程水流能量變化情況：護(hù)坦的上游斷面（護(hù)坦的上游邊線與閘室的下游邊線重合線0+022斷面稱為護(hù)坦的上游斷面，下同）與護(hù)坦的下游斷面（護(hù)坦的下游邊線與消能防沖槽的上游邊線重合線0+037斷面稱為護(hù)坦的下游斷面，下同）之間的高差h=1.50 m，能量變化具體情況見(jiàn)表5。

由表5可知，當(dāng)Q=220 m3/s、Q=400 m3/s時(shí)，水流經(jīng)過(guò)護(hù)坦時(shí)能量沿程增加;當(dāng)Q=300 m3/s時(shí)，水流經(jīng)過(guò)護(hù)坦時(shí)其能量沿程減小;來(lái)水流量與護(hù)坦末端的能量增量及其能量增量的占比關(guān)系不明顯。

由此可知，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，如果防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物，在護(hù)坦末端總是存在一個(gè)最小的能量增量，這個(gè)流量下的流速即最佳流速。

防沖槽內(nèi)水流能量變化情況：防沖槽的進(jìn)槽斷面（護(hù)坦的下游邊線與防沖槽的上游邊線重合線0+037斷面稱為防沖槽的進(jìn)槽斷面，下同）與防沖槽的出槽斷面（防沖槽的下游邊線與河床的上游邊線重合線0+070.32斷面稱為防沖槽的出槽斷面，下同）之間的高差h=0.34 m，水流能量變化具體情況見(jiàn)表6。

由表6可知，當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，來(lái)水流量與防沖槽內(nèi)的消能效果正相關(guān)，與消能占比負(fù)相關(guān)。

成果表明，雖然來(lái)水流量增大，防沖槽的消能能力也會(huì)增加，但總的消能效果是由防沖槽的消能能力及消能占比這兩個(gè)因素決定的。

由此可知，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，防沖槽內(nèi)總是存在一個(gè)消能能力及消能占比相匹配的最佳消能來(lái)水流量。

2.2 消能防沖槽內(nèi)有拋石試驗(yàn)

2.2.1 均勻粒徑拋石

（1）流速沿程變化情況。流速沿程變化情況見(jiàn)表7。由表7可知，當(dāng)Q=220 m3/s時(shí)，無(wú)論向防沖槽內(nèi)拋填任何粒徑的均勻卵石，其水流自閘前至護(hù)坦末端，沿程流速基本是正態(tài)分布，流速與來(lái)水流量正相關(guān)，這與防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物（Q=220 m3/s）時(shí)相同;當(dāng)Q=300 m3/s、Q=400 m3/s時(shí)，無(wú)論向防沖槽內(nèi)拋填任何粒徑的均勻卵石，閘前至護(hù)坦末端的流速沿程變化規(guī)律與防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物（Q=300 m3/s、Q=400 m3/s）時(shí)相同。

由此可知，對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，無(wú)論向消能防沖槽內(nèi)拋填任何粒徑的均勻卵石，都不能改變閘前至護(hù)坦末端的流速沿程變化規(guī)律。

（2）水深沿程變化情況。水深沿程變化情況見(jiàn)表8。由表8可知，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，無(wú)論向防沖槽內(nèi)拋填任何均勻粒徑的卵石，其同一斷面的水深與來(lái)水流量正相關(guān)，這與防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)相同。就其沿程水深而言，也與防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)相同。

（3）來(lái)水流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面位置的關(guān)系。

來(lái)水流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置見(jiàn)表9。由表9可知，在防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑的卵石時(shí)，其防沖槽內(nèi)過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置與來(lái)水流量的關(guān)系為：來(lái)水流量越大，其槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向下游;來(lái)水流量越小，其槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向上游。這種現(xiàn)象與無(wú)拋石工況恰恰相反。出現(xiàn)這種情況的主要原因是：當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，防沖槽的下游墻對(duì)來(lái)水形成一個(gè)反作用力，這個(gè)反作用力的大小決定了來(lái)水流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置。來(lái)水流量越大，其流速就越大，對(duì)防沖槽下游墻的沖擊力亦越大，反作用力也越大，這樣就會(huì)出現(xiàn)來(lái)水流量越大，槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向上游;當(dāng)槽內(nèi)被充填物填充滿后，防沖槽的下游墻對(duì)來(lái)水的反作用力大大削減或基本消失，所以就會(huì)出現(xiàn)來(lái)水流量越大，其槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向下游。

（4）水流能量沿程變化情況。護(hù)坦沿程水流能量變化情況：護(hù)坦的上游斷面與護(hù)坦的下游斷面之間的高差h=1.50 m，其水流能量沿程變化情況見(jiàn)表10。

由表10可知，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=400 mm、Φ=800 mm時(shí)，護(hù)坦末端的水流能量增量與來(lái)水流量正相關(guān);當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=500 mm時(shí)，護(hù)坦末端的水流能量增量與來(lái)水流量關(guān)系不明顯。當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=400 mm、Φ=500 mm時(shí)，護(hù)坦末端的水流能量增量占比與來(lái)水流量負(fù)相關(guān);當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=800 mm時(shí)，護(hù)坦末端的水流能量增量占比與來(lái)水流量正相關(guān)。

就水流能量增量占比而言，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=400 mm時(shí)，護(hù)坦末端能量增量占比在64%～87%之間;當(dāng)Φ=500 mm時(shí)，護(hù)坦末端能量增量占比在60%～94%之間;當(dāng)Φ=800 mm時(shí)，護(hù)坦末端能量增量占比在51%～66%之間。

這就說(shuō)明，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，任何來(lái)水流量都存在一個(gè)最佳消能占比。也就是說(shuō)，總會(huì)存在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的最佳均勻粒徑，使護(hù)坦末端的水流能量增量最小。

防沖槽沿程水流能量變化情況：防沖槽的進(jìn)槽斷面與防沖槽的出槽斷面之間的高差h=0.34 m，水流能量變化具體情況見(jiàn)表11。

由表11可知，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑時(shí)，無(wú)論均勻粒徑如何變化，其內(nèi)部消能效果與來(lái)水流量正相關(guān)。當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=400 mm、Φ=500 mm時(shí)，其內(nèi)部消能效果占比與來(lái)水流量正相關(guān);當(dāng)拋填均勻粒徑Φ=800 mm時(shí)，其內(nèi)部消能效果占比與來(lái)水流量關(guān)系不明顯。

就消能占比而言，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑Φ=400 mm時(shí)，防沖槽內(nèi)的消能占比在57%～74%之間;當(dāng)拋填均勻粒徑Φ=500 mm時(shí)，防沖槽內(nèi)的消能占比在51%～75%之間;當(dāng)拋填均勻粒徑Φ=800 mm時(shí)，防沖槽內(nèi)的消能占比在26%～30%之間。

這就說(shuō)明，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，任何來(lái)水流量都存在一個(gè)最佳消能占比。也就是說(shuō)，總會(huì)存在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的最佳均勻粒徑，使其防沖槽內(nèi)的消能效果最好。

2.2.2 混合粒徑拋石

（1）流速沿程變化情況。流速沿程變化情況見(jiàn)表12。由表12可知，當(dāng)來(lái)水流量不同，且在防沖槽內(nèi)拋填不同粒徑的混合卵石時(shí)，水流自閘前至護(hù)坦末端沿程流速情況為：閘前水面平穩(wěn)，左、中、右水位基本一致;當(dāng)來(lái)水通過(guò)閘前0+012斷面進(jìn)入閘室時(shí)，由于過(guò)水?dāng)嗝媸湛s，因此閘室水位略高;當(dāng)來(lái)水過(guò)閘后，中間水位略低;當(dāng)來(lái)水進(jìn)入護(hù)坦（0+022斷面）時(shí)，其流速逐漸增大;當(dāng)洪水抵達(dá)護(hù)坦末端0+037斷面，未進(jìn)入消能防沖槽時(shí)，流速增至最大;當(dāng)來(lái)水進(jìn)入消能防沖槽后，水流在槽內(nèi)形成水躍，水躍消耗了來(lái)水的大量動(dòng)能，流速銳減。這與來(lái)水流量Q=300 m3/s、Q=400 m3/s防沖槽內(nèi)拋填均勻粒徑時(shí)的流速分布特點(diǎn)相同。

就沿程流速大小分布而言，護(hù)坦段在任何流量狀態(tài)下，其水流速度總是最大。最大流速總是發(fā)生在護(hù)坦下游邊緣與消能防沖槽上游邊緣的交線0+037斷面，最小流速發(fā)生在防沖槽中的內(nèi)底面平坡與反坡起坡的交線0+047斷面。

也就是說(shuō)，消能工幾何結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，無(wú)論向防沖槽內(nèi)拋填任何粒徑的卵石，都改變不了閘前至護(hù)坦末端的流速分布規(guī)律。其規(guī)律與無(wú)拋填物工況時(shí)相同。

（2）水深沿程變化情況。水深沿程變化情況見(jiàn)表13。由表13可知，幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，防沖槽內(nèi)拋填任何混合粒徑的卵石工況下，同一斷面的水深與來(lái)水流量正相關(guān)。

就其沿程水深而言，在任何流量狀態(tài)下，其護(hù)坦段水深總是最小，最小水深總是發(fā)生在護(hù)坦的下游邊緣與消能防沖槽的上游邊緣交線重合處的0+037斷面。這與向防沖槽內(nèi)拋填任何均勻粒徑或無(wú)任何拋填物時(shí)相同。

由此可知，消能工幾何結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，防沖槽內(nèi)拋填或不拋填任何粒徑的卵石，都改變不了閘前至護(hù)坦末端的水深分布規(guī)律。

（3）流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面位置的關(guān)系。流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置見(jiàn)表14。由表14可知，在防沖槽內(nèi)拋填不同混合粒徑的卵石時(shí)，其防沖槽內(nèi)過(guò)水收縮斷面及水躍斷面的位置與來(lái)水流量關(guān)系為：來(lái)水流量越大，槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向下游。這一規(guī)律與拋填均勻卵石時(shí)相同。

（4）水流能量沿程變化情況。護(hù)坦沿程水流能量變化情況：護(hù)坦的上游斷面與護(hù)坦的下游斷面之間的高差h=1.50 m，水流能量變化具體情況見(jiàn)表15。由表15可知，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合粒徑的卵石時(shí)，無(wú)論組合粒徑如何變化，護(hù)坦末端的能量增量與來(lái)水流量正相關(guān);當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合1組或混合2組卵石時(shí)，護(hù)坦末端的能量增量占比與來(lái)水流量負(fù)相關(guān);當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合3組卵石時(shí)，護(hù)坦末端的能量增量占比與來(lái)水流量關(guān)系不明顯。

就能量增量占比而言，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合1組卵石時(shí)，能量增量占比在60%～83%之間;當(dāng)拋填混合2組卵石時(shí)，能量增量占比在63%～86%之間;當(dāng)拋填混合3組卵石時(shí)，能量增量占比在69%～78%之間。這說(shuō)明，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，任何來(lái)水流量都存在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的最佳混合粒徑組合，使其護(hù)坦末端水流能量增量最小。

防沖槽沿程水流能量變化情況：防沖槽的進(jìn)槽斷面與防沖槽的出槽斷面之間的高差h=0.34 m，能量變化具體情況見(jiàn)表16。由表16可知，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合粒徑卵石時(shí)，無(wú)論組合粒徑如何變化，其內(nèi)部消能效果及消能效果占比與來(lái)水流量正相關(guān)。

就消能占比而言，當(dāng)防沖槽內(nèi)拋填混合1組卵石時(shí)，消能占比在61%～75%之間;當(dāng)拋填混合2組卵石時(shí)，消能占比在54%～75%之間;當(dāng)拋填混合3組卵石時(shí)，消能占比在57%～76%之間。這說(shuō)明，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，任何來(lái)水流量下，防沖槽內(nèi)總會(huì)存在一個(gè)最佳消能占比，也就是說(shuō)，總會(huì)存在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的最佳混合粒徑組合，使防沖槽內(nèi)的消能效果最好。

3 結(jié) 論

通過(guò)物理模型試驗(yàn)對(duì)比防沖槽無(wú)拋石和拋填均勻粒徑與非均勻粒徑卵石試驗(yàn)成果，對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析得到幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工水流特性如下。

（1）消能工的沿程流速：當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)拋石或拋填任何均勻粒徑的卵石時(shí)，總會(huì)存在一個(gè)過(guò)水流量QX使閘前至護(hù)坦末端的沿程流速基本呈正態(tài)分布且流速與流量正相關(guān)。就消能工而言，無(wú)論來(lái)水流量如何變化，當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)拋石或拋填任何均勻粒徑的卵石時(shí)，消能工的沿程流速與過(guò)水流量正相關(guān)，但流速大小的分布規(guī)律不變。

（2）消能工的沿程水深：防沖槽內(nèi)無(wú)拋石或拋填任何均勻或混合粒徑的卵石時(shí)，在任何來(lái)水流量工況下，其護(hù)坦水深總是最小，最小水深總是發(fā)生在護(hù)坦的末端斷面，同一斷面的水深與其過(guò)水流量正相關(guān)。

（3）消能工過(guò)水流量與過(guò)水收縮斷面及水躍斷面位置的關(guān)系：無(wú)拋石時(shí)，過(guò)水流量越大槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向上游，水流量越小槽內(nèi)的收縮斷面與水躍斷面出現(xiàn)的位置越向下游;有拋石時(shí)，其位置關(guān)系的規(guī)律與無(wú)拋石時(shí)規(guī)律恰恰相反。

（4）護(hù)坦段水流能量沿程變化：當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，護(hù)坦段總是存在一個(gè)使護(hù)坦末端產(chǎn)生最小能量增量的過(guò)水流量，這個(gè)流量下的流速即最佳流速;當(dāng)防沖槽內(nèi)有拋填物時(shí)，任何過(guò)水流量都存在一個(gè)使護(hù)坦末端的能量增量最小的最佳粒徑組合。

（5）當(dāng)防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物時(shí)，防沖槽內(nèi)總是存在一個(gè)消能能力與消能占比相匹配的最佳消能過(guò)水流量。也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)不變的消能工，消能防沖槽內(nèi)無(wú)任何拋填物的工況下，其最佳消能能力是一個(gè)常數(shù);當(dāng)向防沖槽內(nèi)拋填卵石時(shí)，任何流量都存在一個(gè)使其防沖槽消能效果最好的最佳粒徑組合，這個(gè)粒徑下的流速就是對(duì)下游破壞力最小的安全流速。

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