基于等效收縮斷面的漸擴(kuò)折坡消力池特性研究

詹 航，王 眺，萬(wàn)五一

(浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310058)

水利工程中，泄水建筑物通過(guò)宣泄水庫(kù)、河道、渠道、澇區(qū)超過(guò)調(diào)蓄或承受能力的洪水或澇水，以及為泄放水庫(kù)、渠道內(nèi)的存水來(lái)保障水利樞紐和水工建筑物安全運(yùn)轉(zhuǎn)、減免洪澇災(zāi)害，是水利樞紐工程安全運(yùn)行的重要保障[1]。泄水建筑物下泄的水流具有流速高、單寬流量大、斷面比能大、水流難以控制等特點(diǎn)，需要采取必要的消能措施加以分散和轉(zhuǎn)化下泄水流中的巨大動(dòng)能，以避免對(duì)下游河床產(chǎn)生沖刷破壞作用[2]。因此，合理地選擇泄水建筑物的消能方式，優(yōu)化消能設(shè)施的布置對(duì)保證工程的安全運(yùn)行具有重要意義。

泄水建筑物下游銜接與消能的形式多種多樣，目前常采用的基本形式主要有底流消能、挑流消能、面流消能3種[2]。底流消能具有適應(yīng)性強(qiáng)、泄洪霧化范圍小、入池流態(tài)穩(wěn)定、沖刷輕微等優(yōu)勢(shì)，在工程中得到廣泛應(yīng)用。然而，底流消能方式具有工程造價(jià)較高及可能存在較大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)兩方面問(wèn)題[3]，需要對(duì)其進(jìn)行合理的臨底水力學(xué)指標(biāo)測(cè)量和消能工體形設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生諸如空穴、摻氣、脈動(dòng)荷載、沖刷下游河床等現(xiàn)象[4-6]。

消力池為底流消能的主要消能工，其基本原理是通過(guò)修建消力池加大建筑物的下游水深，以保證形成淹沒(méi)程度不大的水躍，淹沒(méi)度一般取1.05～1.10較為適宜。當(dāng)尾水深度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，一般采用降低護(hù)坦高程、護(hù)坦末端設(shè)消力池或者既降低護(hù)坦高程又修建消力坎形成綜合式消力池等方式，有時(shí)還可以在護(hù)坦上增設(shè)消力墩等輔助消能工[7]。為了提高消力池的消能效果，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)底流消能工不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以更適應(yīng)工程實(shí)際需要，如跌坎底流消能工[8]、突擴(kuò)式消力池[9-10]、寬尾墩聯(lián)合消能工[11]、趾墩懸柵聯(lián)合消能工[12]等形式。但對(duì)于發(fā)生在壓力管道弧形閘門(mén)下游的漸擴(kuò)折坡式水躍特性還有待研究，漸擴(kuò)折坡式消力池也是底流消能工設(shè)計(jì)中的新體形，與傳統(tǒng)消力池相比具有適應(yīng)地質(zhì)條件和地形高度、能有效縮短消力池長(zhǎng)度、消能效率高、不易影響周邊環(huán)境、保護(hù)下游邊坡等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于消力池內(nèi)水躍的研究，可以分為平底式水躍和斜坡式水躍兩大類(lèi)[13]。平底式水躍指發(fā)生在下游為棱柱體水平明渠中的傳統(tǒng)水躍，躍前斷面和躍后斷面均位于等寬同底的平坡段，目前研究比較成熟，水躍的研究均以此為基礎(chǔ)。斜坡水躍是在斜坡段和水平段渠道銜接組成的消力池中發(fā)生的水躍，躍前斷面位于斜坡段上，躍后斷面位于平坡段上。漸擴(kuò)折坡式消力池發(fā)生的是斜坡式水躍，由于具有對(duì)地形適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中。王瑞彭[14]提出折坡水躍的水力計(jì)算方法，為b型臨界斜坡水躍及c型折坡水躍計(jì)算提供重要參考；Carollo等[15]提出了b型水躍的經(jīng)驗(yàn)公式，建立了躍前斷面深度與位置、上游弗勞德數(shù)和河道坡度的關(guān)系；彭誠(chéng)等[16]將等寬式消力池修改為完全漸擴(kuò)式折坡消力池，明顯改善了流態(tài)流速分布不均、水躍不穩(wěn)定等問(wèn)題，提高了消力池消能效率；王冰潔等[17]提出了折坡擴(kuò)散消力池共軛水深計(jì)算公式及水躍長(zhǎng)度和消能率規(guī)律分析。以上關(guān)于漸擴(kuò)折坡式消力池的研究對(duì)于堰后形成的水躍計(jì)算和消力池設(shè)計(jì)具有重要參考作用，但關(guān)于有壓弧形閘門(mén)出流情況下的漸擴(kuò)折坡式水躍消能的研究相對(duì)較少。當(dāng)上游泄水方式為孔流時(shí)，由于水閘出流相比堰后水流具有更復(fù)雜的水流條件，對(duì)閘下游流態(tài)和水躍影響更大，更加難以確定水躍起始斷面位置和深度，相關(guān)的躍前斷面弗勞德數(shù)、消能率等水力特性參數(shù)也難以確定。為了確定具有不穩(wěn)定收縮斷面特性的閘后漸擴(kuò)折坡式消力池工程相關(guān)水力特性參數(shù)，本文通過(guò)物理模型試驗(yàn)，對(duì)閘后漸擴(kuò)折坡式消力池中發(fā)生的水躍進(jìn)行水力特性研究，并提出等效收縮斷面計(jì)算公式，確定躍前躍后共軛水深，對(duì)漸擴(kuò)折坡式消力池的體形設(shè)計(jì)和水力特性研究具有重要的參考價(jià)值。

1 水躍消能基本原理

1.1 堰后傳統(tǒng)水躍消能原理

水流從溢流壩頂下泄至綜合式消力池內(nèi)水躍示意見(jiàn)圖1，水躍發(fā)生在消能池內(nèi)。離開(kāi)消力池的水流，由于消能坎的豎向收縮，過(guò)水面積減小，水面產(chǎn)生跌落，坎后水流特性與淹沒(méi)寬頂堰相同。本節(jié)主要針對(duì)坎前水躍進(jìn)行研究。

圖1 溢流壩頂下泄至綜合式消力池內(nèi)水躍示意

圖1中壩趾處c1-c1斷面的流速最大，水深最小，稱(chēng)為收縮斷面，在平底板水躍中，該斷面即為水躍的起始斷面，以通過(guò)收縮斷面底部的水平面為基準(zhǔn)面，可以列出上游斷面0-0及收縮斷面c1-c1的能量方程式，即

(1)

對(duì)于產(chǎn)生于棱柱體水平明渠的自由水躍，對(duì)水躍的躍前斷面和躍后斷面應(yīng)用能量方程即可得出水躍段的水頭損失計(jì)算公式為

(2)

式中，Ej為水躍段水頭損失；αc1及α2分別為躍前及躍后斷面處的水流動(dòng)能修正系數(shù)；vc1及v2分別為躍前及躍后斷面處的平均流速；h2為躍后水深。由于躍前斷面處的水流可視為漸變流，可令αc1=1。而躍后斷面處的流速分布很不均勻和紊流強(qiáng)度大，所以α2一般較1大得較多，可用下式計(jì)算

(3)

定義水躍消能效率計(jì)算方法為消力池內(nèi)總水頭損失與躍前斷面比能之比，計(jì)算公式為

(4)

式中，Kj為水躍消能系數(shù)；Ec1為躍前斷面比能。Kj越大則水躍消能效率越高。由于消能坎對(duì)消力池內(nèi)水躍的反向作用減小了水躍長(zhǎng)度，故消力池中水躍長(zhǎng)度為平底渠道中自由水躍長(zhǎng)度的70%～80%，本文取75%進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[2]，發(fā)生在消力池中的水躍躍長(zhǎng)為

Lj=0.75×10.8hc1(Frc1-1)0.93

(5)

式中，Lj為消力池中的水躍躍長(zhǎng)。

1.2 基于等效收縮斷面水躍特性分析

對(duì)于弧形閘門(mén)后的漸擴(kuò)折坡式消力池工程，由于出閘水流流速高，閘后水流條件復(fù)雜，水流較難在短距離內(nèi)擴(kuò)散到正槽平坡段。若加長(zhǎng)漸擴(kuò)折坡段長(zhǎng)度，可能導(dǎo)致消力池長(zhǎng)度延長(zhǎng)，也可能會(huì)在正槽段兩側(cè)形成較為明顯的水翅現(xiàn)象。因此，本文擬通過(guò)使水躍提前發(fā)生在漸擴(kuò)折坡段上的方案，達(dá)到有效減小消力池長(zhǎng)度的目的。但對(duì)于發(fā)生在漸擴(kuò)折坡段上的水躍，無(wú)法準(zhǔn)確定位收縮斷面位置，傳統(tǒng)水躍消能原理不再適用于閘后漸擴(kuò)折坡消力池工程。

為了分析弧形閘門(mén)后的漸擴(kuò)折坡式消力池中的水躍特性，本文提出了等效收縮斷面概念，將該體形消力池工程視為正槽平坡式傳統(tǒng)消力池，由已知的躍后斷面水力參數(shù)，計(jì)算該水躍若發(fā)生在堰后棱柱體水平明渠中的等效收縮斷面，并將其作為躍前斷面參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的水力特性研究。

水流從弧形閘門(mén)下泄至漸擴(kuò)折坡式消力池內(nèi)的水躍示意如圖2所示。以消力池平坡段底部的水平面為基準(zhǔn)面，閘門(mén)出口斷面(0-0斷面)的能量方程為

圖2 閘后漸擴(kuò)折坡式消力池內(nèi)水躍示意

(6)

式中，E0為該基準(zhǔn)面下的閘前水流總比能；h0為管道斷面中心與基準(zhǔn)面的高差即閘前管道水頭；α0為閘前水流動(dòng)能修正系數(shù)；v0為閘前管道內(nèi)斷面平均流速。

對(duì)于產(chǎn)生于棱柱體水平明渠的自由水躍，設(shè)躍前、躍后斷面水深分別為h1、h2，則有

(7)

定義等效收縮斷面ec1-ec1，等效收縮斷面水深為hec1，等效于發(fā)生在堰后棱柱體水平明渠中的水躍，則此時(shí)收縮斷面與躍前斷面重合，由已知躍后水深h2，可以得到

(8)

躍后斷面處的等效水流動(dòng)能修正系數(shù)為

(9)

(10)

定義水躍消能效率計(jì)算方法為消力池內(nèi)總水頭損失與閘門(mén)出口斷面比能之比，計(jì)算公式為

(11)

式中，Kej為等效水躍消能系數(shù)，Kej越大則水躍消能效率越高。結(jié)合平底渠道自由水躍公式，則該種形式消力池的等效水躍躍長(zhǎng)為

Lej=0.75×10.8hec1(Frec1-1)0.93

(12)

2 物理模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 消力池模型組成及布置

本研究根據(jù)試驗(yàn)需求、試驗(yàn)場(chǎng)地和供水能力建立物理模型如圖3所示，模型尺寸為9.0 m×1.0 m×0.8 m(長(zhǎng)×寬×高)，根據(jù)模型材料的糙率要求，選擇有機(jī)玻璃作為模型材料，也便于試驗(yàn)觀察和測(cè)量。

圖3 物理模型試驗(yàn)組成及布置

試驗(yàn)平臺(tái)由進(jìn)口段、漸擴(kuò)折坡段、正槽平坡段、可調(diào)節(jié)消能坎、無(wú)壓箱函加固段等組成，其中消能坎可改變高度和位置，便于試驗(yàn)調(diào)整分析。模型采用整體正態(tài)模擬，考慮到重力對(duì)消力池中水流起主導(dǎo)作用，采用重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，相似比尺如表1所示。根據(jù)模型材料的糙率要求，選擇有機(jī)玻璃作為模型材料，也便于試驗(yàn)觀察和測(cè)量。

表1 模型比尺計(jì)算

2.2 物理模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該工程上游泄放水流經(jīng)過(guò)隧洞、管道、弧形閘門(mén)等最后進(jìn)入消力池段形成水躍，弧形閘門(mén)入口流量為181 m3/s，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4種消力池，布置方式如圖4所示。4種方案具體參數(shù)如下：①平底段水躍消力池。消力池折坡擴(kuò)散段長(zhǎng)18.8 m，擴(kuò)散角度12°，折坡擴(kuò)散段上游底部高程85.2 m，起始端寬度2.64 m；消力池正槽平坡段長(zhǎng)42.4 m，寬10.3 m，消力池底高程82.8 m；消能坎頂部高程87.7 m；無(wú)壓箱涵段底板高程85.2 m。②漸擴(kuò)段水躍消力池1。消力池折坡擴(kuò)散段長(zhǎng)36 m，擴(kuò)散角度7°，折坡擴(kuò)散段上游底部高程86.6 m，起始端寬2.64 m；消力池正槽平坡段長(zhǎng)39.6 m，寬12 m，消力池底高程81.6 m；消能坎頂部高程88.6 m；無(wú)壓箱涵加固段底板高程86.4 m。③漸擴(kuò)段水躍消力池2。在方案②的基礎(chǔ)上將消能坎高度下降1m，其他不變。④漸擴(kuò)段水躍消力池3。在方案②的基礎(chǔ)上將消能坎高度下降1.9 m，其他不變。

圖4 不同方案模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)示意

2.3 測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)采集

為了對(duì)消力池水流分布和銜接特性、流速和壓力分布情況、消力池的擴(kuò)散和消能效果進(jìn)行分析和評(píng)估，在消力池上布置了水位、流速和壓力測(cè)點(diǎn)如圖5所示。試驗(yàn)流量測(cè)定采用超聲波流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)流流量，壓力測(cè)定采用坐標(biāo)板測(cè)壓排進(jìn)行測(cè)試，脈動(dòng)壓力采用高精度數(shù)字壓力傳感器記錄壓力變化過(guò)程，水位測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)水位測(cè)針，流速測(cè)定采用畢托管。

圖5 消力池控制斷面及測(cè)點(diǎn)布置情況

3 消力池水力特性?xún)?yōu)化與分析

3.1 消力池消能效果優(yōu)化

試驗(yàn)通過(guò)水躍消能基本原理和試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立基于等效收縮斷面的漸擴(kuò)折坡式消力池消能率評(píng)價(jià)方法，對(duì)比了平底段水躍消力池和漸擴(kuò)折坡段水躍消力池的消能效果，并對(duì)消能坎高度對(duì)漸擴(kuò)折坡式消力池的消能率影響做了具體計(jì)算分析。

3.1.1 平底段水躍消力池消能效果

平底段水躍消力池的試驗(yàn)觀測(cè)情況見(jiàn)圖6。從圖6可以看出，該體形消力池流態(tài)不理想，漸擴(kuò)折坡段上水流未得到充分?jǐn)U散，正槽平坡段中水躍消能不充分。在正槽平坡段中由于未擴(kuò)散的高速水流作用在兩側(cè)壁面，向上濺射形成了最大高度約5.4 m的水翅。而且由于消力池有效長(zhǎng)度縮短，消力池段中的水流強(qiáng)紊動(dòng)翻滾區(qū)集中在正槽平坡后半段，無(wú)法在池內(nèi)形成穩(wěn)定的躍后斷面和躍后水深，水流強(qiáng)烈沖擊消能坎，消能坎水流紊動(dòng)摻混劇烈，可能會(huì)導(dǎo)致坎上水流觸頂。

圖6 平底段水躍消力池流態(tài)

平底段水躍消力池中發(fā)生的水躍，可視為傳統(tǒng)型水躍，根據(jù)堰后傳統(tǒng)水躍消能原理公式，可以計(jì)算得到該體形在理想狀態(tài)下，收縮斷面水深0.686 m，躍后斷面水深為9.252 m，此時(shí)消能率可達(dá)72%。但試驗(yàn)時(shí)躍后斷面水深無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)，導(dǎo)致躍前斷面水深增加，水躍發(fā)生的起始斷面向消力池后方移動(dòng)，消力池有效長(zhǎng)度縮短，水躍無(wú)法在消力池內(nèi)充分完成，實(shí)際消能率遠(yuǎn)低于72%。

3.1.2 基于等價(jià)收縮斷面的漸擴(kuò)折坡段水躍消力池消能效果分析

通過(guò)修改消力池體形，將水躍發(fā)生位置提前至漸擴(kuò)折坡段上，漸擴(kuò)段水躍消力池的流態(tài)觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 漸擴(kuò)段水躍消力池流態(tài)

從圖7可以看出，消力池全段均呈現(xiàn)水流強(qiáng)紊動(dòng)翻滾，水流在折坡擴(kuò)散段得到了充分?jǐn)U散，在折坡擴(kuò)散段上形成了淹沒(méi)式水躍，無(wú)明顯水翅現(xiàn)象發(fā)生，水躍發(fā)生位置較好地控制在消力池內(nèi)，整體消能效果良好。但對(duì)于不同消能坎高度的消力池體形而言，流態(tài)觀測(cè)結(jié)果近似，無(wú)法直接從流態(tài)判斷其消能效果，而且由于水閘出口流速大，閘下游流態(tài)受水躍影響較大，收縮斷面的位置和深度在試驗(yàn)過(guò)程中難以確定和測(cè)量，采用傳統(tǒng)水躍消能原理無(wú)法計(jì)算消能率。

本文提出閘后漸擴(kuò)折坡水躍消能公式，根據(jù)式(8)，利用實(shí)測(cè)躍后水深計(jì)算得到等效收縮斷面hec1和等效躍前斷面弗勞德數(shù)Frec1，由式(9)計(jì)算躍后斷面等效水流動(dòng)能修正系數(shù)αe2，由式(11)可得消力池綜合消能效率Kej，由式(12)得到等效水躍躍長(zhǎng)。3個(gè)不同消能坎高度的漸擴(kuò)折坡段水躍消力池消能效果如表2所示，與平底段水躍消力池相比，消能率均有較大提升。該計(jì)算結(jié)果表明，可以采用等效收縮斷面方法評(píng)估消力池消能效率，漸擴(kuò)段水躍消力池2的消能效率最好，同時(shí)說(shuō)明，消能坎高度影響坎后水深和坎前水深，并不是一味加高或降低就可以提高消能效率，在實(shí)際工程中可以利用該公式計(jì)算尋找到最佳的消能坎高度。

表2 漸擴(kuò)折坡段水躍消力池消能效果比較

3.2 漸擴(kuò)折坡式消力池水力特性?xún)?yōu)化分析

試驗(yàn)將優(yōu)選之后的漸擴(kuò)折坡段消力池水躍與平底段消力池水躍的水面線(xiàn)、臨底流速、壓力分布與空蝕空化特性等進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行分析。

3.2.1 消力池水面線(xiàn)與臨底流速分析

消力池沿程水面線(xiàn)分布情況對(duì)比如圖8所示。

圖8 沿程水面線(xiàn)分布情況對(duì)比

從圖8可以看出，平底段消力池發(fā)生的是傳統(tǒng)水躍，躍前斷面位于正槽平坡段上，但消力池長(zhǎng)度較短，水躍未充分完成，導(dǎo)致坎上水位較高，有觸頂風(fēng)險(xiǎn)。漸擴(kuò)折坡段消力池發(fā)生的是斜坡式水躍，躍前斷面位于漸擴(kuò)折坡段上，躍后斷面位于正槽平坡段上，消能坎上水面線(xiàn)低于平底段消力池，無(wú)觸頂風(fēng)險(xiǎn)，整體水面線(xiàn)相比平底式消力池更平穩(wěn)。

圖9 沿程相對(duì)臨底流速分布對(duì)比

從圖9可以看出，平底段消力池中，正槽平坡段前半段為向下游推進(jìn)的水舌產(chǎn)生的急流，相對(duì)臨底流速較高。在流動(dòng)過(guò)程中，由于摩擦損失消耗部分動(dòng)能，流速逐漸減小，從斷面0+570.977開(kāi)始往后流速減小迅速，是由于在該位置附近發(fā)生水躍，消耗了較多動(dòng)能。漸擴(kuò)折坡段消力池的沿程相對(duì)臨底流速相比平底段消力池普遍更低，折坡擴(kuò)散段上臨底流速呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是由于折坡擴(kuò)散段靠上游位置處水舌還未完全觸底，底部為摻氣水流，導(dǎo)致臨底流速較小，后隨著水舌觸底和位置勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，擴(kuò)散段上臨底流速增加到最大值，后又由于水躍導(dǎo)致動(dòng)能不斷消耗，臨底流速開(kāi)始逐漸減小，綜合來(lái)看漸擴(kuò)折坡段消力池臨底流速更加偏安全。

3.2.2 消力池壓力分布與空蝕空化特性分析

本試驗(yàn)采用瞬時(shí)壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)差作為平均脈動(dòng)壓強(qiáng)振幅，取概率P=99%的脈動(dòng)壓強(qiáng)振幅作為最大振幅，結(jié)果如圖10所示。平底段水躍消力池最大振幅呈現(xiàn)先增大、后減小的特點(diǎn)，波動(dòng)幅值較大位置在樁號(hào)0+570.977～0+582.976 8之間，處于消力池正槽平坡后半段。折坡段水躍消力池最大振幅較大處提前至漸擴(kuò)折坡段上。

圖10 沿程底板最大脈動(dòng)壓強(qiáng)振幅分布對(duì)比

研究空蝕空化產(chǎn)生的條件時(shí)，通常采用空化數(shù)K值來(lái)判斷，空化數(shù)越大，產(chǎn)生空化的可能性越小，水流空化數(shù)的計(jì)算公式如下

(13)

式中，K為空化數(shù)；p為水流未受到邊界局部變化影響的絕對(duì)壓強(qiáng)；pV為蒸汽壓強(qiáng)；ρ為水的密度；v為平均流速。根據(jù)本試驗(yàn)的位置和氣候特征，按水溫為20 ℃考慮，蒸汽壓強(qiáng)pV=2 332.4 Pa，pV/ρg=0.238 m。

根據(jù)式(13)得到的消力池沿程最小空化數(shù)對(duì)比情況如圖11所示。空化數(shù)越小表示越容易發(fā)生空蝕破壞，從圖11可知，越靠近上游越容易發(fā)生空蝕破壞，這是由于閘后出口水流流速較大、壓強(qiáng)較小。泄水建筑物中溢洪道水流最小空化數(shù)小于0.3的部位應(yīng)采取防空蝕措施，對(duì)比溢洪道的判別標(biāo)準(zhǔn)，從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，漸擴(kuò)折坡段消力池容易發(fā)生空蝕破壞的區(qū)域較平底段消力池小，空蝕空化風(fēng)險(xiǎn)較平底段消力池小。

圖11 沿程最小空化數(shù)計(jì)算對(duì)比

4 結(jié) 論

考慮到閘后漸擴(kuò)折坡式消力池具有不穩(wěn)定收縮斷面特性，其躍前斷面水力參數(shù)難以確定，基于漸擴(kuò)折坡水躍消能規(guī)律及共軛水深原理，本文提出基于等效收縮斷面的消力池消能率評(píng)價(jià)方法，根據(jù)漸擴(kuò)折坡式消力池躍后斷面水深計(jì)算出等效收縮斷面水深和等效水流動(dòng)能修正系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算消力池的消能率，為工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。

本文通過(guò)物理模型試驗(yàn)，結(jié)合基于等效收縮斷面的消力池消能率評(píng)價(jià)方法的運(yùn)用，對(duì)比了平底段水躍消力池和漸擴(kuò)折坡段水躍消力池的消能效果。結(jié)果表明，讓水躍起始斷面提前至折坡擴(kuò)散段發(fā)生，可以提高消力池整體消能效果，再通過(guò)微調(diào)消能坎高度，消力池消能率可達(dá)到75.31%，對(duì)工程實(shí)際具有參考意義。

研究表明，對(duì)于發(fā)生在等寬平底渠道中的水躍，由于閘后水流流速高，如果在折坡擴(kuò)散段無(wú)法充分?jǐn)U散，容易在平坡段兩側(cè)壁面處形成水翅，同時(shí)縮短消力池有效長(zhǎng)度，增加坎上水流紊動(dòng)，增加消力池底板空蝕空化風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)生在漸擴(kuò)折坡段的水躍，水流擴(kuò)散充分，水躍發(fā)生位置能夠控制在消能池內(nèi)，整體消能效果良好，消力池底板不易發(fā)生空蝕空化破壞。

在試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，漸擴(kuò)折坡式消力池內(nèi)水流流態(tài)得到明顯改善，但水流出池后在消能坎后方的二次水躍發(fā)生位置和穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步研究。