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【摘 要】正确合理地选择消能方式是确保泄水建筑物安全经济的基本条件。消能的多少取决于水流机械能做功的情况，而做功的主要形式多表现为水流与边界相互作用由切应力形成的摩擦阻力和维持紊动水流中的漩涡运动，因此，消能防冲的核心问题是研究局部水力现象中的水流运动规律、水流特性及消能的机理。本文在大量相关资料及工程实际的基础上，对现阶段工程中常用的消能方式作出深刻的总结及剖析。
【关键词】挑流消能；面流消能；底流消能；流量
According to the current way of dissipater and its advantages and disadvantages
GaoYong-hui,Shun Ning
(ShangQiu science technology vocational college ShangQiu Henan 476000)
【Abstract】The correct reasonable choice away is to ensure that the water discharge can way buildings safe basic conditions of the economy. Depends on how much water flow away can do work and mechanical energy to do work more than the main form of the performance for the flow and boundary interaction shear stress formed by friction resistance and maintain turbulence flow the whirlpool of sports, therefore, can prevent rushed away to the core of the hydraulic phenomenon in locally flow movement rules, water flow characteristics and the mechanism of can disappear. This paper on a large amount of relevant data and on the basis of the engineering practice, the author in general engineering can make profound way away the summary and analysis.
【Key words】Pick flow away can;Surface flow away can;The flow away can;Flow
1. 前言
消能是水流在运动过程中因克服各种阻力做功，消耗了一部分机械能量，如动能或势能，使之转化为热能。机械能转化为热能后，通常将难以再被利用，也就是消耗掉了。消能的多少取决于水流机械能做功的情况［1］，对具有粘滞性的水流来说，做功的主要形式多表现为水流与边界相互作用由切应力形成的摩擦阻力和维持紊动水流中的漩涡运动。因此，消能防冲的核心问题是研究局部水力现象中的水流运动规律、水流特性及消能的机理。正确合理的选择消能方式是确保泄水建筑物安全经济的基本条件。
工程中常用的消能方式有挑流消能、面流（戽流）消能和底流消能。
2. 挑流消能
挑流消能即利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全，挑流消能在工程中易于布置，设计施工简便，投资和工程量节省，便于检修，出流流态不受下游水深的影响，对高、中水头工程都能较好的被采用，具有较好的灵活性和较强的适应性。因此，当下游水深较大，河床基岩坚硬，岩性完整时，可选用这种消能方式。挑流消能在岩基工程中已被广泛采用，并已成为高水头、大单宽流量泄水建筑物的有效消能方式。
挑流消能水舌直接坠落下游河床后，携带的巨大能量势必造成下游河床的冲刷。所以预测和控制冲刷，使下游冲刷不危及坝身安全和岸坡稳定，是挑流消能要解决的关键问题。挑流消能的其他缺点是水舌落点附近会形成强力雾化区，雾化严重的地点甚至暴雨成灾，易影响电厂工作条件及河道两岸交通，有些电站曾因雾化发生过高压开关短路和淹没厂房的事故。刘家峡、石门、白山等电站也曾出现过类似问题［2］。
3. 面流（包括戽流）消能
当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流于河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。由于衔接段中，高流速的主流位于表层，故称为面流（戽流）消能。面流和戽流消能方式对于中、低水头（下游尾水较深且水位变幅不大）的建筑物消能有较好的适应性。其中面流消能对排冰、飘木过坝具有良好性能。它比底流消能简单、经济。面流（戽流）消能工的工程量一般介于挑流与底流消能工之间，但对下游河床局部冲刷是几种消能工中最突出的。
面流（戽流）消能的主要问题是传送至下游的水流余能大，水面波动较剧烈，影响距离较远，造成岸坡冲刷，对航运不利。如石泉电站为戽流消能［3］，距县城千余米，泄洪使沿岸波浪很高，造成两岸严重的冲刷。富春江电站为面流消能［4］，泄洪时下游两岸也有冲刷问题，航运受到一定影响。此外，还有下游的漩滚带动砂石冲击磨损戽面和相邻边墙以及淘蚀基础等问题。如龚咀溢流坝的纯面流消能，在表面流速30m/s的情况下，底部产生很大范围的强烈漩滚，带动了砂石，使周围的漂木道的软弱基岩和厂房基础侧面混凝土发生严重的冲击磨损。石泉消力戽和西津面流消能，也有戽勺内磨损和淘蚀基础的问题。这些问题都是通过原型观测及时发现而得到处理的。
4. 底流消能
所谓底流消能，就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以达到消能的目的。从而使c-c断面的急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接形式由于高流速的主流在底部，故称为底流式消能。
底流消能是在坝址下游设消力池，使水流产生较理性的水跃衔接以消除大量的能量，保护下游免受冲刷，这是古老和重要的消能方式之一［5］。由于底流消能对地质条件要求较低，对尾水位变幅适应性较好具有消能机理清楚，消能率高，水流衔接良好，消能工安全，下游冲刷力低等优点，适用于高、中、低水头，大、中、小流量各种泄水建筑物。底流消能的水头越高，消能率越大，并有尾水衔接好、紊动波动小、流速分布均匀等优点。但在高速水流作用下，消力池中的辅助消能设施易发生空蚀，从而导致冲刷破坏。如前苏联东部的新西伯利亚溢流坝、美国的邦内维尔溢流坝、盐锅峡溢流坝、陆水溢流坝、拓林泄洪洞等下游消力池都是在趾墩和消力墩下游发生空蚀破坏［6］。经过原型观测和模型试验研究，改变设计方案，采取超空穴体形和掺气消能墩等计算措施后，得到初步解决。此外，在多少河流上，闸孔底板和下游消力池易遭泥沙磨损。泄水时闸门运用不当，消力池内产生局部回流，也易将下游泥沙卷入池内，造成严重磨损。
目前，底流消能工的设计已经达到了一个新的水平，我国已建工程中，以葛洲坝二江泄水闸的总泄流量及单宽流量最大，1981、1982年分别经受了洪峰流量71000m3/s、59300m3/s的考验，入池最大单宽流量达240m3/s，入池流速2540m3/s，消能效果良好。在已建安康电站工程，还在部分溢流坝上加设贴角式宽尾墩与消力池，与部分溢流坝的泄水中、底孔联合运行，以稳定水跃位置，缩短消力池长度。
5. 结论
各种消能方式均有利弊，在实际工程中，应根据具体情况选择合适的消能方式。
参考文献
［1］ 泄水建筑物下游的消能防冲问题，电力部东北勘测设计科学研究院，1991.5
［2］ 水力学专门教程（上下册），切尔托乌索夫著，沈清廉译，高等教育出版社，1960.9
［3］ 陈春庭，消能与防冲。见：水工设计手册，No，6，北京：水利出版社，1982
［4］ Rouse ，Hunter， Siao Tien To， and Bagaratnam， s ，Turbulence characteristics of the hydraulic jump. Transactions ，ASCE， Vol .124 ，Proc ，pp. 3006 ，1959
［5］ 高光星，西津水电站溢流坝下游消能与防冲，《泄水建筑物消能防冲论文集》，水力出版社，1980.6
［6］ 郭子中，消能防冲原理与水力设计，北京：科学出版社，1982
［文章编号］1006-7619（2011）09-05-893
［作者简介］ 高永辉（1983-），男，河南省扶沟县人，助教，商丘师范学院建筑与土木工程学院，从事力学方面研究。
孙宁,男，河南省太康县人，商丘师范学院建筑与土木工程学院教师，助教。
【关键词】挑流消能；面流消能；底流消能；流量
According to the current way of dissipater and its advantages and disadvantages
GaoYong-hui,Shun Ning
(ShangQiu science technology vocational college ShangQiu Henan 476000)
【Abstract】The correct reasonable choice away is to ensure that the water discharge can way buildings safe basic conditions of the economy. Depends on how much water flow away can do work and mechanical energy to do work more than the main form of the performance for the flow and boundary interaction shear stress formed by friction resistance and maintain turbulence flow the whirlpool of sports, therefore, can prevent rushed away to the core of the hydraulic phenomenon in locally flow movement rules, water flow characteristics and the mechanism of can disappear. This paper on a large amount of relevant data and on the basis of the engineering practice, the author in general engineering can make profound way away the summary and analysis.
【Key words】Pick flow away can;Surface flow away can;The flow away can;Flow
1. 前言
消能是水流在运动过程中因克服各种阻力做功，消耗了一部分机械能量，如动能或势能，使之转化为热能。机械能转化为热能后，通常将难以再被利用，也就是消耗掉了。消能的多少取决于水流机械能做功的情况［1］，对具有粘滞性的水流来说，做功的主要形式多表现为水流与边界相互作用由切应力形成的摩擦阻力和维持紊动水流中的漩涡运动。因此，消能防冲的核心问题是研究局部水力现象中的水流运动规律、水流特性及消能的机理。正确合理的选择消能方式是确保泄水建筑物安全经济的基本条件。
工程中常用的消能方式有挑流消能、面流（戽流）消能和底流消能。
2. 挑流消能
挑流消能即利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全，挑流消能在工程中易于布置，设计施工简便，投资和工程量节省，便于检修，出流流态不受下游水深的影响，对高、中水头工程都能较好的被采用，具有较好的灵活性和较强的适应性。因此，当下游水深较大，河床基岩坚硬，岩性完整时，可选用这种消能方式。挑流消能在岩基工程中已被广泛采用，并已成为高水头、大单宽流量泄水建筑物的有效消能方式。
挑流消能水舌直接坠落下游河床后，携带的巨大能量势必造成下游河床的冲刷。所以预测和控制冲刷，使下游冲刷不危及坝身安全和岸坡稳定，是挑流消能要解决的关键问题。挑流消能的其他缺点是水舌落点附近会形成强力雾化区，雾化严重的地点甚至暴雨成灾，易影响电厂工作条件及河道两岸交通，有些电站曾因雾化发生过高压开关短路和淹没厂房的事故。刘家峡、石门、白山等电站也曾出现过类似问题［2］。
3. 面流（包括戽流）消能
当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流于河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。由于衔接段中，高流速的主流位于表层，故称为面流（戽流）消能。面流和戽流消能方式对于中、低水头（下游尾水较深且水位变幅不大）的建筑物消能有较好的适应性。其中面流消能对排冰、飘木过坝具有良好性能。它比底流消能简单、经济。面流（戽流）消能工的工程量一般介于挑流与底流消能工之间，但对下游河床局部冲刷是几种消能工中最突出的。
面流（戽流）消能的主要问题是传送至下游的水流余能大，水面波动较剧烈，影响距离较远，造成岸坡冲刷，对航运不利。如石泉电站为戽流消能［3］，距县城千余米，泄洪使沿岸波浪很高，造成两岸严重的冲刷。富春江电站为面流消能［4］，泄洪时下游两岸也有冲刷问题，航运受到一定影响。此外，还有下游的漩滚带动砂石冲击磨损戽面和相邻边墙以及淘蚀基础等问题。如龚咀溢流坝的纯面流消能，在表面流速30m/s的情况下，底部产生很大范围的强烈漩滚，带动了砂石，使周围的漂木道的软弱基岩和厂房基础侧面混凝土发生严重的冲击磨损。石泉消力戽和西津面流消能，也有戽勺内磨损和淘蚀基础的问题。这些问题都是通过原型观测及时发现而得到处理的。
4. 底流消能
所谓底流消能，就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以达到消能的目的。从而使c-c断面的急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接形式由于高流速的主流在底部，故称为底流式消能。
底流消能是在坝址下游设消力池，使水流产生较理性的水跃衔接以消除大量的能量，保护下游免受冲刷，这是古老和重要的消能方式之一［5］。由于底流消能对地质条件要求较低，对尾水位变幅适应性较好具有消能机理清楚，消能率高，水流衔接良好，消能工安全，下游冲刷力低等优点，适用于高、中、低水头，大、中、小流量各种泄水建筑物。底流消能的水头越高，消能率越大，并有尾水衔接好、紊动波动小、流速分布均匀等优点。但在高速水流作用下，消力池中的辅助消能设施易发生空蚀，从而导致冲刷破坏。如前苏联东部的新西伯利亚溢流坝、美国的邦内维尔溢流坝、盐锅峡溢流坝、陆水溢流坝、拓林泄洪洞等下游消力池都是在趾墩和消力墩下游发生空蚀破坏［6］。经过原型观测和模型试验研究，改变设计方案，采取超空穴体形和掺气消能墩等计算措施后，得到初步解决。此外，在多少河流上，闸孔底板和下游消力池易遭泥沙磨损。泄水时闸门运用不当，消力池内产生局部回流，也易将下游泥沙卷入池内，造成严重磨损。
目前，底流消能工的设计已经达到了一个新的水平，我国已建工程中，以葛洲坝二江泄水闸的总泄流量及单宽流量最大，1981、1982年分别经受了洪峰流量71000m3/s、59300m3/s的考验，入池最大单宽流量达240m3/s，入池流速2540m3/s，消能效果良好。在已建安康电站工程，还在部分溢流坝上加设贴角式宽尾墩与消力池，与部分溢流坝的泄水中、底孔联合运行，以稳定水跃位置，缩短消力池长度。
5. 结论
各种消能方式均有利弊，在实际工程中，应根据具体情况选择合适的消能方式。
参考文献
［1］ 泄水建筑物下游的消能防冲问题，电力部东北勘测设计科学研究院，1991.5
［2］ 水力学专门教程（上下册），切尔托乌索夫著，沈清廉译，高等教育出版社，1960.9
［3］ 陈春庭，消能与防冲。见：水工设计手册，No，6，北京：水利出版社，1982
［4］ Rouse ，Hunter， Siao Tien To， and Bagaratnam， s ，Turbulence characteristics of the hydraulic jump. Transactions ，ASCE， Vol .124 ，Proc ，pp. 3006 ，1959
［5］ 高光星，西津水电站溢流坝下游消能与防冲，《泄水建筑物消能防冲论文集》，水力出版社，1980.6
［6］ 郭子中，消能防冲原理与水力设计，北京：科学出版社，1982
［文章编号］1006-7619（2011）09-05-893
［作者简介］ 高永辉（1983-），男，河南省扶沟县人，助教，商丘师范学院建筑与土木工程学院，从事力学方面研究。
孙宁,男，河南省太康县人，商丘师范学院建筑与土木工程学院教师，助教。