柔性护坦与孔口及筛网结合消能功在拦河闸的应用
田春玲，张丽伟
【摘 要】[摘 要]文章介绍了柔性护坦与孔口及筛网结合消能功在长春曙光拦河闸的应用，并在此基础上通过计算分析得出：该结构可缩短池长及消除波浪，结构安全，造价低，实践中具有可行性。[关键词]消能功；应用；分析计算 【期刊名称】东北水利水电 【年(卷),期】2010(028)004 【总页数】2
【关键词】消能功;应用;分析计算
消能功在水利工程中是一项必不可少的建筑物，其效果和投资也比较显著。因此在工程上采用新技术、新结构、新材料和新工艺，以较少的投资，获得较大的经济效益和社会效益，已成为设计者首要考虑的课题。尤其是因消能不充分导致工程破坏占已破坏工程量的61%左右。因此采用一种新型的消能功，不仅可以提高消能率，而且可以节省工程费用。长春市净月乡曙光拦河闸就是利用了一种新型消能功—柔性护坦与孔口及筛网相结合，取得了较好的效果。
1 消能功型式
柔性护坦与孔口及筛网相结合，使水流发生了剧烈的掺气、扩散、内外摩擦和冲击而消耗大部分能量。曙光拦河坝的结构为堤顶溢流的滚水坝，溢流坝面采用柔性护坦—楔形块护砌、坝体填料为透水料，这不仅适应基础冻胀和不均匀深陷引起的变形，而且还因自然形成的多级梯形有利于底部消能，减少冲刷。在靠近左岸9.0m处设一泄水孔，泄水孔出口采用筛网消能功，使高速水流流经筛网，降低了出口水流流速，缩短池长，使主流不直接接触河床，达到了消
能的目的。
曙光滚水坝坝顶高程根据上游灌溉用水要求确定为97.5m，设计最大流量为50m3/s，相应的上游水位为98.845m，挑角θ=0°，坝长20m，坝坡1∶5。河床面高程为94.0m，坝高3.5m。泄水孔截面尺寸为1.5×1.0m2。进口底高程为95.853m。筛网为多孔的钢筋混凝土结构，与泄水孔形成刚性整体结构。护砌出口段长8.40m，如采用底流消力池，池长15m，海漫段长20m。经比较可节省工程量64%。
坝后消能采用面流消能。柔性护坦与孔口及筛网消能功相结合，水流流态非常复杂，从水流流态观察，水流分成3股，自左右溢流坝面溢流和泄水孔出流，经筛网消能功水股混掺、碰撞，水流通过筛网与池内水垫对冲而后扩散，平稳地出池，未见回流及不利液态。从运行上看，其防护段未见冲刷迹象。
2 面流消能计算
根据该工程要求，滚水坝上游水位在97.75～98.845m（相应流量为 5.25～50m3/s）间变化时均发生面流衔接。 2.1 坝长的确定
坝长按平槽泄量50m3/s，来确定：
式中 Q—拦河坝泄流量，50m3/s；σs—淹没系数，0.931；m—流量系数，0.367；H—堰上水头，1.345。 2.2 坎高a的确定
（1）在各级流量下最小坎台高度
式中 Fr1—坎上弗劳德数；v—坎上流速；h1—坎上水深；η—η=-0.4θ+8.4，θ为挑角，取 θ=0°。
（2）形成自由面流的界限坎高
式中hokp—临界水头增值，可按下式计算；h1—坎上水深；ht—下游水深； 其中 α1，αt为动量修正系数，取 1.0；t2=a+h1，a为坎高。 （3）形成淹没面流的界限坎高
式中符号意义同前，但在计算a4时A值中t2=a＋hokp。 经计算求得：a1=0.625m、a4=0.8m。
按淹没面流区间设计，应满足：amin＜a≤0.95a4，即 0.52＜a≤0.95×0.8=0.76选取 a=0.55m。 2.3 液态复核
当按淹没面流区间设计时应满足：
式中 ht4—第四临界流态（产生淹没面流）时临界水深值；h″
t5—第五临界流态（产生回复底流）时界限水深；hk—临界水深；a—坎高，0.55m；p—坝高，3.5m。
经计算各级流量下计算结果均满足要求。
3 结语
（1）柔性护坦与孔口及筛网相结合，使水流在离开建筑物时，已发生剧烈的掺气、扩散、内外摩擦和冲击，而消耗大部分能量，因而可缩短池长及消除波浪，节省工程费用，且结构安全可行。
（2）孔口及筛网作为辅助消能功，尚未有确切的计算理论，因此理论上还需要进一步完善。 [参 考 文 献]
[1]李炜.水力计算手册[S].北京:中国水利水电出版社.
柔性护坦与孔口及筛网结合消能功在拦河闸的应用
