【摘 要】
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消力池尾槛可以起到改变消力池中水跃发生位置、缩短消力池长度、调节水流流态等作用。目前针对尾槛的形状已有很多研究,如矩形、梯形、三角形等实体尾槛,虽然形状对消能效率有一定改善,但不能解决其表面易发生空蚀破坏的问题;同时,实体尾槛会产生较大水面壅高,也阻碍了水体交换而导致水质变差。党的十八大以来,国家明确提出“要把生态文明理念融入到水利规划、建设、管理的各环节中去”,对消力池尾槛型式进行研究,是落实科
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消力池尾槛可以起到改变消力池中水跃发生位置、缩短消力池长度、调节水流流态等作用。目前针对尾槛的形状已有很多研究,如矩形、梯形、三角形等实体尾槛,虽然形状对消能效率有一定改善,但不能解决其表面易发生空蚀破坏的问题;同时,实体尾槛会产生较大水面壅高,也阻碍了水体交换而导致水质变差。党的十八大以来,国家明确提出“要把生态文明理念融入到水利规划、建设、管理的各环节中去”,对消力池尾槛型式进行研究,是落实科学发展观理念,推进水生态文明建设的具体体现。本研究针对我国北方低弗劳德数中小型河流中的消能问题,提出了一种新型的尾槛型式,即桩柱式尾槛。桩柱群起到壅水作用的同时,增加了桩柱群内水流的紊动特性,能够保持较好的消能效果。桩柱式尾槛能够在发挥传统尾槛作用的基础上,解决池内与出池水流衔接问题,可在实现传统水利兴利除害功能的基础上起到改善河道生态环境的作用。本研究采用理论分析、水工模型试验和统计分析相结合的方法。通过改变桩柱的高度、直径、间距及桩柱的排数、排列位置等参数,设计了22种不同的方案（共计115个组次）,并开展了与实体尾槛的对比试验。通过进行不同流量下的模型试验研究了桩柱式尾槛参数对消力池的沿程水力特性、水跃特性和消能效果的影响,主要研究结论如下:（1）通过对桩柱式尾槛消力池的沿程水力特性研究发现:桩柱高度、排数和间距要素对水力特性的影响较大。在本试验参数的取值范围内,桩柱的高度越高、排数越多、间距越小,桩柱的壅水作用越大、水跃类型越不易受流量变化的影响,水位差越小,水流分布越均匀。（2）通过对桩柱式尾槛消力池的水跃特性研究发现:水跃起始断面位置随流量的增大而后移,水跃长度减小,跃后水深和跃高增大;桩柱高度、排数、直径和间距要素对水跃特性影响较大,随着桩柱高度的增加、排数的增多以及直径和间距的减小,水跃发生位置提前,水跃长度变长,跃后水深和跃高降低;桩柱布置位置对水跃特性的影响相对较小,布置位置越靠前的桩柱水跃起点略靠前,水跃长度变长,跃高和跃后水深略降低。（3）通过对桩柱式尾槛消力池的消能效果研究发现:消力池和桩柱区的消能率均随流量的增大而降低。高度和间距要素改变对消力池的消能率影响一致,采用较小流量时,桩柱高度越低、间距越大,消能率越高;随着流量的增加,桩柱较高和间距较小的消力池消能率先降低后增加;排数越多,消力池和桩柱区的消能率越高;桩柱布置位置不同时,不同流量下消力池的消能率相差不大,但尾槛布置靠前时,桩柱区消能率明显提高。（4）采用多元回归方法推导了基于跃前和跃后水深、水跃长度等参数的桩柱式尾槛消力池共轭水深公式和水跃长度计算公式,以及考虑横向、纵向阻力影响系数的桩柱阻力计算公式,可供工程设计参考。
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