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[摘 要]本文首先分析了溢洪道工程消力池计算方法和两岸建筑物防护措施。水库溢洪道设计计算比较重要的是消力池的掺气水深计算。本文在此提出了自己的一些观点和看法。
[关键词]消力池； 掺气水深； 防护措施；
中图分类号：TV653.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0001-01
一、前言
消力池是消能工中常见的，其深度的确定是消力池重要的内容，在消力池设计的时候我们要根据下游的水深对消力池的深度进行设计。
二、泄水建筑物的消能形式
1、底流式消能
当水流从急流向缓流过渡时，产生水跃，产生的表面旋滚和强烈的紊动消除大量的余能，使速度急剧下降，与下游水流能良好的衔接，由于余流在底部，故称之为底流式衔接消能。
2、挑流式消能
利用建筑物末端的跃坎，利用高进下泄水流的动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与下游水流衔接。消能分为3个部分，坝面摩擦—空中扩散—水垫。
3、面流式消能
利用建筑物末端的挡坎，将上游高速水流送入下游河道的水流表层，坎后形成尺度很大的底部漩滚，将主流与河床隔开。
4、消力池消能
为了改善底流式消能的水流衔接形式，可采取人工措施，通过增加下游水深，使之形成稍有淹没的淹没水跃，从而达到缩短护坦的长度，在较短距离内消除余能的目的。这种消能措施称为消力池（或消能池）。人工形成消力池的工程措施，根据泄水建筑物下游地基情况，可以有以下3种基本方式：
挖深式消力池：降低护坦高程形成消力池，使池内水深大于h″c，产生淹没水跃；坎式消力池：在护坦末端加筑消能坎形成消力池，使坎前水深大于h″c，产生淹没水跃；
综合消力池：采用既较低护坦高程又修建消能坎的综合消力池，使池内水深大于h″c，产生淹没水跃。
三、挖深式消力池的设计主要是确定池深和池长
目前对池深的计算有传统计算方法和简化计算方法，其中传统计算方法成熟、可靠，但试算过程繁冗、工作量大；简化计算方法也称为图表解法，其根据某种函数关系事先制成图表供计算时查用，图表解法也有一个试算过程，只不过将试算变成了查表。正是由于挖深式消力池深度的计算过程比较繁琐，所以人们一直在寻求更为简单的计算方法。
《水闸设计规范》（SL265-2001）推荐的消力池深度计算公式（简称消能公式）为：
当该闸闸前水位高于正常蓄水深度4m时，水閘将开启部分或全部闸门泄流。依据闸门的运行管理规则，分别复核计算中间1孔开启0.5m，两边孔关闭；3孔均开启0.5m；中间1孔开启1.0m，两边孔对称开启0.5m；3孔均开启1.0m；中间1孔开启1.5m，两边孔对称开启1.0m；3孔均开启1.5m……以此类推情况下的消能计算。
1、泄量～下游水深关系
假定上游水位不变，根据平底闸闸孔泄流量公式计算闸门开启不同孔数及每扇闸门不同开度时的过流能力。通过试算可得到不同闸门开度的泄量～下游水深关系。
2、综合消能计算
建有趾墩、 消能墩的综合式消力池计算成果如图 1所示，无趾墩、消能墩的消力池计算成果如图2所示。
以3孔全开，闸门开度为0.5m为例计算如下。综合式消力池的计算有试算法和迭代法，本次计算采用试算法，假定消力池深S=0.34m，通过EX-CEL表格试算得出。上下游地面差d=1.2m上游河道水深H=4m，上游河道流速v0=0.35m/s，T0=5.546m。取式φ=0.85，动能修正系数α取为1.0，试算得出hc=0.383m，根据关于趾墩的相关假定，趾墩的高、宽及间距均等于未修建趾墩时的收缩水深。修建趾墩后可使收缩断面水深hc增加为hc1，进行试算，得出修建趾墩后的收缩水深hc1=0.452m。修建消能墩可增加消能效率，降低跃后水深，故考虑消能墩后的跃后水深hf″=1.75m。可求得c=0.25m。为安全起见，将坎高较计算值稍低一些，使坎后形成稍有淹没式水跃，故坎高取0.2m；消力池深度为0.34m，与假设消力池深度值一致。
四、分析
某排水闸孔口尺寸5.5m，闸前设计水深6.4m，消力池为矩形断面，水平段宽7.5m，消力池后有约50m长的泄水渠与主河道连接，河道常年无水。泄水渠过水断面为梯形，底宽7.5m，纵坡1/2000，采用浆砌石衬砌，末端与河槽底高程相同。试通过水力计算确定消力池深度。由于排水渠较短，不能形成明渠均匀流，因此消力池下游水深由退水渠末端向上游推水面线得到。
闸门开度按0.5m为一档次，分别按“消能公式”计算不同开度时所需要的消力池深度，选用其中的最大值作为最终结果。下面分别按两种不同方法进行计算。
方法一：将与上一档次泄量相应的水深作为下游水深。
方法二：将同一档次泄量相应的水深作为下游水深。
一般的，对于同一水闸，当上游水头、过闸单宽流量等基本条件一定时，下游水深越深越容易形成淹没水跃，所计算的消力池越浅。计算结果可以看出，当考虑下游水深滞后影响，采用与上一档泄量相应的水深作为下游水深时，消力池深度反而比按同一档泄量相应的下游水深计算值小。消力池末端每一档开度的流量所对应的临界水深。经比较可以看出，方法一所采用下游水深均小于计算泄量相应的临界水深，即上一档的水深小于本档的临界水深。在单级消力池设计中，一般不应使出池水流为急流，即采用“消能公式”进行池深计算，下游水深不应小于临界水深。本例中，正是因为采用小于临界水深数值作为下游水深，才使得消力池计算深度偏浅。通过上述算例分析，本文对于水闸消力池设计提出以下建议：
在进行水闸消力池深度计算时，若考虑下游水位上升滞后现象，将与上一档次泄量相应的水深作为下游水深，应参照闸门调度方案，根据实际情况确定下游水位泄量关系，并验算各档泄量出池临界水深，分析下游水深的选取是否合理。
在工程布置上，应保证消力池中产生一定淹没度的水跃。当下游水深较浅时，应充分考虑消力池下游的防冲措施。若经验算下游可能出现远趋式水跃，应考虑设多级消力池或采取其它工程措施，避免冲刷破坏。
五、结束语
综上所述，在消力池计深度计算和坎高计算的过程中，通过简化的公式能准确的计算出相应的结果，并对结果进行分析。
参考文献
[1] 卢泰山，黄林.综合式消力池设计方法新探[J].西北水资源与水工程，2012（1）.
[2] 辛效明.设计综合式消力池的简便计算[J].山西水利科技，2007（2）.
[关键词]消力池； 掺气水深； 防护措施；
中图分类号：TV653.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0001-01
一、前言
消力池是消能工中常见的，其深度的确定是消力池重要的内容，在消力池设计的时候我们要根据下游的水深对消力池的深度进行设计。
二、泄水建筑物的消能形式
1、底流式消能
当水流从急流向缓流过渡时，产生水跃，产生的表面旋滚和强烈的紊动消除大量的余能，使速度急剧下降，与下游水流能良好的衔接，由于余流在底部，故称之为底流式衔接消能。
2、挑流式消能
利用建筑物末端的跃坎，利用高进下泄水流的动能，将水流挑射到远离建筑物的下游河床中，与下游水流衔接。消能分为3个部分，坝面摩擦—空中扩散—水垫。
3、面流式消能
利用建筑物末端的挡坎，将上游高速水流送入下游河道的水流表层，坎后形成尺度很大的底部漩滚，将主流与河床隔开。
4、消力池消能
为了改善底流式消能的水流衔接形式，可采取人工措施，通过增加下游水深，使之形成稍有淹没的淹没水跃，从而达到缩短护坦的长度，在较短距离内消除余能的目的。这种消能措施称为消力池（或消能池）。人工形成消力池的工程措施，根据泄水建筑物下游地基情况，可以有以下3种基本方式：
挖深式消力池：降低护坦高程形成消力池，使池内水深大于h″c，产生淹没水跃；坎式消力池：在护坦末端加筑消能坎形成消力池，使坎前水深大于h″c，产生淹没水跃；
综合消力池：采用既较低护坦高程又修建消能坎的综合消力池，使池内水深大于h″c，产生淹没水跃。
三、挖深式消力池的设计主要是确定池深和池长
目前对池深的计算有传统计算方法和简化计算方法，其中传统计算方法成熟、可靠，但试算过程繁冗、工作量大；简化计算方法也称为图表解法，其根据某种函数关系事先制成图表供计算时查用，图表解法也有一个试算过程，只不过将试算变成了查表。正是由于挖深式消力池深度的计算过程比较繁琐，所以人们一直在寻求更为简单的计算方法。
《水闸设计规范》（SL265-2001）推荐的消力池深度计算公式（简称消能公式）为：
当该闸闸前水位高于正常蓄水深度4m时，水閘将开启部分或全部闸门泄流。依据闸门的运行管理规则，分别复核计算中间1孔开启0.5m，两边孔关闭；3孔均开启0.5m；中间1孔开启1.0m，两边孔对称开启0.5m；3孔均开启1.0m；中间1孔开启1.5m，两边孔对称开启1.0m；3孔均开启1.5m……以此类推情况下的消能计算。
1、泄量～下游水深关系
假定上游水位不变，根据平底闸闸孔泄流量公式计算闸门开启不同孔数及每扇闸门不同开度时的过流能力。通过试算可得到不同闸门开度的泄量～下游水深关系。
2、综合消能计算
建有趾墩、 消能墩的综合式消力池计算成果如图 1所示，无趾墩、消能墩的消力池计算成果如图2所示。
以3孔全开，闸门开度为0.5m为例计算如下。综合式消力池的计算有试算法和迭代法，本次计算采用试算法，假定消力池深S=0.34m，通过EX-CEL表格试算得出。上下游地面差d=1.2m上游河道水深H=4m，上游河道流速v0=0.35m/s，T0=5.546m。取式φ=0.85，动能修正系数α取为1.0，试算得出hc=0.383m，根据关于趾墩的相关假定，趾墩的高、宽及间距均等于未修建趾墩时的收缩水深。修建趾墩后可使收缩断面水深hc增加为hc1，进行试算，得出修建趾墩后的收缩水深hc1=0.452m。修建消能墩可增加消能效率，降低跃后水深，故考虑消能墩后的跃后水深hf″=1.75m。可求得c=0.25m。为安全起见，将坎高较计算值稍低一些，使坎后形成稍有淹没式水跃，故坎高取0.2m；消力池深度为0.34m，与假设消力池深度值一致。
四、分析
某排水闸孔口尺寸5.5m，闸前设计水深6.4m，消力池为矩形断面，水平段宽7.5m，消力池后有约50m长的泄水渠与主河道连接，河道常年无水。泄水渠过水断面为梯形，底宽7.5m，纵坡1/2000，采用浆砌石衬砌，末端与河槽底高程相同。试通过水力计算确定消力池深度。由于排水渠较短，不能形成明渠均匀流，因此消力池下游水深由退水渠末端向上游推水面线得到。
闸门开度按0.5m为一档次，分别按“消能公式”计算不同开度时所需要的消力池深度，选用其中的最大值作为最终结果。下面分别按两种不同方法进行计算。
方法一：将与上一档次泄量相应的水深作为下游水深。
方法二：将同一档次泄量相应的水深作为下游水深。
一般的，对于同一水闸，当上游水头、过闸单宽流量等基本条件一定时，下游水深越深越容易形成淹没水跃，所计算的消力池越浅。计算结果可以看出，当考虑下游水深滞后影响，采用与上一档泄量相应的水深作为下游水深时，消力池深度反而比按同一档泄量相应的下游水深计算值小。消力池末端每一档开度的流量所对应的临界水深。经比较可以看出，方法一所采用下游水深均小于计算泄量相应的临界水深，即上一档的水深小于本档的临界水深。在单级消力池设计中，一般不应使出池水流为急流，即采用“消能公式”进行池深计算，下游水深不应小于临界水深。本例中，正是因为采用小于临界水深数值作为下游水深，才使得消力池计算深度偏浅。通过上述算例分析，本文对于水闸消力池设计提出以下建议：
在进行水闸消力池深度计算时，若考虑下游水位上升滞后现象，将与上一档次泄量相应的水深作为下游水深，应参照闸门调度方案，根据实际情况确定下游水位泄量关系，并验算各档泄量出池临界水深，分析下游水深的选取是否合理。
在工程布置上，应保证消力池中产生一定淹没度的水跃。当下游水深较浅时，应充分考虑消力池下游的防冲措施。若经验算下游可能出现远趋式水跃，应考虑设多级消力池或采取其它工程措施，避免冲刷破坏。
五、结束语
综上所述，在消力池计深度计算和坎高计算的过程中，通过简化的公式能准确的计算出相应的结果，并对结果进行分析。
参考文献
[1] 卢泰山，黄林.综合式消力池设计方法新探[J].西北水资源与水工程，2012（1）.
[2] 辛效明.设计综合式消力池的简便计算[J].山西水利科技，2007（2）.