基于消力池计算问题的思考与分析

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1、基于消力池计算问题的思考与分析[摘要]本文主要详细分析研究了水闸消力池深度和长度计算时应注意的一些要点问题。水闸消力池深度和长度二者与过闸流量之间存在着必然联系，但在进行消力池深度与长度计算时，往往由于忽略它们之间的关系，本文在此谈了谈自己的观点和见解，可供参考。[关键词]消力池；深度；长度；计算；水闸；中图分类号：TV653文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）42-0172-02一、前言消力池是常用的消能工之一。确定消力池的深度和长度是消力池进行设计的重要内容，在《水闸设计规范》

2、推荐的消能公式中，消力池下游水深和消力池长度是个重要参数，其对于消力池深度和长度计算影响较大。对于无闸门控制的溢流堰。一般上、下游水位变化较缓慢，随流量的增加下游水位也基本同步上升，按上述公式计算的成果一般是能够满足工程需要的。然而，有时对于不同的水闸，这种方法所得的结果未必偏于安全。本文将分析消力池深度和长度取值对水闸的影响。为了保证工程安全，对消力池的设计提出了建议。二、消力池深度计算公式分析7根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B，采用以下公式进行消力池深度计算：d=σ0×hc-h

3、t-△zhc=hc/2[√1+8aq2/ghc3-1]（b1/b2）0.25hc3-T0×hc2+aq2/2gΦ2=0△z=aq2/2gΦ12ht2-aq2/2ghc2其中：d――消力池深度（m）；σ0――水跃淹没系数，可采用1.05-1.10；hc――跃后水深（m）；ht――消力池下游水深（m）；△z――出池落差（m）；hc――收缩水深（m）；b1――消力池首端宽度（m）；b2――消力池末端宽度（m）；T0――由消力池底板顶面算起的总势能（m）；q――单宽流量（m3/s/m）。通过消力池深度计算公

4、式分析。本文对于水闸消力池的深度设计提出以下建议：71、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。2、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。三、消力池长度计算公式分析1、闸孔自由出流产生的水跃工

5、况下消力池长度计算公式分析根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B，采用以下公式进行消力池长度计算：Hc3-T0hc2+aq2/（2gψ2）×（b1/b2）0.25=0（1）hc〃=hc′/2{[1+8aq2/（ghc3）]0.5-1}（2）Lj=6.9×（hc〃-hc′）（3）Lsj=Ls+βLj（4）式中：hc′――收缩水深，m；hc〃――跃后水深，m；a――水流动能修正系数，可采用1.0～1.05；q――过闸单宽流量，m3/（s.m）；g――重力加速度，可采用9.81（m/s2）；b

6、1――消力池首端宽度，m；b2――消力池末端宽度，m；7H0――含行近流速水头在内的堰上水头，m；T0――由消力池底板顶面算起的总势能，m；ψ――流速系数，一般采用0.95；Lj――水跃长度，m；Ls――消力池斜坡段水平投影长度，m；β――水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8；Lsj――消力池长度；经对上述公式分析可知其适用范围如下：（1）、上述公式是基于闸孔自由出流推导而来的，该公式适用于闸孔自由出流产生的三种水跃形式消力池长度的计算；该公式中并未出现和下游水深相关的参数，即与下游水深无关，这也

7、印证该公式是在自由出流产生7水跃的基础上推导而来。（2）、水流通过闸孔后，因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5～1）e处出现第一次收缩水深为hc；当消力池有一定深度时，因消力池底板低于闸孔底板，水流将会在消力池底板上出现第二次收缩水深hc′。该公式适用于水流在消力池底板上出现的收缩水深hc′（即第二次收缩水深）计算。（3）、闸孔淹没出流工况时套用上述公式计算得出的水跃要比闸孔自由出流计算得出的水跃长，这个结果显然是错误的。根据单宽能量公式计算：E=γ×△H×q（γ为水的重度，△H为上下游水位差，q

8、为单宽流量），当闸孔淹没出流工况时，上下游水位差△H小，因单宽能量和上下游水位差成正比，也就是说上下游水位差△H小，单宽能量就小，相应的水跃就短。这说明上述公式不适用于闸孔淹没出流工况下消力池长度的计算。经上述分析，规范推荐的消力池长度计算公式应用仅适用于闸孔自由出流产生的水跃计算工况，不适用于闸孔淹没出流产生的水跃计算工况。2、闸孔淹没出流产生的水跃工况下消力池长度计算公式分析水流通过闸孔后，因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5～1）e处出现第一次收缩水深hc；在