钢筋石笼与混凝土消力池消能率对比试验研究

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发布时间：2021-09-13

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钢筋石笼与混凝土消力池消能率对比试验研究
田振华，张术彬，韩雷
(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150080)
摘要：通过水工模型试验，研究了平原河道低佛氏数下，钢筋石笼与混凝土两种消力池结构
的消能效果。试验对比分析了两种结构下的水跃长度及形态、消能率等水力参数。试验结果
表明：对于低弗氏数平原河道水流而言，上下游水位差对水跃长度与形态影响显著。上下游水
位差较大时，混凝土比钢筋石笼护坦更容易产生远驱水跃，上下游水位差较小时，两种结构均
产生明显的波状水跃；钢筋石笼的消能效果优于混凝土。
关键词：水跃；钢筋石笼；混凝土；低佛氏数；消能率
中图分类号：U655 文献标识码：B
O 引言
对于低水头的平原河流而言，一般水利枢纽工
程都采用闸坝相结合的布置方式。由于水闸泄流的
特点多为水头差不大，但尾水变化幅度大，闸门开启
调度过程中，能形成由急流到缓流的多变流态；而平
原河道上的低的挡水坝主要是抬高河水位，河流在
枯水时能自流入渠道，在洪水时让多余的河水通过
泄洪闸坝下泄，因此闸坝下游水跃前后的佛氏数一
般较低⋯ 。底流消能作为国内外最常采用的一种低
水头消能形式，其消能率与佛氏数Fr有关。Fr<4．5
时泄水建筑物下游通常无法形成稳定水跃，一般称
为低佛氏数水跃，其消能率低，大量余能流向下游，
对下游河床产生严重冲刷破坏，跃后断面的垂线流
速分布不均，且底部流速大，当下泄水流挟带粗颗粒
推移质时，常对消力池底板形成较强烈的磨蚀；跃后
水面波动较大，甚至产生多股射流上下摆动，并向下
游传播，淘蚀、冲刷下游河岸。
因此，对平原河道低佛氏数下的水流的消能防
冲的研究是有意义的。本文对工程中经常采用的钢
筋石笼与混凝土两种护底下的消能效果，通过水工
模型试验的研究方法，做了对比分析，得出两种护底
下的消能率，对实际工程有一定的指导意义。
1 试验设计
1．1 实验模型设计及几何参数
试验以某渠首工程为原型进行对比试验研究。
模型试验在黑龙江省水利科学研究院水利新技术试
验室内的玻璃水槽内进行。模拟范围定为上游
180 ITI，宽40 In，平底河床；消力池长20 in，宽40 m，海
漫长30 m；海漫后河床长240 m，宽均为40 ITI。为正
态模型，按重力相似准则进行设计，模型比尺为
1：40，模型的主要比尺关系如表1所示。溢流坝坝
高2 m，采用有机玻璃制作，经过按比尺放样、切割、
定型、安装等工序，完成模型的制作。
表1 模型主要比尺关系
模型试验为定床模型，河床采用水泥砂浆制作