水闸消能计算(闸后消力池计算、海漫、防冲槽)
水闸计算书
过闸流量 单宽流量 动能系数 重力加速度 3 2 Q（m /s） q（m /s） a g 207.00 3.70 1.05 9.81 4.00 0.07 1.05 9.81 3.00 0.05 1.05 9.81 2.00 0.04 1.05 9.81 1.00 0.02 1.05 9.81 4.00 1.60 1.05 9.81 3.00 1.20 1.05 9.81 2.00 0.80 1.05 9.81 1.00 0.40 1.05 9.81 2.50 1.25 1.05 9.81 2.00 1.00 1.05 9.81 1.50 0.75 1.05 9.81 1.00 0.50 1.05 9.81 1.30 0.65 1.05 9.81 1.00 0.50 1.05 9.81 0.50 0.25 1.05 9.81
计算收缩水深 hc（m） 0.7115 0.0134 0.0099 0.0064 0.0032 0.2867 0.2107 0.1379 0.0678 0.2369 0.1867 0.1381 0.0908 0.1306 0.0994 0.0489
跃后水深 下游水深 h″c（m） h′s（m） 1.70 1.64 0.28 1.48 0.24 1.30 0.20 1.08 0.15 0.77 1.25 1.60 1.11 1.41 0.93 1.18 0.68 0.86 1.08 1.36 0.98 1.24 0.87 1.09 0.72 0.91 0.77 1.09 0.69 0.95 0.50 0.70
计算池深 d（m） 0.1840 -1.1702 -1.0282 -0.8554 -0.6093 -0.1998 -0.1706 -0.1444 -0.1085 -0.1545 -0.1433 -0.1239 -0.1064 -0.2265 -0.1837 -0.1449
水利消能防冲自动计算表(ELCEL)
二：输入数据： 注：水位（深）以m计，流量m3/s，单宽m2/s计
池前宽度 3
下游水位 0.93 闸底高程 -0.87 扩散角 12
下游河宽 25.00 海漫末端宽 25 水闸流量 33.41 下游水深 2.10
三：数值计算： 注：需假定有消力池深度d，总长L,及比较下游水深hs。
（一） ⑴
消力池计算： 假定消力池深d为： 1.20 有已知：池末宽度 8.37 故总势能T0=H0+d＝ 4.916
14～13 12～11
10～9
8～7
式中： ks海漫长度计算系数
9
q2为池末端单宽流量 4.80
ΔH泄水时上下游水位差： 1.23
注：ks可查上表
经计算得Lp为：
20.76
（三 ）
河床冲刷深度计算：
⑴ 冲坑深度计算:
dm 1.1
qm
hm
v0
式中： qm海漫末端单宽流量 1.34 [Vo]河床土质允许不冲流速
13.0 计算池两端加宽各为0.5m，0.8m d为池深，坡度1：4
求出池差ΔZ：
z q22 q22 2g 2hs2 2ghc2
式中： ① ② ③
q2为池末单宽流 根据已知量提：供水深 按出池口为临界水深 由下游水为面线推 三者比求较：后确定
为：
经计算得ΔZ为： 0.55
3.99 hs下游水深可参考情况有下列几种：
内河消能防冲设计（内0.63外2.63对应流量）
一：适用范 二围：：输入数 据：
已知下游水深 注：水位（深）以m计，流量m3/s，单宽m2/s计
池前宽度 3
下游水位 0.93 闸底高程 -0.87
扩散角 12
下游河宽 25.00
关于水闸闸后消能设计计算的探讨
关于水闸闸后消能设计计算的探讨摘要：水闸泄水时部分势能转为动能,流速增大,因此闸下冲刷是一个普遍且严重的问题,一般采用消力池消杀闸门出口处急流动能。
闸下有害冲刷原因是多方面的,有的是设计不当,有的是运用管理不善,本文以实例就对消能设计条件、跃前水深、跃后水深、下游水深,以及他们之间相互关系从设计角度进行论述,使得水闸闸后消能设计计算更加贴近实际,解决问题。
关键词：消能池；设计条件；公式；临界水深水闸是低水头的泄水建筑物，一般采用底流式消能工。
在消力池内产生水跃，使闸下急流转变为缓流，通过水跃消耗的能量尽与跃前断面的能量Ei之比，称为水跃消能率。
跃前断面的弗汝德数愈大，则消能率愈高。
当Fr1在10～40间，则Ej/Ei为28%～59%，低水头的水闸，由于Fr1较小，故水闸的消能率一般较低。
针对消能工设计条件及下游水深hs，对消力池及海漫的影响作些探讨。
1水闸消能工控制条件及消能不利原因依据一些水闸的实际运行工况及消能工破坏实例分析，水闸消能工设计的控制条件，往往不一定是以泄设计洪水时为最不利工况，而且，不同类型的水闸的消能设计条件也不相同。
故在消能工的设计中，除需要考虑上下游水位、过闸流量、闸门启闭的组合程序等因素外，还必须做大量的分析工作，以确定消能工设计的最不利组合，设计中切不可简单地加以假定。
笔者通过对一些消力池水力状况恶劣的水闸的观察分析，总结出消力池计算深度过深或形成不了淹没水跃，消能率较低的主要原因为:①由于受上游洪水流量和下游潮位不断变化的影响，过闸水流的水位、流量及流速均在不断变化，设计者计算时未能加以——分析，而是简单地定了一个上下游水位;②下游水位很低时，未能结合对下游水面曲线的分析，考虑对闸门的开度、启闭顺序进行控制或设置多级消力池;③未能结合设置一些消力墩等辅助消能工，促使水跃的发生。
2在不同下游水位情况下的消能防冲设计2.1下游水深hs＜hk(临界水深)消力池出口处水深应按宽顶堰自由出流公式计算。
消能防冲计算
3.99 2.10 1.19 1.86 1.19
hs下游水深Байду номын сангаас参考情况有下列几种：
（此时下游河宽同出池口河宽且海漫较短）
此时根据下游出口河宽相应临界水深为
0.57
即为下游水深hs 0.75
此时σˊ[hs/(hc″-d)]=
σ=
d + hs′ + ∆z hc′′
hs下游水深为： 1.19 跃后水深hc＂为： 2.78
①根据抗冲要求：
t = k1 q2
式中： k1池底板计算系数
H′
0.2 q2为池末端单宽流量 4.80 1.23 注k1为（0.15～0.20）
ΔH泄水时上下游水位差： 经计算得t为： 0.46 ②根据抗浮要求：
t =
式中：
k2⋅h r1 − 1
1.2 r1为消力池容重： 0.60 2.50 t/m3 注k2为（1.1～1.3）
式中：
b1池前宽度为：
经试算得hc＂为： 2.68 反求池长为：L=4*d＋0.75*6.9*(hc＂-hc）+1＝ 计算采用的池长值： 式中： в校正系数取0.75， 求出池差ΔZ： 10.0
计算池两端加宽各为0.5m，0.8m
2 2 2
9.33 接近假定
d为池深，坡度1：4
αq αq 2 z= − 2 gϕ 2 hs′ 2 2 gh
总长度L为12.63 下游水深 2.20 池前单宽 11.14
2
计行进流速堰上水头H0
3.716
池末单宽单宽流量 3.99 假定hc为 1.4409
α q2 h c − T 0 hc + =0 2 gϕ 2
1.03 1.44
式中： а水流动能校正系数 经试算得hc为： 求跃后水深hc＂：
水闸的消能防冲设计
消力池的结构形式
（1）挖深式，如图(a)； （2）消力坎式，如图(b)； （3）综合式，如图(c)。
（二）消力池池身池长的确定
消力池的结构型式和尺寸（长、深）应充分满足底流水跃消能的要 求（产生一定淹没的水跃）。
1．水跃共轭条件
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断面 水深hc之间的关系
Z
q 2 2g 2t 2
q 2 2gh
（5-16）
►4．消力池的长度
消力池总长度包括斜坡段和护坦水平段。
Lsj=Ls+Lj
式中 Ls—斜坡段水平投影长度； Lj——自由水跃长度，Lj =6.9(h-h)；
—水跃长度校正系数，=0.7～0.8。
（三）构造要求
1．护坦的作用 护坦位于消力池底部，是消力池的底
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
护坡形式有：浆砌石、干砌石、混凝土板。
护坡坡脚与海漫、防冲槽的连接处要有可靠连接，如设 置防淘墙等。
水闸上游的水流流速往往较大，也应该进行护底和 护坡。
作业
P248 思考题第8题
（六）波状水跃、折冲水流的防止措施
在消力池中，可以加设辅助消能工，其作用是 促成水跃，提高消能效果，减小消力池的长度和深 度，降低尾坎高度。
最用的辅助消能工有：尾坎、趾墩、消力墩、 消力梁等。
1—趾墩 2—消力墩 3—尾坎
下游翼墙的作用是保护闸下两岸不受冲刷，并帮助 水流均匀扩散。
翼墙的长度一般不小于海漫的长度。在消力池范围内， 翼墙（或导墙）最好做成铅直的，在池后缓流区再用扭 曲面或其他方式与下游坡连接。
（二）设计条件
上游：最高水位 下游：相应最低水位
水闸的消能和防冲处理的工程措施
挑流消能
利用挑流鼻坎将下泄水流挑射至下游 河床或人工设置的消能工上，通过碰 撞、雾化、冲刷等作用消减水能。
消能效果的评估
消能率
消能率是衡量消能效果的重要指标，计算公式为消能率=（下游 水位对应的能量/上游水位对应的能量）×100%。
水闸的消能和防冲处理的工 程措施
汇报人： 2024-01-08
目录
• 水闸消能概述 • 水闸消能工程措施 • 水闸防冲处理工程措施 • 水闸消能和防冲处理案例分析 • 水闸消能和防冲处理工程措施
的未来发展
01
水闸消能概述
消能方式
底流消能
通过在下游设置消力池或消力槛，利 用水跃消减水能，使下泄水流在消力 池内形成水跃，达到消能目的。
流速分布
通过测量下泄水流在不同位置的流速，分析流速分布情况，评估 消能效果。
冲刷深度
冲刷深度是衡量消能效果的另一个重要指标，过大的冲刷深度可 能导致下游河床破坏。
消能设施的维护与管理
1 2
定期检查
对消能设施进行定期检查，发现损坏或异常情况 及时修复。
清理淤积
定期清理消能设施内的淤积物，保持设施畅通。
3
调整运行方式
根据实际情况调整水闸的运行方式，以降低对下 游河床的冲刷影响。
02
水闸消能工程措施
水闸消能防冲计算
水闸消能防冲计算
水闸消能防冲计算的目的是保护水闸下游河床免受冲刷，其计算内容主要包括过闸流量、水跃高度等。
以下是一个简单的计算流程：
- 计算过闸流量Q：根据宽顶堰的自由出流公式进行计算。
假设e=0.95，m=0.385，H0≈H=2.4m，b=8m。
计算可得Q=48.18m³/s。
- 计算hc和hc’’：假设消力池的池深为 1.2m，池底高程为-0.2m，则E0=3.40+0.2=3.60m。
位于出口位置处的B=24+1=9m，由此可计算出单宽流量q=48.18/9=5.535m²/s。
然后将=0.95，g=9.81带入公式E0=hc+q²/2g$\varph$²hc²，求出hc=0.754m，再将该数值代入到求hc’’的公式中，求出hc’’=2.432m。
在进行水闸消能防冲计算时，需要考虑多种因素，并根据实际情况选择合适的计算方法和参数。
如果你需要进行更精确的计算，建议咨询专业的水利工程师或参考相关的设计规范。
消能防冲计算
底板厚度计算:
①根据抗冲要求：
t k1 q2 H
式中： k1池底板计算系数 0.46 ②根据抗浮要求： 0.2 q2为池末端单宽流量 4.80 1.23 注k1为（0.15～0.20） Δ H泄水时上下游水位差： 经计算得t为：
t
式中：
k2h r1 1
1.2 r1为消力池容重： 0.60 2.50 t/m3 注k2为（1.1～1.3）
内河消能防冲设计（内0.63外2.63对应流量）
一：适用范围：已知下游水深 二：输入数据： 注：水位（深）以m计，流量m3/s，单宽m2/s计 池前宽度 3 下游水位 0.93 闸底高程 -0.87 扩散角 12 2.10 25 下游河宽 25.00 海漫末端宽 水闸流量 33.41 下游水深 三：数值计算： 注：需假定有消力池深度d，总长L,及比较下游水深hs。
3
⑴
总长度L为12.63 下游水深 2.20 池前单宽 11.14
2
计行进流速堰上水头H0
3.716
池末单宽单宽流量 3.99 假定hc为 1.4409
q2 hc T 0 h c 0 2 g 2
1.03 1.44
式中： а 水流动能校正系数 经试算得hc为： 求跃后水深hc＂：
ф 为流速系数取值为 0.95 0.000
c
2
式中： q2为池末单宽流量： ① 根据已知提供水深为 ② 按出池口临界水深为 ③ 由下游水面线推求： 三者比较后确定为： 经计算得Δ Z为： 验算淹没度σ o： 0.58
4.80 2.10 1.34 1.24 1.34
hs下游水深可参考情况有下列几种： （此时下游河宽同出池口河宽且海漫较短）
海漫长度计算：
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也适用于堰后消能
m/s 0m 440m 462m 24m3/s 1981.65m3/s 1981.650
调试
m 9m3/sm 82.569m m 24m
2411~1.050.80.7~0.81.05 1.05~1.10.950.95~1
m 4.720m
14.970
需要修建消力池m 26.7820.000m 4.122m 16.426m 3.4650.000m 4.782m 4.782m 84.897m
67.918
由最大流量确定
消能计算参考规范：SL265-2001水闸设计规范
闸后消力池计算
行进流速v 过闸单宽流量总势能T 下游河床高程泄洪流量Q
出池河床水深h's 上游闸前水位闸宽B
最大流量Q 总势能T 收缩水深h 跃后水深h 动能校正系数水跃长度校正系数β水跃淹没系数流速系数φ
收缩水深h 跃后水深h 消力池计算长度Lk
池首端宽度b 池末端宽度b 水跃长度L 出池落差△Z 池计算深度设计深度d 32220/2c c h T h q g αϕ-+
也适用于堰后消能
底宽b m 1.500
比降i-0.010
边坡系数m-0.000
规范P72糙率n-0.017
掺气修正系数ζ- 1.200
泄洪流量Q m3/s1981.650或输入h~Q关系式
水面宽B m 1.500
过水断面A m2408.850
湿周χm546.633
水力半径R m0.748
谢才系数C-56.044
计算流量Q'm3/s1981.650
平均流速V m/s 4.847
δ(0.000)
正常水深h0m272.567由最大流量确定。