4 消能防冲设计
NB∕T 10392-2020 水电工程泄水建筑物消能防冲设计导则
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根据《国家能源局关于下达2009年第一批能源领域行业标准制（修）订计划的通知》（国能科技(2009)163号）的要求，导则编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，并在广泛征求意见的基础上，制定本导则。
本导则的主要技术内容是：基本规定、消能防冲型式及布置、底流消能防冲设计、挑流消能防冲设计、面流和席流消能防冲设计、洞内消能防冲设计、下游防护设计、水工模型试验和水力学数值计算、安全监测设计、运行及维护要求。
本导则由国家能源局负责管理，由水电水利规划设计总院提出并负责日常管理，由能源行业水电勘测设计标准化技术委员会负责具体技术内容的解释。
执行过程中如有意见或建议，请寄送水电水利规划设计总院（地址：北京市西城区六铺炕北小街2号，邮编：100120)。
II。
溢洪道水力设计计算书(实用堰+底流消能)
溢洪道水力设计计算1 计算依据 《溢洪道设计规范》（DL/T 5166—2002）第6节及附录A的有关规定。
2 已知设计参数堰面曲线可采用抛物线。
上述曲线可按附录A中A.1计算。
本工程选用开敞式实用堰。
考虑到圆弧曲线（驼峰堰）的流量系数较小，泄流能力相对较小，本工程堰面曲线选用幂曲线（三）。
3 堰面曲线选择及泄流能力复核 （1）按规范5.3.3条，堰（闸）型式可采用开敞式或带胸墙的实用堰、宽顶堰、驼峰堰等，应根据地形地质条件、水力条件、运用要求及技术经济指标等综合比较选用。
开敞式溢流堰溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。
（2）按规范6.3.3条，采用开敞式实用堰时，堰面曲线宜采用幂曲线、圆弧曲线（驼峰堰）；当堰上设有胸墙时，点上游用三圆弧曲线。
3.1 幂曲线方程计算（A.1） （3）按规范6.3.2条，低实用堰应满足上游堰高P 1≥0.3H d ，下游堰高P 2≥0.6H d ；下游堰面坡度宜陡于1:1。
设计中应避免形成淹没流。
式中： （4）按规范附录A.1.3条，采用开敞式幂曲线（三）时，幂曲线按式（A.1)计算。
n=1.85，K=2。
上游面铅直，原H d …………定型设计水头，对低堰（P 1＞1.33H d ）可按堰顶最大水头H max 的75%～95％计算,yKH x n dn 1-=1.560m ～ 1.976m1.500m1.8522.8230.35423x^1.85 计算公式：0.6553255x^0.852.306m1.662m3.4 反弧半径R的计算即H d =（0.75～0.95）H max =堰顶O点上游三圆弧的半径R及其水平坐标x计算表即幂曲线方程为：y=3.2 幂曲线末端端点坐标计算 将m，dy/dx带入公式1可求得：x c =本工程取H d =n…………………系数,n=K…………………系数,K= 对堰面曲线求一阶导数得：dy/dx=（公式1）堰顶下游幂曲线方程坐标值表y c =3.3 堰顶上游三圆弧曲线的x坐标及半径R计算 经计算：KH d n-1=溢流堰下游反弧段半径，应结合下游消能设施来确定，对于挑流消能和底流消能方式，可按下式求反弧半径R。
加糙陡坡技术在穿堤建筑物中的应用
1前言安徽省长江干流堤防总长765km ，与江堤形成闭合圈的支流堤防长度230km ，合计总长995km ，直接保护着沿江1000多万人口，60万hm 2亩农田和合肥、芜湖等重要城市以及工矿企业和国家诸多重要基础设施等，长江两岸堤防可以说是安徽重要的经济生命线。
安徽省沿江两岸共有穿堤建筑物逾千座，1998年大水后，列入国债资金项目的就有362座。
穿堤建筑物为历年防汛工作的重点，其安全与否直接关系着堤后广大人民群众的生命财产安全。
2沿江穿堤建筑物消能防冲特点沿江堤防大都临江建设，外滩地较窄且切割很深，滩地与江底高差较大。
沿江穿堤建筑物大都为内河排水入江的控制建筑物，上游来水情况复杂，排水流量差异性大。
排涝期长江水位已经较高，出闸水流为淹没出流，毋需设置消能防冲设施。
但在枯水季节，排水区域骤降暴雨，此时江水位一般都很低（低于涵洞底高程），上游来水迅猛，过闸水流一般处于急流状态，必须设置消能防冲设施，保证工程安全。
如铜陵江堤黑砂河涵闸，根据1991年4月17日排水区实际发生的暴雨计算其过涵流量大约为29.3m 3/s ，当时实际江水位为8.5m 。
查历年的长江水位资料，枯水期各月（11、12、1、2、3、4月）的月平均江水位均低于涵底高程9.0m 。
一月份的月平均江水位最低，仅4.54m ，在此期间排水区降雨产生径流，涵洞下游若无相应消能防冲设施，必然发生冲刷。
可见，沿江穿堤建筑物消能防冲设计不仅要考虑汛期排涝工况，也要考虑枯水季节时突遇强降雨工况，消能防冲条件不唯一，可能有多种不同的流量与不同的下游水位组合。
在这种情况下通常有两种不同的消能防冲布置方式。
一种是多级跌水，在跌水塘中产生水跃消能；另一种是加糙陡坡，利用陡坡上的糙条阻力沿程分散消能。
因受外滩地地形条件限制，且由于多级跌水对各种不同流量和水位组合的适应性不如加糙陡坡，故下游采用加糙陡坡的消能方式较为适宜。
3加糙陡坡及其消能原理陡坡是在水工建筑中的衔接建筑物，分为普通粗糙（天然粗糙）的陡坡和特别粗糙（人工粗糙）的陡坡两种。
水闸的消能防冲设计-PPT
Lp K s qs H
式中Lp——海漫长度（m）； qs——消力池末端单宽流量（m3/s）； KKs值s表——海漫长度计算系数，可参考下表。
河床土质 Ks
Ks值表
粉砂、 中砂、粗砂、
细砂
粉质壤土
14~13
12~11
粉质粘土 10~9
坚硬粘 土
8~7
（五）防冲槽
要想完全消除河床冲刷，必须设置相当长的海漫长 度，这样非常不经济。
整流速分布，均匀地扩散出池水流，使之与天 然河道的水流状态接近，以保护河床免受冲刷。 2．对海漫的要求 海漫的结构应该具有一定的柔性的，能够适
应地基的不均匀沉陷； 海漫应该是透水的，能够顺利地排出渗水，
降低扬压力； 海漫表面应做成粗糙的，以加大与水流的摩
擦，有利于消除余能和调整流速分布；
3．海漫的长度
5.3 水闸的消能防冲设计
一、过闸水流的特点
1、形态复杂 2、容易形成波状水跃 3、容易出现折冲水流
根据上述分析可知，水闸消能设 计的基本原则是：促使水跃发生在闸下 一定范围内，最大限度地通过表面水滚 消能，避免造成下游河床冲刷。
二、消能防冲设计条件的确定
（一）消能方式
水头低、下游水位变幅大、地基条件差 ——底流消能
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断 面水深hc之间的关系
h" hc ( 2
8Fr2 1 1)
（2）收缩断面水深hc的确定
消力池内形成水跃时，闸孔为自由出 流。闸孔自由出流情况下，跃前收缩断面
水深hc决定于上游水位Zu与消力池底板之 间的高程差E0，可按下式计算。
hc3 E0 hc2
q 2 2g 2
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
消能防冲设计
4 消能防冲设计通过溢流坝顶下泄得水流,具有很大得能量，必须采取有效地消能措施，保护下游河床免受冲刷。
消能设计得原则就是:消能效果好，结构可靠,防止空蚀与磨损,以保证坝体与有关建筑物得安全。
设计时应根据坝址地形,地质条件,枢纽布置,坝高,下泄流量等综合考虑。
挑流消能适用于坚硬岩石上得高、中坝,低坝需经论证才能选用。
当坝基有延伸至下游得缓倾角软弱结构面,可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定,或岸坡可能被冲塌时,不宜采用挑流消能，或须做专门得防护措施底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱得河道;高坝采用底流消能需经论证，但不宜用于排漂与排冰。
面流消能适用于水头较小得中、低坝,河道顺直,水位稳定,尾水较深，河床与两岸在一定范围内有较高抗冲能力,可排漂与排冰。
消力戽消能适用于尾水较深且下游河床与两岸有一定抗冲能力得河道。
联合消能适用于高、中坝,泄洪量大，河床相对狭窄,下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差得情况。
联合消能应经水工模型试验验证。
根据本工程地质条件，选取挑流消能。
图４－1 冲坑厚度图示4、1 洪水标准与相关参数得选定本次设计得重力坝就是3级水工建筑物,根据地形地质条件,选用了挑流消能。
根据已建工程经验,取挑射=２5°。
4、２ 水舌抛距计算根据SL319-2０0５《溢洪道设计规范》,计算水舌抛距与最大冲坑水垫厚度。
计算公式:水舌抛距计算公式：L ：水舌抛距 :差）为水库水位至坎顶的落Ho （ 21.11.1 顶水面流速，01gH v v ϕ==坎:鼻坎得挑角::坎顶至河床面得高差， m:堰面流量系数，取0、95;ﻩＶ1= 41、２６８２m/s将这些数据代入水舌抛距得公式得：21[41.2682sin 25cos 2541.2682cos 259.81171.6549L m ︒︒=⨯⨯⨯+⨯︒=4、3 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度最大冲坑水垫厚度公式：:水垫厚度,自水面算至坑底。
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
消能防冲设计导则
消能防冲设计导则
随着城市化的发展和人们生活方式的改变，越来越多的建筑和设施需要考虑消能防冲的设计。
消能防冲是指在建筑和设施的设计中考虑到人员和财产的安全，并采取相应措施来减少或消除冲击力和能量的影响。
本文将介绍消能防冲的设计导则，以帮助建筑和设施的设计者更好地考虑安全因素。
一、建筑和设施的选择
在选择建筑和设施时，应考虑其所在的环境和地理位置。
对于容易遭受自然灾害或人为破坏的场所，应选择结构更加牢固的建筑和设施，以减少灾害造成的损失。
二、建筑和设施的结构设计
在建筑和设施的结构设计中，应考虑到冲击和能量的影响。
对于易受冲击的部位，应采用更加坚固和耐磨的材料，以增强其抗冲击能力。
同时，应采用减震和消能措施，以减少冲击力和能量的影响。
三、安全设施的设置
在建筑和设施的设计中，应设置相应的安全设施，如应急出口、消防设备、监控设备等，以保障人员和财产的安全。
此外，应对建筑和设施进行定期检查和维护，以保证其安全性能。
四、人员培训和演练
为了更好地应对突发事件，应对建筑和设施的使用者进行相关的培训和演练。
培训内容应包括应急逃生、灾害预防和处理、使用安全设施等。
通过培训和演练，可以增强人员的安全意识和应对能力。
通过以上导则，建筑和设施的设计者可以更好地考虑消能防冲的设计，以保障人员和财产的安全。
同时，使用者也应增强安全意识，掌握相关的应急知识和技能，以更好地应对突发事件。
河道蓄水工程液压坝水工设计
河道蓄水工程液压坝水工设计现阶段，液压坝在河道蓄水工程被广泛的应用，本文爱在某河道蓄水工程案例的基础上，介绍了液压坝水工设计的方案，对于液压水坝的设计相关人员要求就是需要其重视液压坝的消能、防渗以及边墙等几方面问题，需要进行准确的防冲计算，对于设计参数的选择需要具有科学合理的依据，对于设计方案进行优化，只有这样才能够保障河道蓄水工程的实际质量达到相关要求。
标签：液压坝；水工设计；防渗消能引言目前，液压坝在河道蓄水工程中起着非常重要的作用，也是最为常用的一种坝，因此在河道蓄水工程中液压坝水的水工设计变得非常的重要。
本文在某地区的河道蓄水工程案例为基础，对河道蓄水工程的实际水文地质情况进行了分析，介绍了液压坝水工设计的实际内容。
河水蓄水工程对于生态环境来说具有非常大的改善作用，它能够有效的改善工程所在地的生态环境，在一定程度上还能够对于水环境起到治理效果，某地区的河流经常汇入污水，并且在河岸附近放置了很多的垃圾，为了有效的解决以上这些问题，相关的政府部门开始对河道的实际情况进行治理，预期将其打造成一个生态景观，将工程所在地努力向着生态旅游城市的方向发展。
1、坝型选择在对河道蓄水工作进行建设的过程中，在对于两岸的防洪安全进行保障的同时，还应该针对工程所在地的自然优势进行河道蓄水景观的建设以及打造。
这项工程在建设的过程中首先遇到的难点就在于汛期对于防洪工作开展的基础上，不影响行洪工作的进行。
河道还需要进行一定程度上的美化工作，首先需要做的工作就是对于坝型的选择方面，现阶段，常见的坝型主要分为以下几种：液压型、橡胶型以及钢坝闸等，在进行设计工作之前，需要做的是对于不同坝型具有的特点的掌握，比如防洪的效果、运行维护、使用的寿命以及投资金额等相关的性能特征。
设计相关人员对于坝型的研究以及对比分析最终选择液压坝。
2、液压坝水工设计因为液压坝在升坝以及塌坝过程中使用的时间是相对比较少的，而实际门体的寿命相对较长，并且在实际开展防洪工作的同时也并不会对行洪产生阻碍作用，实际维护检修方面相对比较方便，系统的操作具有一定的灵活性，所以液压坝在渔业、农业以及城市河道景观工作中具有非常重要的作用，也是最为常用的一种坝型。
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4 消能防冲设计
通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大的能量,必须采取有效地消能措施，保护下游河床免受冲刷。
消能设计的原则是:消能效果好,结构可靠,防止空蚀和磨损，以保证坝体和有关建筑物的安全。
设计时应根据坝址地形，地质条件，枢纽布置，坝高，下泄流量等综合考虑。
挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用。
当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切断而形成临空面,危及坝基稳定,或岸坡可能被冲塌时,不宜采用挑流消能，或须做专门的防护措施
底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道;高坝采用底流消能需经论证,但不宜用于排漂和排冰。
面流消能适用于水头较小的中、低坝,河道顺直，水位稳定,尾水较深，河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力,可排漂和排冰。
消力戽消能适用于尾水较深且下游河床和两岸有一定抗冲能力的河道。
联合消能适用于高、中坝,泄洪量大,河床相对狭窄，下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差的情况。
联合消能应经水工模型试验验证。
根据本工程地质条件,选取挑流消能。
图４-1 冲坑厚度图示
４.１ 洪水标准和相关参数的选定
本次设计的重力坝是3级水工建筑物，根据地形地质条件,选用了挑流消能。
根据已建工程经验,取挑射θ=25°。
4.2 水舌抛距计算
根据SL3１9－2０0５《溢洪道设计规范》，计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度。
计算公式：
水舌抛距计算公式：
])(2sin cos cos sin [121221121h h g v v v g L +++=
θθθθ L ：水舌抛距
1v ：差）为水库水位至坎顶的落Ho （ 21.11.1 顶水面流速，01gH v v ϕ==坎 θ:鼻坎的挑角
1h ：1,(cos h h h θ
=坎顶铅直方向水深为垂直鼻坎水面高度） 2h ：坎顶至河床面的高差, m
ϕ：堰面流量系数,取0.95； 11cos 2.926572cos 25 2.652375,(cos h h m
h h h θθ
==⨯︒==坎顶铅直方向水深为垂直鼻坎水面高度）
220.62h m =
V 1= 41.26８2m/s
将这些数据代入水舌抛距的公式得：
21[41.2682sin 25cos 2541.2682cos 259.81
171.6549L m ︒︒=⨯⨯⨯+⨯︒=
4.3 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度
最大冲坑水垫厚度公式:
25
.05.0H kq t k = k t :水垫厚度，自水面算至坑底。
q :单宽流量,由前面的计算可得单宽流量为１20．７7４3；
H ：上下游水位差，m ；
k :冲刷系数，(这里根据地质情况取1.５）；
将数据代入公式得：
649.8553.6296.18H m =-=
0.50.251.6120.774396.1855.27881k t m =⨯⨯=
所以最大冲坑水垫厚度为55．2７881m 。
最大冲坑厚度估算：
'0.50.252
k t kq H H =-
219.12H = '52.2788119.1233.15881()k t m =-=
'/171.6549/33.15881=4.74725k n L t ==
为了保证大坝的安全，挑距应有足够的的长度。
一般当'
/ 2.5 5.0k n L t =>-时，认为是安全的。
计算结果为n ＝4.７47２5，所以满足规范。
故,其消能防冲设计符合规范设计要求。