消能与防冲技术资料
水闸的消能和防冲处理的工程措施
（2）折冲水流的防止措施
①总体布置时，尽量使上游渠道有一段较长的 顺直段，确保来水顺均匀。
②控制下游翼墙的扩散角，扩散角宜7~12，使 水流均匀扩散。 ③制订合理的闸的开启程序，注意均匀齐步，间 隔对称等开启原则，力避开启、关闭时大起大落 和多孔闸部分闸孔泄流的运用方式。
5、海漫
(1)布置 水平海漫：下游河床局部冲刷大。适用于下游河床 抗冲能力较强的情况 倾斜海漫：倾斜段坡度以1：6~1：10为宜
可采用抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道连接，末端应设防 冲墙。
2、消能防冲设计的水力条件选择
三、水闸的消能防冲设计
1、底流消能消力池型式
• 下挖式：当闸下尾水深度小于跃后水深 • 突槛式：闸下尾水深度略小于跃后水深的消力池消能 • 综合式：当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池
深度又较深时
（a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式
(3)消力池的底板计算
消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求，并取其最大值。
抗冲要求 抗浮要求
t k1 q H
t
k2
U
W
b
Pm
3、辅助消能工
①水流受辅助消能的阻挡，抬高了原来小于跃后 水深尾槛前水深。 ②辅助消能的作用改变了原来水流的流速分布， 增加了对水跃阻力，降低了对跃后水深的要求。
（1）尾槛
2、消力池尺寸计算 (1)消力池的深度计算
d 0hc hs Z
hc
hc 2
1
8q 2
ghc3
1
b1 b2
0.25
Z q2 q2 2g 2hs2 2ghc2
hc3
T 0hc2
q2 2g 2
0
消力池的深度计算示意图
水利枢纽工程水闸消能防冲新技术分析
1引言研究国内外水利枢纽工程水闸消能防冲普遍存在的问题,结合现有研究成果和相关资料,发现导致水闸消能防冲结构稳定性较差的原因包括地质结构变化、枢纽布置不合理以及消能防冲设施设计不符合水闸消能防冲要求等。
为有效解决水闸消能防冲方面存在的问题,需要加强新技术、新材料的应用,提高水闸消能防冲结构的抗冲击能力,解决结构稳定性差问题,减少水流长期冲刷对水闸消能防冲结构的不利影响。
2工程概况本文以某地区水利枢纽工程为例,该工程初期修建的功能定位主要是防洪与供水,并为周边居民生活、农业灌溉以及航运河道提供电能和水资源,同时对下游自然生态环境也能起到一定改善的作用效果。
结合前期实地勘察情况,该工程由多个结构共同组成,如泄水闸、电站厂房、挡水坝、河岸连续构筑物等;正常时间段的蓄水位不超过40m ,总库容约为3.8×108m 3,防洪库容则是约为2.8×108m 3。
对该水利枢纽工程水闸运行期和施工导流期进行实时监测,以掌握水利枢纽工程整体运行情况,进一步分析水闸运行期和施工导流期所面临的消能防冲问题,为后续选择消能防冲新技术以及针对性制订技术方案提供参考依据。
3运行期水闸消能防冲问题3.1下游防冲槽长期受水流冲刷防冲槽被水流长期冲刷是水利枢纽工程运行期间较常出现的情况。
由于防冲槽自身结构稳定性较差,且该工程下游河道存在单宽流量大、水闸消能较弱等问题,流量中较大的能量在流动作用下向工程下游河道传输,使防冲槽受大能量水流的冲击,其在长期冲刷过程中形成的破坏力一旦超出河床原有冲击力的承受范围,必然导致防冲槽结构遭到严重破坏。
上述情况的出现与防冲槽柔软散体的结构特性有着直接关系,因此,需改善防冲槽结构整体性能,解决防冲槽结构稳定性较差问题,进而达到提高防冲槽的抗冲能力目的。
3.2倒塌现象在工程下游导墙部位频繁出现结合前工程实地勘察资料,发现在水利枢纽工程中,河床和河岸位置被不断刷,导致该区域导墙部位频繁出现倒塌问题。
浅析水闸消能防冲
给排水设计与建设2018年第19期395根据相关有效数据统计，截止目前，我国国内目前大中型水闸数量已有7000多座，其过闸流量可达8亿立方米每秒，随着时间的推移以及对相关病险水闸调查结果可知，大中型水闸的消能防冲设施损坏的异常严重。
因此，做好相应的消能防冲设施，对水闸的安全有很大的好处。
1 水流的特点水流经过水闸流向下游时，可能具有较大的上下游水位差。
同时间孔宽度一般都小于上、下游渠宽，使流量比较集中，单宽流量加大。
因此，水流具有很大的动能，若不采取适当的消能防冲措施，势必冲刷下游渠道，甚至威胁闸的安全。
在设计中为了布置恰当的水闸消能防冲设施，以保证水闸在调度控制中安全运行，应对水流的特点及其消能防冲设计的要求有初步了解。
（1）水流流速较大，必须考虑下游消能问题。
平原地区水闸的水头一般较低，河（渠）槽土质抗冲能力较小，下游水位变化又较大，常采用底流式消能方式；但由于水闸的上下游水位基较小，经水流消能后有时流速仍然很大，仍有较大的剩余动能，对允许不冲流速较低的下游河床，常造成较为严重的冲刷。
（2）平原地区的水闸河道两岸宽阔，水流出闸时由狭处向宽处扩散，极易在下游产生回流，使主流在一段距离内受到挤压，甚至偏离原来的流向产生折冲水流.淘刷岸坡及河床。
多孔水闸常因闸门开启不当，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游渠道。
另外，上游渠段不顺直，来水流势不匀称，或下游冀墙布置不当，扩散角太大，也极易形成折冲水流。
因此，除应在设计水闸的消能防冲设施时，做好总体布置外，还应制定合理的控制调度方案。
（3）水闸流量大，当水闸上下游水位差小时，过闸水流常不能产生正常水跃，而形成一系列逐渐消失的水波，称为波状水跃，消能效果不佳，挟有剩余能量的水流会冲刷下游渠道，影响渠道的稳定性。
因此，在设计和控制调度中，应尽量避免产生波状水跃。
2 消能防冲措施2.1 消力池的作用及构造消力池是闸室下游消能防冲的主要结构物，位置紧围闸室，通常将护坦高程降低，形成下降式消力池。
水闸的消能防冲
u排水孔布置：★ 孔径5～25cm，间距1.5～3.0 m，呈梅花形布
置；底部设置反滤层。
消能防冲设施
（二）海漫
紧接消力池，进一步消除余能，调整流速分 布使其达到河道天然流速分布状态。
u要求：抗冲、表面粗糙、透水、有一定柔性； u材料：浆砌石、干砌石； u厚度： u长度：按南科院经验公式计算。
u
l
为水跃长度，规范中推荐采用欧勒佛托斯基公
n
式计算：
l n=6.9(hc² -hc)
3.辅助消能工
作用：加大水流阻力；加强水流紊动和撞击； 稳定水跃；利于扩散水流。
类型：消力墩、消力齿、散流墩等。
消能防冲设施
消能防冲设施
4.护坦构造 （消力池底板）
u材料：混凝土、钢筋混凝土 u厚度：根据抗冲和抗浮要求分别计算，取其最大
不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此 消能设计的控制性水力条件也不尽相同，并不一定 是Qmax的情况。应选取可能的q、△H的不利组合。
消能防冲设施
四、闸门的运用管理
n 各闸门同步均匀提升，而且必须等下游水位升高后 再逐步开启。严禁单独完全开启一孔或少数几孔。
n 如受具体条件限制而不能同步开启时，则应分段开 启，每次开启0.5～1.0 m，依此对称而间隔地增加 每个闸门的开启度。
底流消能 主要结构是消力池，在池中利用水跃进
行消能。消力池后紧接海漫，在海漫上继续消除水流剩 余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速， 从而保护河床免受冲刷。
消能防冲设施
消力池
海漫
消能防冲设施
（一）消力池
1.消力池的设置条件
u 当 hs¢ £hc¢¢ 时，产生远趋式水跃或临界水跃，
水闸的消能和防冲处理的工程措施
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水闸防冲是指通过采取工程措施，防 止水闸下游受到水流冲击和侵蚀，从 而保证水闸的安全和稳定运行。
水闸防冲的重要性在于，如果水闸下 游的消能防冲处理不当，会导致严重 的冲刷和侵蚀问题，影响水闸的正常 运行，甚至危及人民生命财产安全。
水闸防冲的基本原理
水闸防冲的基本原理是利用水力学、流体力学等原理，通过 改变水流结构、调整水流状态、降低水流速度等方式，减小 水流的冲击力和侵蚀力。
• 水闸消能的基本原理是将水流的动能转化为热能或其他形式的能量。水流通过水闸时，水流的重力势能和动能会转化为水 流的动能，而水流的动能会在水闸的消能设施中被转化成热能或其他形式的能量，从而减少或消除水流的动能。
水闸消能的主要方式
水闸消能的主要方式包括底流消能、挑 流消能、面流消能、消力池消能等。其 中，底流消能和挑流消能是最常用的消
水闸防冲的主要方式包括：消力 池、消能坎、导流墙、下游防护 设施等。
消能坎是一种设置在水闸下游的 垂直墙体，它通过改变水流的结 构，将水流的动能转化为热能， 达到消能和防冲的目的。
下游防护设施包括护坦、海漫、 防冲槽等，它们可以有效地保护 水闸下游的河床和岸坡，防止水 流对河床和岸坡的冲刷和侵蚀。
04
某水闸防冲案例分析
01
防冲方式
该水闸采用了护坦防冲方式，通过在闸室底部设置护坦，保护河床不受
水流冲刷。
02
防冲效果
经过实际运行和监测，该水闸的防冲效果较好，有效保护了河床不受损
害。
03
工程特点
该水闸的防冲结构较为简单，施工方便，适用于中小型水闸的防冲处理
。同时，护坦防冲方式还可以增加水流的扩散和减速效果，减少水流对
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。
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。
防冲消能工程方案
防冲消能工程方案1. 引言防冲消能工程是一种应对自然灾害的重要手段，能够有效减轻或消除冲击能量对建筑物和结构的破坏。
本文将介绍一种基于消能装置的防冲工程方案，旨在保护建筑物和结构免受冲击力的侵害。
2. 方案概述本方案的核心思想是通过消能装置吸收和分散冲击能量，从而保护建筑物和结构的结构完整性。
具体而言，方案包括以下几个关键步骤：2.1 安全评估在实施防冲消能工程之前，必须对建筑物和结构的受冲击程度进行全面评估。
通过评估，可以确定消能装置的类型、数量和布置位置，以及其他相关的防冲措施。
2.2 消能装置设计和构造选择合适的消能装置是保护建筑物和结构的关键。
消能装置的设计和构造要考虑以下几个方面：•材料选择：消能装置应选择具有较高的吸能能力和耐久性的材料，如弹性橡胶、聚氨酯泡沫等。
•形状和尺寸：消能装置的形状和尺寸应根据冲击能量和结构特点进行合理设计，以确保最佳的吸能效果。
•安装方法：消能装置的安装方法应考虑到施工便利性和装置的可靠性，通常采用固定螺栓和焊接等方式安装。
2.3 消能装置布置消能装置的布置位置对防冲消能工程的效果至关重要。
通常，应根据冲击力的传递路径和结构的脆弱点，将消能装置布置在关键部位，以起到最佳的吸能效果。
3. 方案实施3.1 工程前准备在实施防冲消能工程之前，需要进行充分的准备工作：•详细规划：根据建筑物和结构的特点，制定详细的施工规划，明确工程的实施步骤和要求。
•材料采购：根据消能装置的设计要求，采购合适的材料和设备，确保施工的顺利进行。
•施工人员培训：对施工人员进行培训，使其掌握消能装置的安装方法和操作技巧，保证施工过程的质量和安全。
3.2 施工过程防冲消能工程的施工过程如下：1.清理施工区域：将施工区域内的障碍物和杂物清除，确保施工的安全和顺利进行。
2.安装消能装置：按照设计要求，将消能装置安装在预定位置，采用固定螺栓或焊接等方式进行固定。
3.联接消能装置和建筑结构：将消能装置与建筑结构进行联接，确保装置与结构之间的刚性和稳定性。
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
第四节 消能与防冲
第四节消能与防冲通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为40m时，单宽流量q=50秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达24000匹马力，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；消能设计原则：1°尽量增加水流的内部紊动, 2°限制水流对河床的冲刷范围消能方式：(底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能)1、底流消能1°工作原理在坝趾下游设消力池、消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击消耗能量。
见图5.62°产生底流消能的条件3°岩基上护坦的构造要求：护坦厚度应满足稳定要求，在扬压力和脉动压力作用下不浮起。
荷载：①水重集度②平均脉动压强③动水压力 (比较复杂，由试验确定)④扬压力强度(设排水时，仅有浮托力，不设排水时, 除考虑浮托力外还有渗透压力) .图5.6 底流消能措施图5.7所示为设计底流消能时, 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.2、挑流消能1°工作原理利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约20％。
起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。
见图5.8.图5.7 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.图 5.8挑流消能示意图2°设计内容选择鼻坎型式, 反弧半径, 鼻坎高程, 挑射角度.3°连续式挑坎R增加水流转向容易，但鼻坎向下游延伸较长，工程量增加；减小水流转向困难，一般取(8～10)hc；θ↑挑射距离远，入水角大，冲坑深；θ↓挑射距离近，入水角小，冲坑浅；θ=20～35°, 鼻坎高程一般高出下游最高水位1～2m。
4°对坝体安全的评估挑距: L, 冲坑: tk5°差动式挑坎使水流通过高低坎分为两股射出，在垂直方向有较大的扩散，水舌入水宽度增加，减少了单位面积上的冲刷能量，两股水流在空中互相撞击、掺气加剧。
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通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为40m时，单宽流量q=50秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达24000匹马力，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：
1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；
2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；
当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；
消能设计原则：1°尽量增加水流的内部紊动, 2°限制水流对河床的冲刷范围
消能方式：(底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能)
1、底流消能
1°工作原理
在坝趾下游设消力池、消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击消耗能量。
见图5.6
2°产生底流消能的条件
3°岩基上护坦的构造
要求：护坦厚度应满足稳定要求，在扬压力和脉动压力作用下不浮起。
荷载：①水重集度
②平均脉动压强
③动水压力(比较复杂，由试验确定)
④扬压力强度(设排水时，仅有浮托力，不设排水时, 除考虑浮托力外还有渗透压力) .
图5.6 底流消能措施
图5.7所示为设计底流消能时, 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.
2、挑流消能
1°工作原理
利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约20％。
起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。
见图5.8.
图5.7 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.
图 5.8挑流消能示意图
2°设计内容
选择鼻坎型式, 反弧半径, 鼻坎高程, 挑射角度.
3°连续式挑坎
R增加水流转向容易，但鼻坎向下游延伸较长，工程量增加；
减小水流转向困难，一般取(8～10)hc；
θ↑挑射距离远，入水角大，冲坑深；
θ↓挑射距离近，入水角小，冲坑浅；
θ=20～35°, 鼻坎高程一般高出下游最高水位1～2m。
4°对坝体安全的评估
挑距: L, 冲坑: tk
5°差动式挑坎
使水流通过高低坎分为两股射出，在垂直方向有较大的扩散，水舌入水宽度增加，减少了单位面积上的冲刷能量，两股水流在空中互相撞击、掺气加剧。
因此冲坑较连续式的浅，约减少35％，但挑距将有所减小。
主要缺点：高坎侧面极易形成负压而产生空蚀。
3、面流消能
工作原理：利用鼻坎将水流挑至水面(不是空中)，在主流下面形成旋滚，从而达到消能的目的。
结构尺寸：同挑流鼻坎不同之处：
鼻坎低一些(下游水位附近)；θ小一些(=0).
适用场合：①下游水位较深，单宽流量变化范围小，水位变幅不大；
②有排冰和漂木要求；
缺点：消能效率不高；下游水面波动大；影响电站稳定运行和通航。
4、消力戽消能
工作原理：利用戽坎在水下的特点，使水流分别在戽内和戽后漩滚，形成“三滚一浪”，进而达到消能目的。
见图5.9.
图5.9消力戽消能
设计内容：
确定反弧半径R: R↑坎上水流出流条件好，戽内漩滚水体相应加大，对消能有利，但R太大，效果不显著，且戽体工程量加大。
戽坎高度a: 戽坎应高于河床，以防泥沙杂物卷入戽内，一般取尾水深的1/9，a=R(1-COSθ)
挑射角度θ: 大部分工程采用45°，也有采用37°～40°.θ增大易产生戽流，但涌浪高冲坑深. θ减小戽内漩滚易超出戽外，最好由试验确定。
戽底高程: 一般取与河床同高，原则上保证在各级流量和下游水位条件下均能发生稳定戽流。
消力戽消能优点：工程量比消力池省，冲刷坑比挑流消能小，不存在雾化问题。
消力戽消能缺点：下游水位波动较大，延绵范围较长，易冲刷河岸，对航运不利，底部漩滚会把河床砂石带入戽内，磨损戽面，增加维修费用。
5、宽尾墩与挑流联合消能
6、不利流态----折冲水流的产生及其防止折冲水流：闸坝泄向下游的水流，主流在平面上不能均匀扩散，两侧形成回流，使主流受挤压，单宽流量增加，当两侧回流强度不同、水位不同时，可能将主流压向一侧，并沿下游河道或左或右摆动的现象。