内蒙古乌拉河闸二级消能设计体会

1、内蒙古乌拉河闸二级消能设计体会工程概况内蒙古河套灌区总干渠第一分水枢纽乌拉河进水闸建于1 9 6 3年，原设计流量为2 3m3/s,远景流量为9m3/s，闸室共2孔，单孔净宽3.0m，闸门型式为平板钢闸门。闸下设消力坎消能，坎高0 .5 m, 消力池长12.0 m。该闸使用多年，运用条件已发生变化。现闸设计流量为3 0m3/s，闸上设计水位为1 0 4 7.5 0 m，相 应下游水位为1 0 4 5.4 8 m。因消力坎消能不充分，造成下游冲刷。为此，该闸被列入黄河内蒙古河套灌 区2 0 0 1年续建配套与节水改造工程。设计考虑了消力池拆除重建及二级消力池两个方案，推荐采用二级消 力池方案。2

2、消能工设计流量的确定2.1确定原则消能工深度的设计流量为（hc”ht）最大值所对应的流量，而非过闸最大流量。一般将闸上高水位、闸 下无水作为消能计算的初始情况，将通过水闸的最小流量到最大流量范围内的各级流量，按以下方法计算相应的 hc和hc”，并定出相应的ht。对多孔闸，应根据闸门操作调度方案，按闸孔开启顺序、提升档次依次计算h c。本闸按2孔同时开启，每次提升0 .2m计算。消能工长度的设计流量为最大流量。2.2计算公式及说明收缩水深hc和跃后水深hc”的计算式如下：忡1孔出渔的H算公式为=咛璀妙、瓦瓦 121ht为堰顶算起的上一级闸孔开度过流量对应的下游水深。由表1可知，当闸孔开度e =

3、0. 4 m，hc ”一ht 值最大为1.412m，闸上水位为1 0 4 8.6 m，闸下水位为1045.096m，Q=12.041m3 /s，以此作为消能工深度的设计流量。3二级消力池设计3.1二级消力池加固措施原消力池池长12.0m，设消力坎，坎高0 .5m。设计将原消力坎凿除，在原消力池后增设第一级消力坎 和第二级综合式消力池。结构布置见图1。* I渭曜工WE谴计i*计,蠢Jfflt/llir.1,sVfkVV-虹20.1OOSlflin wys口.scLDQ.II91 OJDQ小拍q. mLl120.40. 105$0.侦1J.l0. 2%1-9ll(M9? DO?O.&1S1fl w

4、1. gI 4kl21 0. 150 S7I6110. frHLG.A WP1 Wl0.fl. IK2. Olf1. ；1iW20 $00 $61104J7L0JJ. wJ U3G. 6IWt.虫J Ml21.00旧卫0攻西111.皿1.04 7T2Q心2尊Q. frB3. 4 蛆I.O1:1.20 3ISS。S4J211l. 2i105 WU 6 3&. 73115D1.原in力值度褊应 置时方秘口3.2 收缩水深he及跃后水深he ”的计算式侑玷甲（成t黄t）佬）式中斥-一以消力池底为藤谁的上祢总能味A.收瀚断血棒.可踪莅代法计机醇bl、 b2消力池首端及末端宽度3.3第一级消力池设计3.

5、3.1第一级消力池池长计算采用水闸设计规范中公式：扁W A/-XJ经计算，当 Q=33.768m3/s 时，hc = 0.695m,；Lj=9.94m。原消力 池水平段长度为8.4m，池长不满足要求。设计将原消力坎凿除，在原结构下游1 .2m处新设消力坎。3.3.2第一级消力池坎高c的计算赢芒行i妃、每） 苔）耳为坎上蜩高的水文.搜过攻床洗为自山浴瓶的情 况汁算 地计件 Q =口 041.台畤,屁邓.19知一 W L S7Smi v r U. 8O3nic 魂定歌借 c = 0- H5mi-5.3.i判哧过炊水流懵保去=火7尸=壮45坎后冰流*J自由崔tfit n箫设第-Hi Jl 摘带力火戒

6、消内池3.4 第二级消力池设计3.4.1收缩水深hc的计算根据水流运动的基本方程式，建立1 2、 2 2断面能量方程，仍用式（3）计算hc及矽.T* S- M +g3.4.2第二级消力池尾坎高度计算&各资料中对尾坎高度的计算方法有所不同，笔者认为，不宜采用消力坎坎高的计算方法。因为前者 0.4虹5即为淹没出流，而在设计中应尽可能使0.85，使坎后形成较为平顺的水面衔接。有时计算值与选定 值相差较大。计算步骤为：初拟坎高c=（0.10.3）hs，并假设H1，求 s，反算H1，此处，广E ，直到假设H1与计算值相符。本闸选取尾坎高c = 0.2m、H 1 = 0.7 9 5 m，求得o s = 0

7、.7 5 7 9，反算H1 = 0.797 m，=0.87，坎后水流条件较好。3.4.3 第二级消力池池深计算d =或，加rI福土云广项&节圈设池深 d = 0.3m，T0 = 2.042m，hc = 0.255m，hc=1.161m，d = 0.26m， 选定池深满足要求。3.4.4 第二级消力池池长计算经计算，当 Q=33.768m3/s 时，T0 = 3.042m，hc = 0.612m，hc =1.861m； Lj=6.46m，考虑1 ：34斜坡段长度Ls，选定池长为10.8m，结构长度为13.0m。4其他消能设计方案4.1拆除重建方案新建消力池设计为综合式消力池，经计算，尾坎高度为0

8、.3m，池深0 .8m，池长18m（结构长度为1 9.2m）。4.2辅助消能工消力池中的辅助消能工多为趾墩、消能墩或二者的结合（即美国垦务局推荐的USBR-m型消能池）。本闸 消力池池深、池长不够，如设辅助消能工，虽能缩短水跃长度，但并不能有效降低跃后水深，仍需设二级消力池， 故未采用。其理论研究亦不充分，加之消能墩受水流冲击，新旧混凝土结合处施工复杂。5对水闸消能设计的认识5.1前苏联消能工的水力计算根据前苏联消能工的计算关系式，一般消力池水平段长度1。在（1.56）anp内选取，anp=（h c”hc），最适宜的长度lc=（24.5）anp。对在消力坎（临界坎高）下游设置的不深的消力池，

9、第一级消力池1。在（24）anp内规定，第二级消力池池长Ik及池深dk由不同Fr1时的关系曲线查 取。5.2消力池类型的选择消力池类型的选择应根据闸下水跃淹没度确定。如水跃淹没度（hs/hc）等于或略小于1.0,宜选用尾 坎式消力池，或在护坦上加设消力墩；当淹没度等于0 .850.95时，可选用挖深式消力池；当淹没度等 于0 .80.9时，可选用综合式消力池；当淹没度小于0.7时，应选用多级消力池消能。5.3对消力坎坎高及尾坎坎高的认识对水闸消能工而言，其流速小于12m/s，通常不发生空化与空蚀。为此，常将消能墩、消力坎上游面做成 直立型式，相同条件下其临界墙高最低。一般消力坎设计时，坎高的确定应满足3个条件：坎前形成淹没水跃；坎高高出闸底部分不宜大于0. 0 5H，以免影响泄流；坎后水流流态平顺，形成高淹没度流态。如设计成二级消力池，坎高仍需满足前两个条