底流消能

利用底流流态衔接中的水跃，消耗、分散过水建筑物下泄水流能量的消能方式，又称水跃消能（参见彩图ⅩⅦ—9）。底流消能是一种应用广泛的消能方式。为使所有过流条件下都能形成水跃，并防止水跃区以及下游一定范围内河渠遭受水流的冲刷破坏，必须修建工程设施。一般在水跃区修建护坦或消力池。当河渠为土基或较差的岩基时，在水跃区后还需修建海漫、护坡以及防冲槽、防冲墙等。

ⅩⅦ—9 水流衔接——底流消能（丹江口水利枢纽深孔泄洪）

该分支供稿

底流消能适用于水闸、泄水坝、溢洪道、跌水、陡陂、水工隧洞、涵管等过水建筑物。它既适用于软基，也适用于岩基；既适用于低水头，也适用于较高水头。

水跃区的水流可分成主流区和表面漩滚区。主流区位于底层，自跃首沿流程向水面逐渐扩大；表面漩滚区在主流区上面，由水流掺混空气而成。底流消能通过下述机理消耗分散能量：①主流区水流的扩散、紊动以及与固体边界的摩擦。②表面漩滚区水流的剧烈紊动、掺气和内部摩擦。③两区间水质量的交换等。

底流消能设计要根据下游河道水深（h₁）和跃尾水深（h₂）的关系，判别上、下游水面衔接状态，据以选取适当的工程措施，以实现底流消能的目的。当h₁＜h₂时，将产生远驱水跃，一般修建消力池、消力槛或综合消力池，促使其在坝趾或泄水出口处产生临近水跃；当h₁＞h₂时，将产生淹没水跃，如果淹没度（h₁/h₂）过大，将显著影响消能效果，可采取具有斜坡进口段的消力池或增设消力墩、齿坎等辅助消能措施。设计时应考虑到各种可能出现的h₁和h₂，使淹没度保持在1.05～1.10的范围内，既保证产生临近水跃，又不至于因淹没度过大而影响消能效果。

底流消能中水跃的消能率（η）一般定义为

式中，E₁、E₂分别为跃首、跃尾断面水流的动能，采用断面时均流速计算。

由于式（1）并未反映跃尾水流中的紊动能（E_t），所以η值不能准确反映消能效果。格雷（Gray，S P.）和夏尔马（Sharma，H R.）提出了水跃实际消能率（η_p）的概念，即

式中，E_p为计入E_t的水跃区实际能量损失；E′₂为下游河渠正常水深时的水流比能；E₁-E′₂为理论上的能量损失。

η_p与跃首的弗劳德数（Fr）有关。Fr＜4.5的水跃，其漩滚发展不够充分或不够稳定，消能率低，跃后水流仍有较大的紊动和波动。此时需采取适当措施以提高其消能率，如设置辅助消能工等。

在较宽的河道中，水闸或溢流坝孔数较多时，可在护坦或消力池及其下游设隔墙，形成若干个单独的底流消能区。以防止或减轻主流折冲，减弱立轴回流，控制水跃位置，并便于对消力池、辅助消能工等进行分区检修。