水躍消能

根據尾水深度小於、等於和大於水躍躍後水深,水躍消能將出現遠驅、臨界和淹沒水躍三種銜接流態。

消力池深度與消力坎高度可通過水力計算確定，也可利用輔助圖表進行計算。消力池長度一般為平底自由水躍長度的70%～80%。消力池形式很多，較常見的有平底矩形斷面消力池、斜坡消力池、擴散與收縮型消力池和梯形斷面消力池等。為了提高消力池消能效果，減小消力池深度和長度，常在池中設置輔助消能工，常見的有分流趾墩、消力墩及尾檻等。

當躍前流速大於15m/s時，水躍前部的輔助消能工易遭空蝕破壞，不宜採用。水流出消力池後,底部流速仍較大時，應根據河牀地質情況,設置海漫、防衝槽等防衝設施。對於重要工程，水躍消能方案，要由水力模型試驗確定。

水躍消能主要靠水躍產生的表面旋滾及旋滾與底流間的強烈紊動、剪切和摻混作用。它具有流態穩定，消能效果較好,對地質條件和尾水變幅適應性強,尾水波動小，維修費用省等優點。但護坦較長，土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價較高。上游水位到躍首斷面的落差大，故該處流速高,當弗勞德數Fr低時,消散的動能少，即餘能多，而餘能主要就是躍後水深表達的位能。水躍消能應用很廣，適於高、中、低水頭，大、中、小流量各類泄水建築物。

在工程上,水躍消能要設計成能產生具有一定淹沒度σ (σ =1.05～1.10)的水躍，此時水躍消能的可靠性大,流態穩定；但淹沒度不能過大，否則將使消能率降低，護坦長度增加。臨界水躍消能效果最好，但流態不穩定，有時會產生遠驅水躍，河牀需要保護的範圍反而長，設計時要設法避免。為此可採用以下三種措施：

①降低護坦高程形成消力池；②在護坦末端設置消力坎，使坎前形成消力池；③既降低護坦高程，又建造消力坎形成綜合消力池。

護坦用來保護河牀不受高速水流沖刷。護坦長度應在水躍末端下游延伸一段距離。護坦厚度在自重、揚壓力、時均水壓力和脈動水壓力等荷載作用下，應滿足穩定要求，多做成上游厚下游薄。護坦下設排水以減小揚壓力。護坦抗浮穩定安全係數小時，可用錨筋加固。護坦應設温度伸縮縫；縱、橫縫應設止水。為防止水流淘刷，護坦末端，可設齒坎或齒牆。

水躍消能歷史悠久，應用廣泛。蘇聯薩揚舒申斯克水電站溢流重力拱壩消力池是迄今水頭最高的水躍消能工程,工作水頭為220m。葛洲壩水利樞紐二江泄水閘,也採用水躍消能，泄流能力達84000m3/s。 遼寧省的白石水庫也是採用水躍消能。