陡槽式溢洪道

自20世紀80年代以來，階梯消能工(跌坎)引起水利工程界的重視，並得到較廣泛的研究和應用，是近年來較成功應用於溢洪道陡槽段的新型輔助消能工。階梯跌坎消殺了溢洪道陡槽段泄流的部分能量，大大減小了溢洪道陡槽末端的消力池尺寸，節省了工程量和投資。國內已修建了多座階梯式溢洪道，階梯消能工主要應用在坡度較陡的溢流壩上，且為內凹的連續式階梯消能工。國內中小型水庫的主、副壩多為土壩，壩坡較緩，其溢洪道陡槽段坡度較緩。結合中小型水庫工程實際，在水庫溢拱道修建或改造的基礎上，在溢洪道陡槽段設置階梯跌坎，以消殺溢洪道陡槽段泄流的部分能量，減小陡槽段末端消力池尺寸，或使陡槽上的多級消力池改造為只有陡槽末端的一個消力池 ^[1]  。

階梯消能工促進水流消能的機理主要是陡槽面的階梯增加了溢流槽面的“表面糙率”。當泄流流過溢洪道陡槽段階梯時，一方面由於階梯產生落差跌流，在階梯跌坎下游內部產生穩定的低壓漩渦；另一方面階梯跌坎頂不斷產生小漩渦，並捲入大量空氣，由此加劇了泄流的紊動，加速了壩面紊流邊界層的發展，在一定的單寬流量條件下，沿程水氣與水流充分摻混形成穩定的摻氣水流，槽面水深增大，流速相應減小，故耗散了壩面泄流的大量能量，大大增加了泄流的消能率。

溢洪道陡槽段階梯消能工的基本尺寸見下圖《溢洪道陡槽段階梯消能工的基本尺寸》所示 ^[2]  。

陡槽段階梯上的水流一般可以分為跌落水流、過渡水流和滑行水流。各種流動形式具體表現為：

(1)跌落水流：當來流量較小時，階梯的高度相對水流的水深較大，陡槽上游階梯上水流出現彎曲貼流現象或者為跌落出射狀；下游階梯水流出現跌落出射狀，跌落射流與階梯跌坎下游面之間存在空腔；

(2)過渡水流：過渡水流是跌落水流和滑行水流之間形成的一種水流現象，其水流波動較大，有些階梯跌坎下游面區域出現空腔，有些階梯下游面則出現漩渦流；

(3)滑行水流：水流流經階梯時，每一個階梯下游面區域充滿水，並形成穩定的漩渦，漩渦的旋轉方向與主流流動方向相同。

陡槽段的滑行水流視其摻氣情況可以分為即光滑水流、摻氣過渡區水流和完全摻氣水流。水流摻氣後，各級階梯跌坎沿程的流速較接近，水面明顯摻氣，沿程水深變化較小，説明陡槽段的泄流能量往下游是逐漸減小的。