低水头引水工程的一个普遍水力学问题是低佛氏数水跃的消能防冲,其特点是水跃消能率低,下游存在较大波浪,不仅淘刷岸坡、影响工程的运行,而且对下游河床冲刷严重。如何有效的解决低水头、大单宽流量、低佛氏数水跃的消能防冲问题是当今低水头引水工程广泛存在的工程难题。 本文以实际工程中存在低佛氏数水跃消能问题为研究对象,根据工程设计单位提供的基本资料,在实验室建立水工模型。通过模型试验,首先对原方案的低佛氏数水跃流态、水流流速分布情况、河床冲刷程度、水面波浪的大小、消能率等方面进行研究。然后根据消能原理和工程的实际情况,选定了本工程削减低佛氏数水跃余能的措施,并进行了修改方案的试验,最终为该工程提出了消减消力池低佛氏数水跃的余能的方法。 本研究提出了一种新型的用于低水头、大单宽流量、低佛氏数水跃的消能防冲的消能工型式—T型墩(置于海漫浆砌石段)。从T型墩消能工的下游水流流态、水流流速分布情况、河床冲刷程度、水面波浪的大小、消能率等方面对T型墩的消能防冲效果进行了论证,并与其他消能工的消能防冲效果相比较。 下游水流的底流速和水流的脉动流速及水体中蕴藏的紊动能是造成河床冲刷的主要因素。本研究在海漫浆砌石墩设置T型墩消能工,由于T型墩的存在阻碍束高了水流,改变了大部分水流的流向,加大了墩体上游水流的漩滚,特别是在T型墩的下游形成了较大的多轴漩滚,T型墩加大了水体的漩滚、混掺,促进了水流能量的转换与消散,加大水流能量的耗散,破坏了原有水流的大尺度涡旋,促使大尺度涡旋向小尺度涡旋转变,使下游水体中蕴藏的紊动能减小。 论证结果表明:在低水头、大单宽流量、低佛氏数的水跃条件下,与其他消能工比较,T型墩消能显示了较好的消能防冲效果。将T型墩置于海漫浆砌石段,有效的削弱了水流的余能,T型墩消能工的消能效果较好,底部流速小,紊动能较小,下游波浪小,下泄水流对河床冲刷较小。同时T型墩消能工结构简单,易于施工,工程量较小,用于低佛氏数水跃消能安全可靠,不仅可以在拟建工程中推广使用,而且适于已建工程的改造,而且避免了在消力池中修建辅助消能工,在泄洪时大量粒径较大的泥沙冲刷消力池,与消能工产生碰撞摩擦,局部漩涡及泥沙淤积。