消能设计是水工建筑物设计重要工作之一,良好的消能设施通过消减消力池内水流的动能,一方面防止下游河床受到冲刷,另一方面还能保护水工建筑物的稳定安全。平原地区的水闸等泄水建筑物,河床及岸坡抗冲刷能力较弱,这些水闸消能方式往往都采用底流式消能,消力池结构多为向下挖深式,通过斜坡段与水平底板相连接。而此种消力池的运行过程中,一般产生折坡水跃或者顺坡水跃,合理控制水跃长度和水跃消能效率是该类工程设计工作的重中之重。近年来,许多建于上世纪七、八十年代的泄水建筑物逐渐显露出各种问题,核心问题主要在消能结构上,消力池结构设计的核心主要是斜坡连接段、底板深度、消力池长度等,而这些结构的计算经验已经足够成熟。除此之外,消力池尾部结构、内部辅助消能工等对水流形态、紊动强度、冲淤效果具有重要的影响,因此,本文以消能效率和冲砂能力为目标,开展消力池尾部结构对消能特性及泥沙淤积影响的试验研究,具有一定的理论及实用价值。消力池的消能效果及泥沙冲淤受多重因素的影响,正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了"均匀分散,齐整可比"的特点,正交试验设计是分析因式设计的主要方法,是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。本文基于国内外学者对消力池水力特性及消能试验研究的基础,通过理论分析,确定了研究重点为尾坎结构变化对消力池的消能和冲砂效果的影响,以正交试验设计方法,通过建立水工消力池模型,在不改变消力池整体结构尺寸的基础上,反复调整尾槛坡度以及尾槛折坡位置,同时,将流量作为一个因素参与到正交设计中,以消能率和冲砂率为试验指标,确定正交表L9(34)。试验完成后,将数据整理到正交表内,经过正交试验极差分析和方差分析两种方法,最终得出流量、尾槛坡度、尾槛折坡位置三个因素对于消能率和冲砂率的影响趋势和影响程度大小。经分析得出结论:当流量越小、尾槛折坡点位置离尾槛越近、尾槛坡度越小时,消能率越大;流量越大、尾坎坡度越大、尾坎折坡位置距离尾坎越远时,消力池内淤积泥沙越少,排沙率越高。