對水閘設計問題的補充討論之二
——水閘底流消能水力設計

茹建輝

(廣東省水利廳,廣州 510635)

1 下游河道水位流量關系的確定

底流消能是水閘工程應用最廣的消能形式，在水閘泄流時，若下游仍有足夠高的水位，保證水躍旋滾出現(xiàn)在消力池中或其上游，工程能安全地運行。若在泄流時下游水位低于相應的設計值，消力池不能形成水躍旋滾，流速較大的水舌將越過消力池尾，進入海漫和下游河床，形成“遠驅水躍”，沖毀下游的海漫和河道，破壞會繼續(xù)向上延伸危及消力池等主體工程。自上世紀以來，由于河沙被大量抽取，很多河道河床下切和水位下降，已引起大量用底流消能水閘的海漫甚至消力池被沖毀。工程下游水位是消能工程設計不可缺失的下游邊界，其選定合理與否是工程設計成功與否的關鍵；同樣下游水位流量關系是否在繼續(xù)下降，會不會超過設計條件，也是工程能否安全運用的關鍵。

遺憾的是，對工程下游河道水位及其變化趨向的研究與分析，這個及底流消能工程設計成敗的重大問題，并末受到應有的重視。《水閘設計規(guī)范》(SL 265—2016，以下簡稱為《規(guī)范》)第5.0.8條只簡單地提出:“當下游水深大于臨界水深時，消力池計算見附錄B”，該條的條文解析稱:“要求出池河床水深大于臨界水深，否則消力池后將出現(xiàn)急流狀態(tài)，這是不符合設計要求的”[1]。

關于 “出池河床水深”問題將在后面討論。眾所周知，臨界水深只是判斷水流流態(tài)的一個水力學指標，與河床的抗沖能力完全沒有直接聯(lián)系。表1為一般水閘在中、小開度泄流時，矩形河床的單寬流量q與相應的臨界水深hk和臨界流速Vk的關系。……