中小型渠首工程消能工水流特性模型试验研究鲁一耿凡坤戚印鑫李琳摘要：中小型引水渠首工程由闸室、护坦、防冲槽等主体结构组成。通过模型试验，研究分析相同地质条件及同等边界条件下消能工的工作规律，掌握消能防冲槽在无抛石或有抛石工况下消能工的水流特性，为消能防冲工程设计提供参考依据。研究发现：防冲槽内，在无抛石或抛填任何均匀粒径的卵石时，总会存在一个过水流量QX使闸前至护坦末端的沿程流速基本呈正态分布且流速与流量正相关;当防冲槽内无抛石或抛填任何均匀或混合粒径的卵石时，都改变不了流速大小的分布规律。对于一个几何结构不变的消能工，消能防冲槽内无任何抛填物的工况下，其最佳消能能力是一个常数;当防冲槽内有抛填卵石时，任何流量都存在一个使其防冲槽消能效果最好的最佳粒径组合，在最佳粒径组合下的流速就是对下游破坏力最小的安全流速。关键词：护坦及防冲槽;水流特性;消能防冲;模型试验：TV653文献标志码：Adoi：10.39691;issn，1000-1379.2021.08.022引用格式：鲁一，耿凡坤，戚印鑫，等.中小型渠首工程消能工水流特性模型试验研究[J].人民黄河，2021，43（8）：122-129.Abstract：Smallandmedium-sizedcanalheadprojectsaremostlycomposedofmainstructuressuchaslockchamber，apronandanti-scourchannel.Throughmodeltests，theworkingrulesofdissipatorsunderthesamegeologicalconditionsandthesameboundaryconditionswereanalyzed，andtheflowcharacteristicsoftheanti-scourchannelwhetherwithriprapsornotwerefound.ThestudyshowsthattherewillalwaysbeapassingwaterflowQXwhenthereisnoboulderorpebblesofanyuniformpsizeintheanti-flushingchannel，whichcausestheflowvelocityfromthefrontofthegatetotheendofthetankisnearlyanormalfashion，alsotheflowratehasapositivecorrelation;thedistributionoftheflowratecannotbechangedwhenthereisnoriprapintheanti-scourchanneloranyuniformormixed-sizepebblesarefilled.Foranenergydissipatorwiththesamegeometricstructure，thebestenergydissipationcapacityisaconstantundernothrowingmaterialintheanti-scourchannel;whengravelisdisposedintheanti-scourchannel，thereisanoptimalpsizecombinationforthebestenergydissipationeffectunderanyflowrate，whichmeansthattheflowrateatthispsizeisthesafeflowratewiththeleastdamagetothedownstream.Keywords：apronandanti-scourchannel;flowbehaviorcharacteristics;energydissipation;modeltest新疆農业是灌溉农业，灌溉用水的80%以上取自地表河流[1]，且绝大部分为多泥沙河流[2]。根据新疆地形特征，其渠首工程多布置在出山口处。由于河道纵比降大，因此渠首引洪时闸后冲刷严重，特别是当来水挟带泥沙时更容易威胁闸室整体安全。新疆渠首工程基本处于低水头运行状态，其消能方式以底流消能为主[3]，利用底部水流发生的水跃进行消能，这样能够获得较高的消能效率[4-5]。由于河流的含沙量大（且经常出现大粒径卵石、砾石），因此新疆已建低水头渠首工程的防冲槽被冲击破坏严重。台阶式溢洪道作为一种新的消能设施在国内外得到了广泛的应用[6]，但是施工复杂、造价较高，所以在工程实践中，多在海漫末端设置抛石防冲槽进行消能，其效果相对较好，且施工简便、工程造价相对较低[7]。李江峰等[8]通过物理模型试验研究抛石粒径对防冲槽的影响，分析认为护坦（海漫）末端连接防冲槽处宜设置垂直深隔墙，防冲槽内的上游坡坡比以1∶3～1∶6、下游仰坡坡比以1∶5～1∶10（其坡度趋于缓坡）为宜，冲坑深度计算公式建议采用水闸设计规范公式。基于有关学者已有的研究成果[8-9]，就消能工的设计领域而言，研究掌握消能工的水流特性对渠首工程消能工的设计至关重要。1模型试验1.1试验目的通过物理模型试验[10]，研究分析相同地质条件及同等边界条件下消能工的工作规律，掌握消能防冲槽在无抛石或有抛石工况下消能工的水流特性。1.2试验工况（1）消能防冲槽无抛石试验。消能防冲槽内无任何抛填物，按流量Q=220m3/s、Q=300m3/s、Q=400m3/s三种工况进...