在水工建筑物设计中,经泄水和输水建筑物下泄的水流往往具有很高的流速和能量,对下游河道和建筑物具有明显的破坏能力。为保证下游河道和建筑物的安全,通常在泄水和输水建筑物末端采取相应的消能措施,以消除下泄水流的能量。
在工程实际中,底流消能、挑流消能和面流消能是较为常见的三种消能方式:①底流消能对地质条件和尾水变幅适应性强,应用范围较广,能够适应高、中、低不同水头。在具体工程设计中,需保证各级设计流量均可形成稳定的淹没水跃流态,主要包括消力池深度、长度、尾坎高度及底板厚度,海漫长度、末端冲刷深度等计算内容。②挑流消能对尾水变幅适应性强,一般需要泄水建筑物下游具有较好的地质条件。在具体工程设计中,需保证挑流水舌及冲坑不危及工程建筑物及下游岸坡的稳定和安全,主要包括对各级流量(包括起挑流量)的水舌挑距、冲坑深度和水舌入水宽度等计算内容。③面流消能适用于下游尾水较深且水位稳定,河道顺直,一般要求河床特别是两岸在一定范围内有较高抗冲能力。在具体工程设计中,需根据面流消能的跌坎高度、坎顶挑角、反弧半径和跌坎长度等体型参数,对设计的各级流量组合进行相应水力计算,满足自由面流至淹没面流流态衔接条件。
在这三种比较普遍的消能方式之外,在工程中还有很多不同类型的消能工,包括消能戽、坝面台阶、宽尾墩、洞塞孔板等。在工程设计过程中,由于水流流态比较复杂,通常还需要通过水工模型试验进行验证。