为了提高消能效率，在消能池中设置的各种形式的墩或槛称为辅助消能工。辅助消能工的体型很多，下面举例说明几种辅助消能工及其作用，如图9.3.4所示。

（1）趾墩。设置在消能池的入口断面处，它可以分散入池水流，加剧紊动混掺作用，从而提高消能效率。

（2）消能墩。设置在池长1/3～1/2处，布置成一排或数排，它可以加剧池中水流的紊动混掺作用，并给水跃反作用力，从而减小水深缩短池长。

（3）尾槛。设置在消能池的出口断面处，它可以将池中具有较大流速的底部水流导向下游水体的上层，以减小对下游河床的冲刷。

根据实际工程情况，以上几种消能工既可以单独使用也可以联合使用。应注意的是：设置趾墩和消能墩处的流速不宜超过15m/s，否则将会产生空蚀现象，使趾墩和消能墩遭到破坏。

图9.3.4

图9.3.5

例9.3.1 如图9.3.5所示为一5孔溢流坝，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m，上游河道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即B0=Bc=nb+ （n-1）d，上下游水位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m3/s时，试求：

（1）判别底流衔接形式，如为远驱式水跃衔接，试设计消能池。

（2）降低护坦高程形式消能池。

（3）护坦末端建造消能墙形成消能池。

（4）综合式消能池。

解：

（1）底流衔接形式判别

上游水面收缩断面处河底的总能量为：

代入上式有：

收缩断面处宽度Bc=B0=43m，收缩断面处的单宽流量qc=Q/Bc=1400/43=32.56 （m2/s）。

坝面流速系数为：φ=1-0.0155p/H =1-0.0155×55/7.4=0.885

收缩断面水深为：E0=hc+q2c/（2gφ2h 2c）

即

经试算得hc=1.065m。

hc的共轭水深为：

下游水深ht=110-100=10 （m）。因为ht＜h″c，所以产生远驱式水跃，故要修建消能池。

（2）降低护坦高程形成的消能池

1）池深d的计算

应用公式为：

将式（9.3.15）代入式（9.3.12）中得：

式 （9.3.16）左端是池深d的函数，令

式 （9.3.16）右端是某个已知常数，令

设一系列池深d，然后分别由式 （9.3.13）、式 （9.3.14）求出相应的hc1和h″c1，代入式（9.3.17）计算f（d），使f（d）等于A值的池深即为所求。

设d=4.40m，由式（9.3.13）得：

解之得：hc1=1.025m

可见f（d）=A，故取池深d=4.40m。(www.daowen.com)

2）池长lB的计算

自由水跃长度为：

而

下面用附图Ⅳ的图解曲线进行计算：

（3）护坦末端建造消能墙形成的消能池

在消能墙计算中用到前面计算的结果有：qc=32.56m3/s，hc=1.065m，h″c=13.73m，ht=10m，hcr=4.76m，E0/hcr=13.11，ht/hcr=2.1。

墙高的计算

基本公式为：

1）先假设消能墙为自由溢流

此时σs=1，又m=0.42，σj=1.05，代入式（9.3.18）中得：

验算消能墙上的流态：

由于hs/H10＜0.45，假设消能墙自由溢流正确，即计算得到的墙高c也正确。但是，需要检查消能墙后的底流衔接形式。

2）消能墙后底流衔接形式的判别

这时消力墙前的总能量为：

取消能墙的流速系数φ=0.90，ζ0=E′0/hcr=14.677/4.76=3.08，由此查得：

所以

因为h″c1＜ht，故为淹没式水跃衔接形式，不需要修建第二道消能池。

3）池长计算

自由水跃长度为：

消能池长度为：

（4）综合式消能池

由前面的计算结果可知：只降低护坦高程需要挖深d=4.40m，只修建消能墙，墙高为c=7.93m，这两个数字对于实际工程来讲都是较大的数字，尤其是墙高，故需要再设计综合式消能池，以求选择最终的设计方案。为了简便计算，全部用附图Ⅳ的图解曲线进行。

附图Ⅳ中给出不同墙高c与池深d的组合解。只要其中之一已知，就可以按图解示例方法求解。同时图中还给出了消能墙的溢流流态——自由溢流或淹没溢流，即使是自由溢流也保证墙后是稍许淹没的水跃衔接，即不需要再修建第二道消能墙。

假设取池深d=2m，求这时的墙高c。

由

查附图Ⅳ有c/hcr=1.28，所以c=1.28×4.76=6.10 （m），且为淹没出流。

由图中查得ζc=0.218，ζ″=2.9，所以

自由水跃长度为：

消能池长度为：