渠亚伟， 宁利中， 宁碧波， 王新宏， 刘 爽， 田伟利

(1.西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地， 陕西 西安 710048；2.嘉兴学院 建筑工程学院， 浙江 嘉兴 314001； 3.上海大学 建筑系， 上海 200444)

1 研究背景

水利枢纽的建设一般会增大上下游的水位落差，从而使得下泄水流具有较大的单宽能量，若不采取有效的消能及防护措施，则会严重冲刷下游河床，对整个枢纽建筑物的稳定带来不利影响[1]。水流在通过水闸、溢流坝等水工建筑物时，原水流的过流边界条件已发生了改变，水流的流速增大，而高速水流具有很强的复杂性[2]，会出现各种复杂的水力现象，高速水流的消能防冲是水利工程中的一项重要课题[3-4]。

消能工的作用[5-6]就是减少水流携带的能量，改变水流流态和形态，通过促使水流发生横向或纵向扩散紊乱，以热能的形式消耗水流的能量，从而保护下游河床，以防发生严重的冲刷。依据具体的工程实际情况选择合适的消能方式以及设计、布置合理的消能工成为关乎水利枢纽工程运行安全的重要课题[6-10]。

底流消能(水跃消能)具有消能率较高、对河床的冲刷较小以及对地质条件要求不高等优点[11]，是水利工程中泄洪消能的主要形式之一。如苏联的萨扬舒申斯克水电站[12]、印度的特里水电站大坝[13]、葛洲坝水利枢纽的二江泄水闸[14]、辽宁清原下水库[15]均采用了底流消能形式，并且消能效果良好。

水跃可以从不同的角度进行分类[1]。从过流断面上来讲，其中最简单的情况是发生在沿程为平底等宽矩形断面河道中的水跃。……