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小洪水、2 底孔全开运行时（表孔不参与泄洪），消力池出池水流与下游河道水面衔接不够理想，存在
较明显的跌流流态，尾坎出池流速高达 12.1 m/s，消力池护坦以下下游河道最大冲刷深度为 13 m，可
见消力池消能效果存在明显不足。而 2 底孔采用半开运行（表孔参与泄洪）时，底孔消力池出池水流与
下游河道水面衔接平顺，尾坎出池流速 3.5 m/s，护坦流速 3 m/s，消力池护坦以下下游河道最大冲刷
深度仅 1.2 m，表明 2 底孔采用半开运行时，底孔消力池消能效果良好。
进一步的分析表明，本工程表孔与底孔消力池的最大入池单宽流量分别为 182.7 m /s、200 m /s，
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按入池流速 24 m/s 计算，则对应的入池 Fr 数分别为 2.78 与 2.66。而根据水跃消能理论，当消力池入
池 Fr 数在 2.5 ~ 4.5 范围时，水跃具有不稳定性，消能率低于 44%。本工程表孔与底孔消力池的入池
Fr 数接近于 2.5 ~ 4.5 的下限值，因此消力池消能效果存在先天不足，且底流消力池更甚于表孔。对
于表孔而言，在宣泄中小洪水情况下，上游水位的降低以及局部开启运行方式，都会显著降低下泄
流量并明显增大表孔消力池入池 Fr 数，进而提升其消能效果；而对于底孔而言，只有当局部开启运
行时，才会明显增大消力池入池 Fr 数，而上游运行水位的变化对于底孔这样的有压进口而言并不会
导致下泄流量与入池 Fr 数的明显改变。可见，从入池单宽流量与运行条件看，底孔消力池的消能效
果均不如表孔，在中小洪水运行工况下，由于下游水位较低，更容易导致消能效果欠佳。因此，对
本工程而言，在宣泄中小洪水时，应避免表孔不参与泄洪的 2 底孔全开运行方式，而采用表孔参与泄
洪的底孔半开运行方式进行，这样可以在确保泄洪安全的前提下，实现底孔的排沙功能。
根据上述分析，为确保泄洪安全，对本工程泄水建筑物的运行方式进行如下调整：在宣泄 20 年
一遇以下中小洪水时，采用 2 底孔半开、表孔参与泄洪的运行方式，实施泄洪排沙运行；当遇到高于
20 年一遇以上洪水时，2 底孔与 4 表孔全开泄洪。
在后续工作中将针对底孔坝段与消力池的布置体型开展进一步优化研究。

5 结论

采用底流消能的重力坝泄洪底孔，通常兼具泄洪、排沙、放空等多种功能，但与溢流表孔相
比，其在体型布置、消能工消能效果与运行方式上将面临更多挑战，需要给予更为充分的关注。
本文针对坝高为 67 m 的某重力坝工程进行了整体水工模型试验研究，重点研究了泄洪排沙底孔
运行时底流消力池的水力学指标与下游冲刷情况，研究发现：当底孔全开泄洪宣泄中小洪水时，因
入池 Fr 数较小，消力池下游水深不足，导致消力池消能效果欠佳，下游河床出现严重冲刷。因此在
宣泄中小洪水时，应避免表孔不参与泄洪的 2 底孔全开运行方式。
根据试验结果，对本工程泄洪排沙底孔的运行方式进行了调整，采用半开运行方式取代全开运
行方式，可显著提高消力池消能效果并减轻下游冲刷，是适合于本工程的泄洪排沙运行方式。研究
成果可供类似工程参考。

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