[科普中国]-竖井消能

竖井消能（energy dissipation in shaft）是指在泄水陇洞（或管道）的进水塔或竖井式泄水，道的进水口底部，用一段封闭的竖井形成的消力坑进行消能的工程技术设施。消力坑上接进水塔或竖井，侧面与无压泄水隧洞或泄水管道相连。

简介竖井消能（energy dissipation in shaft）是指在泄水陇洞（或管道）的进水塔或竖井式泄水，道的进水口底部，用一段封闭的竖井形成的消力坑进行消能的工程技术设施。消力坑上接进水塔或竖井，侧面与无压泄水隧洞或泄水管道相连1。

原理水流自塔顶下泄，跌入消力坑，经过水体碰撞、漩滚，并渗入大量空气，消除大部余能后，再通过隧洞(管道)下泄。

为使水流在隧洞中安全下泄，一般将隧洞内的水流设计为急流，并留有一定空间，以保持水流处于无压流状态。当上下游水位差较大时，可考虑采用这种消能形式，便于水流在隧洞出口与下游水位衔接2。

影响因素影响竖井消能效果的因素很多，如:泄流量、进水口水头、洞内补气条件、塔(或井)的高度、直径和结构型式以及消力坑深度等，主要的是消力坑的深度和体积，其数值多采用工程类比法。必要时辅以水工模型试验确定。

当洞内水流大于设计流量时，塔(井)内易形成水塞，影响泄水隧洞的泄量、水流流态和消能效果，因此，设计流量要取得大些2。

背景技术竖井消能工是一种设置于水利工程中隧洞式泄水建筑物，其一般采用旋流式消能结构，具有较有较好地消能效果，但在高水头大流量泄流时建筑物内会伴随高速水流的冲刷、掺气、空化空蚀、急流冲击波等现象,消能过程中产生的振动及噪音较大，泄流能力易受到一定条件的限制3。

国内现状随着城市排洪和市政污水管道系统的兴建，出现了消能效果更好、冲击小和低噪音的挡板式竖井消能结构，该消能工包括竖井，竖井的底部有泄水口。

竖井内部有垂向隔墙将竖井中下部至顶部的空间分隔为千区和湿区,竖井顶部开有供泄水流入湿区的流入口，湿区的内壁的两侧由上至下设有多级相对的挡板，两侧相对的档板在垂向方向上相错开,垂向隔墙在位于挡板下方的位置开有通气孔。当泄水水流从竖井顶部的流入口流入湿区后，会在两侧的挡板上逐级跌落,形成折叠往复的整体水流流态。水流跌落到挡板上的水垫层后向四周扩散，并产生旋滚和剪切，水流紊动强、掺气和排气剧烈，将水流的能量大量耗散。跌落水流增加的势能在每级挡板上全部消耗，各级挡板跌落的流态相同，没有能量累积，经最后一级挡板跌入竖井底部消力池消能后从泄水口平稳地流出竖井。在消能过程中，竖井内的水流能量分级消散在各个挡板上，避免了集中消能带来的巨大冲击力、大振幅和高噪音等影响，消能效果更好，并且结构简单，施工方便。不足之处在于，该消能方式对竖井直径和挡板间距要求较高，结构参数出现偏差时各级跌流消能不充分，能量累加，流速逐渐增大，跌流落点逐渐外移，从而形成S型贴壁流，消能不满足设计运行的要求。另外，该消能工的竖井直径较大,挡板间距较小，造成挡板尺寸和数量都比较大，尚有较大的优化空间1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学