项目名称

阶梯式消能工应用研究

  主要完成人

陆芳春  包中进  史斌  陈雪  顾谦甫  施林祥 徐岗  屠兴刚  黄光明

 主要完成单位

浙江省水利河口研究院

                              （省内第一完成单位盖印）

市科技行政部门、省级厅（局）推荐意见及建议奖励等级

阶梯式消能工是通过溢流坝面沿程掺气、消能，达到节省工程投资、提高泄洪安全度目的一种新型消能技术。目前国内外对此种技术尚未形成系统的研究成果，制约了其在工程中的推广应用。该成果通过研究，系统全面地提出了阶梯式消能工各项参数的设计计算方法，可直接用于各类溢流坝工程设计，大幅度拓展了适用范围。该成果已应用于省千库保安工程建设中，节省消能工程投资的35%，减少消能工占地40—50%，同时还确保了工程安全和下游人民生命财产的安全。我厅推荐该成果申报省科技二等奖。

                                     （盖章）

项目联系

人及电话

 联系人：陆芳春

 电话：0571-86438061

所属国民经济行业

ABCDE  √F

GHIJKLMNOP

  任务来源

A BC D E F G H I J K

 L M N O √P QR

成果水平

1.国际领先2.国际先进

3.国内领先  √4.国内先进

主持鉴定单位

浙江省水利厅

   鉴定日期

2005年12月

计划（基金）

名称和编号

浙江省水利厅一般科技项目  RC0303

项目起止时间

起始：2003年1月18日

完成：2004年10月30日

项目简介（所属科学技术领域、主要内容、特点、推广应用、产业化情况）

阶梯式消能工主要应用于水利工程中，是一种新型消能技术，它改变了将水流能量输送至下游集中消除的传统消能方式，利用溢流陡槽上专门设置的系列阶梯，通过坡面沿程掺气、漩滚消能，达到简化下游消能设施、节省工程投资、缩短工期之目的，同时还具有良好的生态效益。

项目的主要研究内容为：（1）通过调研、专题物理模型及理论分析，研究阶梯式溢流坝在不同阶梯高度、不同单宽流量下的水流形态、水深变化、流速变化及消能效果；（2）分析阶梯消能的效果与坝高、下泄单宽流量、阶梯高度及坝面流程长度之间的规律。

项目组在阅读了大量国内外文献的基础上，采取专题物理模型试验研究与理论分析相结合的研究手段，对阶梯式消能工的各项水力特性及适用范围进行了深入系统研究。通过消能机理分析，获得各项水力特性关键影响因子，提出了典型流态临界发生条件、掺气发生点位置、均匀流掺气水深、消能率等一系列水力学计算公式和图表，其适用范围（坝坡1:0.5~1:2.5）涵盖了实际工程中常见的坝坡，具有较强的普遍性和实用性。

结合浙江省千库保安建设，已于2005年将本研究成果成功地应用于诸暨市石壁水库除险加固工程中，节省溢洪道消能设施投资35%，同时减小了施工难度，具有较好的经济效益，得到了业主和设计单位的一致认可。

研究成果可使该种新型消能技术在新建或改建工程泄洪建筑物、面板堆石坝、过水围堰、非溢流挡水坝、河道水质改善等方面具有更广泛的推广应用前景。

                                                      （不超过600个汉字）

发现、发明及创新点：

（1）研究成果具有很强的适用性——系统全面地提出了阶梯式消能工各项水力特性参数的计算公式和图表，明确了适用范围和主要参数选定方法。

（2）研究成果的适用坝坡范围广——1:0.5~1:2.5，涵盖了实际工程中常见的坝坡，实用性很好。     

（3）对掺气初始发生点研究的范围进行了拓展，拓宽了确定消能工适用坝高计算方法的应用范围。

（4）研究成果明确了在工程实用范围内，消能率与坝坡大小关系不大，根据成果可直接确定消能率，指导下游消能设施布置设计。

                                                      （不超过400个汉字）

保密要点：

                                                      （不超过100个汉字）

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

目前国内外对阶梯式消能工的研究，大部分是针对某一具体工程进行，提出适合于自身工程特点的研究方案，研究工作的重点多集中于消能率的分析和计算方面，而对泄流流态、掺气发生点、水深、压力特征以及消能效果等水力特性的系统研究成果未见报道，研究成果尚不够系统、完善，不利于此种新型消能技术在工程实践中推广应用。

而本研究成果具有很强的普遍性和适用性，系统地提出了各项水力特性参数的计算公式和图表，明确了适用范围和主要参数选定方法，对掺气初始发生点研究的适用范围进行了拓展，可直接指导工程设计，使工程更具经济性和安全性。

本研究成果可使阶梯式消能技术在新建或改建水利工程泄洪建筑物、面板堆石坝、过水围堰、非溢流挡水坝、河道水质改善等方面具有更广泛的推广应用前景。

                                                    （不超过800个汉字）

推广应用情况

我院曾于1997、1998年在老挝南果河水电站和玉环县里墩水库物理模型试验研究中，推荐应用阶梯式消能技术，并均为工程设计所采纳，现已建成运行；结合浙江省的千库保安建设，于2005年将本研究成果直接成功地应用于诸暨市石壁水库除险加固工程中，节省了溢洪道消能设施投资35%，同时减小了施工难度，具有较好的经济效益，得到了业主和设计单位的一致认可。

同时在《长江科学院院报》、《中国农村水利水电》等期刊上发表了《阶梯式溢流面消能特性研究》、《阶梯式消能工在石壁水库工程中的应用研究》等4篇论文。

基于阶梯式消能工具有能缩短工期、节省投资、生态效益良好等优点，研究成果除了在新建或改建水利工程泄洪建筑物中应用外，在面板堆石坝、过水围堰、非溢流挡水坝、河道水质改善等方面也具有广泛的推广应用前景。具体如下：

（1）对碾压式面板堆石坝和过水围堰的下游坡部分砌成阶梯状，施工期万一坝体或堰体过水时，可以形成阶梯消能，对坝脚起到保护作用，防止堆石坝体或堰体受损。

（2）对于某些特别重要的碾压砼坝，可利用施工技术将挡水坝下游坡筑成阶梯状，以便出现最大可能洪水（PMF）、坝顶漫溢时消能，以保护坝脚不受冲刷，保护大坝及下游安全。

（3）在需要改善水质的河道中，利用阶梯式泄槽水流高紊动、大量掺气的特点，设置人工阶梯，沿程重复掺气，通过气水交换及有机质的挥发，达到改善河道环境之目的。

视工程单宽流量的大小，阶梯式消能工可单独使用，也可结合宽尾墩联合消能，从而使阶梯式消能工的应用范围更为广泛。

                                                 （不超过800个汉字）

经济效益 （直接效益）                                单位：万元（人民币）

项目总投资额

        栏目

年份

新增销售额

  新增利润

新增税收

创收外汇

（美元）

节支总额

各栏目的计算依据：

间接效益：

诸暨市石壁水库除险加固工程中，溢洪道陡槽末端及消力池段左岸存在高约40m的高边坡开挖，岩性较破碎，坡顶有诸暨—东阳的县际公路通过，施工难度和工程量均很大。2005年在工程物理模型试验研究中，将本研究成果成功地应用于该工程中，使消力池尾坎向上游推移20m，池深减小4m，节省消力池工程投资的35 %，同时减小了左岸高边坡开挖的施工难度，取得了明显的社会和经济效益。

社会效益：

与传统的消能技术相比，阶梯式新型消能工除具有缩短工期、节省投资、减小施工难度等方面的经济效益外，还具有以下方面的社会效益：

（1）通过沿程强烈掺气具有较强的复氧能力，在一定程度上可提高下游河道溶解氧含量，改善河道水环境，具有较好的生态效益；

（2）水库或城市人工湖过水堰坝泄流过程中，坡面沿程跌流、掺气，能营造泄流景观，具有景观效益；

（3）应用在面板堆石坝、过水围堰、非溢流挡水坝等工程的下游坡，在坝（堰）顶溢流时可防止坝脚淘（冲）刷，保护大坝及下游人民生命财产的安全。

国别

申请号

专利号

项目名称