摘 要：目前在中小型水工建筑领域，存在大量的能源浪费的问题，利用水跃消能技术，可以有效地在泄水过程中将准备排泄掉的尾水由急流转化为缓流，进而消除动能，可以在汛期有效地抵御洪水，提高水库的蓄水能力，同时可以减轻经济压力，达到最佳的能耗比。
关键词： 中小型水工 水工建筑物 底流 水跃消能技术 水利科研
一.引言
随着近年来我国自然灾害发生有一定的上升趋势，对水利建筑本身而言，提出了一定的挑战，一些年久失修的建筑或许不能应对这样恶劣的环境，所以在修建新型水利设施时，水跃消能技术就是在施工过程中必须要让建筑拥有的一项重要技术指标了，在设计过程中，不仅要考虑上流和下流的水位如何达到衔接，还要从提高水利建筑的使用年限来设计，让其达到功在千秋的作用，然而目前的水跃消能技术从设计到实施，仍有一系列的问题亟待解决，比如设计思路比较刻板，国内外利用此技术的可参照的建筑物比较少，或是在完成施工后，实际应用中超过设计的洪水警戒线造成洪水蔓延以至于需要长期返工，并带来一定的经济损失等问题，都需要日后在修建水工建筑物时考虑。
二.目前水工建筑物底流水跃消能技术存在的问题
水工相关建筑物施工时，需要考虑多方面的因素，由于水利的基础设施事关民生，人类饱受自然灾害侵扰时，如果某地在某以特定时间段多发大型降水，如果城市的排水设施存在问题，就有可能导致河堤内雨水倒灌，如果水利设施年久失修，就有可能引发大型洪水，进而会让雨水关进室内，给人类的生命安全带来一定威胁。但是，修建水利项目的目的又不仅仅局限于此，有些时候在水流由上流途经，流向下游时，由于水流的湍急程度不一，有可能导致一定的能量损失，进而会影响整个水流的利用率，在上流和下流的转换过程中，按照物理学的观点，一定要达成能量守恒，但是水流从严格意义上来说，是不能完全做到的，只能从一定角度出发，消除水能的影响，进而可以做到修建水利设施后，可以有效地衔接上流和下流，有益于提升河流的守恒程度。
同时，在交通部门对已经出现的水利问题进行分析研讨时，往往会把道路施或者雨污管道排水工程当成重点内容看待，由于各个城市的自然资源有所区别，有的城市被群山环绕，有的城市地势低洼，境内多小溪河流，每年对水利的预算资金也有一定区别，而且在设计工程时，不但要考虑工期成本，还需要考虑在日后一旦发生自然灾害，设计的水利设施的抵抗程度有多少，排泄废水所用到的设施，一般在主体工程中，费用有将近一半的占比，与此同时在设计水跃消能技术又占到了排泄废水所用费用的一半左右，因此水跃消能技术在给排水领域的地位是非常重要的，因此在设计时，一定要做充分必要的分析。
从物理学角度看，通过挑流消能、面流消能、底流消能都是一些常见的消除废能的解决办法，但是在施工过程中，底流消能虽然可以带来优质的水质，并且在整个施工过程中具有安全可靠的特点，同时可以尝试良好的消能效果，但又不能忽视底流消能所带来的一系列安全隐患，比如通过底流消能的方法消耗的工程量往往会比较大，在额外增加了一些工期的基础上，又对工程造价提出了一些很严格的要求，同时在水流途经下游时，会无可避免地产生强烈的冲刷，在整个施工过程中，不但耗费了大量的人力物力成本，还有可能超出施工的预算款，在当前节源节流的大环境下，控制好工程造价也是很有必要的。
三.水跃消能技术在水利工程施工时的具体应用
我国幅员辽阔，水利科学家们也在多年的实践经验中，设计出了一些可供借鉴的利用水跃消能技术的实例，比如重庆万盛的青山湖水库，就是很巧妙地运用了底流消能的一大实例，由于重庆万盛是山区，此项目距离万盛的政府所在地大约有几公里的车程，由于重庆的煤矿资源在早年间已有枯竭衰弱的信号，随着多年来的不断开采，在煤炭资源日益减少的基础上，对低下水水量而言也有不小的挑战，随着资源的不断衰减，导致地处我国中西部的重庆万盛出现了一定的用水困难问题，同时因地理位置不及国内一些发达地区，也在一定程度上制约了当地的经济发展。
在没有建成水利设施以前，万盛青山湖还是以一条小溪的形式存在的，当地人也把它亲切地称为养生河，在修建堤坝的基础上，还修建了国家级湿地公园，此水利工程的主要目的还是以解决整个万盛地区的老百姓日常生活用水为主，同时还带有一定的储备及引申功能，比如可以利用水流所带来的动能进行发电，由于此项目在重庆的母亲河形成的支流上，地理位置还是比较优越的，在此基础上，由于地处中西部山区之上，一定程度给万盛当地带来了经济上的不利影响，同时万盛也是一座资源枯竭型城市，整个城市如何在资源枯竭的前提下推动社会经济发展，也是当地政府多年来在思考的一个问题，同时当地因为水资源的枯竭，不仅居民生活不利，而且在农业灌溉时，也会发生缺少水资源，当出现高温干旱天气时，也不利于灌溉，进而有可能造成农作物的欠收和农民经济的损失。
在了解到万盛自然条件比较恶劣的前提后，在对此水利工程施工时，将整个工程一分为二，与常规项目不同的是，常规项目往往只考虑修建水利工程会给上下流域带来什么影响，而此工程，还充分考虑了当地的实际需要，因地制宜地修建了灌区工程，并且将灌区工程和大坝枢纽部分一分为二，各部分分工明确，给排水建筑物、泄洪通道、堤坝等设施一应俱全，同时在修建干渠暗渠时，也是根据实际需要进行了一定程度的深入研究，将原来的小溪级河沟予以拓宽升级，改造后渡槽长度大大增加，并新建了一段干渠，在干渠附近还建了一座变电站，主要功能即使利用了上下水流湍急程度不一致的好处，利用一处之前废弃的厂房，将水流的动能发挥到最佳，同时在设计泄洪通道时，将泄洪通道本身设置于河床的中间位置，同时此泄洪通道属于开敞式溢洪道，整个工程大坝属于细石砼砌块石重力坝，整个大坝轴线约188米，平均堤坝高度达到了二十多米，坝顶的高度达到了将近六百米，宽约八米，在消能的设计中，充分考虑到了需要在一定程度上达到能量的最高利用值，因此在设计上也体现了一定的人机交互原理，在机房控制整个工程时，采用了三扇钢闸门控制的方式，通过动态的水流来传输数据，并在数据库中予以记载，水库可以容纳整个万盛地区生活用水的需要，并且在抵抗洪水方面也做了充分的打算，按照重庆万盛地区多年来的降水量进行判断，按照每年汛期发生最频繁的时间内的短期降水总量进行研判，使其具有一定的抗风险能力，大约能抵抗五十年一遇的水灾，在整个项目施工过程中，一共耗时二十二个月，建设的总规模达到了一千两百零五万立方米，总投资额达到了三万两千万元人民币，同时，与之相配套的国家湿地公园风景秀丽，有三塘渔歌、养生飞瀑、青山晚照、七匠古艺、海绵家园、梨园春色等景观，在提升了蓄水能力、抗风险能力的同时，也从一定程度上带来了经济效益。
四.结束语
经过多年来的经验证明，在设计底流消能设施时，一定要充分考虑自然灾害可能引发的一系列安全隐患和设施的消能效率，在设计的过程中，也要通过计算最淹没度函数的方式来计算最佳淹没度，并从降低成本的角度实施工程。
参考文献：
[1] 张宗孝. 附加射流水跃消能的试验研究[D]. 西安：西安理工大学, 2003.
[2] 冬俊瑞, 李永祥, 李玉柱. 中小型水工建筑物底流水跃消能技术新进展[J]. 海河水利, 1996(6):4-8.
[3] 王燎原, 王建华, 葛小华, 等. 低佛氏数水跃消能最佳淹没度[J]. 黄河水利职业技术学院学报, 2006(1):26-27.
[4] 邸国平, 李治勤. 消力池水跃消能试验分析[J]. 山西水利科技, 2010(8):11-12.
[5] 陈泽曦. 水跃消能几个问题的探讨[J]. 水利科技,2001(3):18-19.
作者简介： 曾超，4201171989****7511，助理工程师。
程银露，4201171986****0012，助理工程师。