低水头坝消力池内倾斜悬栅辅助消能工的优化试验研究

张梦丽; 祖云霞; 郭晓敏; 李徐; 唐杉彦嵚; 谭娅玲; 董涛

doi:null

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低水头坝消力池内倾斜悬栅辅助消能工的优化试验研究

由编辑部分配 | 更新时间：2025-10-30

- 低水头坝消力池内倾斜悬栅辅助消能工的优化试验研究
- Experimental Study on Optimization of Energy Dissipator Assisted by Inclined Suspended Grid in Stilling Pool of Low-Head Dam
- 人民珠江 2025年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.重庆水利电力职业技术学院，重庆，402160
  2.渝西设计院，重庆，402160
- 作者简介：
  
  张梦丽（1994—），女，硕士研究生，助教，主要从事水工结构研究工作。E-mail：1547494185@qq.com
  祖云霞（1999—），女，硕士研究生，助教，主要从事水工结构研究工作。E-mail：2512244032@ qq.com
- 基金信息：
  
  重庆水利电力职业技术学院科研项目(K202426)
- DOI：
  中图分类号： TV131
- 收稿：2025-08-07，
  
  修回：2025-09-21，
  
  录用：2025-09-30，
  
  网络出版：2025-10-30，
- 稿件说明：
移动端阅览
张梦丽，祖云霞，郭晓敏等.低水头坝消力池内倾斜悬栅辅助消能工的优化试验研究［J］.人民珠江，DOI：10.3969/j.issn.1001-9235.XXXX.XX.001.

ZHANG Mengli,ZU Yunxia,GUO Xiaomin,et al.Experimental Study on Optimization of Energy Dissipator Assisted by Inclined Suspended Grid in Stilling Pool of Low-Head Dam[J].PEARL RIVER,
张梦丽，祖云霞，郭晓敏等.低水头坝消力池内倾斜悬栅辅助消能工的优化试验研究［J］.人民珠江，DOI：10.3969/j.issn.1001-9235.XXXX.XX.001. DOI：

ZHANG Mengli,ZU Yunxia,GUO Xiaomin,et al.Experimental Study on Optimization of Energy Dissipator Assisted by Inclined Suspended Grid in Stilling Pool of Low-Head Dam[J].PEARL RIVER, DOI：10.3969/j.issn.1001-9235...001.

摘要

悬栅消能工是一种新型辅助消能结构，其特点是将栅条悬空设置于消力池内部。为系统研究低水头坝消力池中悬栅布置形式对消能性能的影响规律，提出一种创新性的双向交叉倾斜悬栅构型，并采用物理模型试验方法，对其最优倾斜角度与栅距组合开展优化研究。试验结果表明：悬栅采用双向交叉倾斜布置能有效降低水位差并保证消能率；在相同条件下，与水平布置和单向倾斜布置相比，其平均水位差变化率最大分别提高了45.67%和48.9%。当悬栅倾斜角为35°、组间间距为6 cm时，突破性降低水位差>75%，池内水面波动改善和水位差降低效果最为显著，故推荐其为最优设计方案。统计检验证实双向倾斜方案的优越性（p<0.001）。研究成果可为低水头坝消力池中交叉悬栅的优化布置提供理论依据与设计参考。

Abstract

Background

Stilling basins are commonly used energy dissipation structures in hydraulic engineering

particularly for low-head dams

where they facilitate hydraulic jumps to dissipate energy and ensure smooth flow transition. In certain projects

optimizing flow patterns requires not only high energy dissipation efficiency but also effective control of the maximum water depth within the basin to suppress downstream surges and ensure channel stability. However

due to constraints such as topography and geology

expanding the basin dimensions is often impractical

making auxiliary energy dissipation structures critical for enhancing performance.

Objective

This study aims to systematically investigate the impact of suspended grid arrangements on energy dissipation efficiency and water surface fluctuation suppression in low-head dam stilling basins. An innovative bidirectional cross-inclined suspended grid configuration was proposed to overcome the limitations of traditional horizontal layouts

which often require multi-layer structures and increase cost and complexity.

Methods

Physical model tests were conducted based on Froude similarity criteria (geometric scale: 1:20). The experimental setup included an overflow dam model with a stilling basin

where suspended grids with rectangular cross-sections were installed. Four inclination angles (15°

25°

35°

and 45°) and three grid spacings (6 cm

9 cm

and 12 cm) were tested under three configurations: horizontal

unidirectional inclined

and bidirectional cross-inclined. A total of 28 test scenarios (including a control group without grids) were evaluated

with each test repeated four times to ensure reliability. Key parameters measured included water level difference (ΔH)

energy dissipation rate (

)

and flow patterns. Statistical analysis (ANOVA and Tukey HSD tests) was employed to validate the significance of results.

Results

The bidirectional cross-inclined configuration demonstrated superior perform

ance in reducing water level differences and stabilizing flow patterns. Compared to horizontal and unidirectional inclined layouts

the average reduction in water level difference increased by 45.67% and 48.9%

respectively. The optimal configuration (35° inclination with 6 cm spacing) achieved a breakthrough reduction in water level difference (

75%) and significantly suppressed water surface fluctuations. Statistical analysis confirmed the superiority of the bidirectional inclined design (p

0.001). While all grid configurations marginally improved energy dissipation efficiency (average

increase: 0.85%–1.58%)

the primary benefit lay in flow stabilization.

Conclusion

The bidirectional cross-inclined suspended grid arrangement effectively enhances energy dissipation and flow stability in low-head dam stilling basins. The recommended optimal parameters (35° inclination with 6 cm spacing) provide a cost-efficient solution without requiring complex multi-layer structures. This study offers theoretical insights and practical guidelines for optimizing suspended grid designs in hydraulic engineering applications.

关键词

Keywords

references

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