中文摘要：

消力池为安全、无雾化干扰的消能形式，但底流速大及需要较严的下游水深等成为其致命弱点。本研究提出了浅水垫消力池的概念常规消力池+浅水垫，将消力池与水垫消能结合起来，既减小消力池底流速度，又不至于造成底板过大的冲击和脉动压力。浅水垫消力池水力及消能特性与入流角度A和浅水垫深度S有紧密联系，不同S及A时，水垫作用由"隔层"-"降压"-"水垫"进行转变。它利用池底的水垫作为"柔性底板"，对水股施予柔性反作用力，"吸收"其部分冲击力，达到"以柔克刚"的目的。采用试验和精细数值模型对这些新的水力现象进行研究，将为水跃理论增添新生命力，拓宽应用范围，具有理论价值；预期该款形式消能工可解决陡坡溢洪道或泄洪洞出口消能带来的临底流速大及下游流态衔接难等问题，具有工程应用价值；与同样池深和池长常规消力池相比，它的消能效果增强；与按同样单宽流量设计的常规消力池相比，采用浅水垫消力池可以减小工程量，经济效果显著。

结论摘要：

本研究提出了浅水垫消力池的概念常规消力池+浅水垫，将消力池与水垫消能结合起来，既减小消力池底流速度，又不至于造成底板过大的冲击和脉动压力，克服了普通消力池存在临底速度高、跃后所需水深匹配严格等缺点。研究结合物理模型实验、数值及理论分析等手段，对不同的入流角度、水垫深度和流量(Fr)等，对浅水垫的水力特性进行了系统的研究，较好地完成了预期研究目标，取得了一系列研究成果（1）浅水垫消力池在较大范围的Fr条件下，均可以形成良好的淹没水跃，消能效果显著，相同Fr数下，浅水垫消力池跃后水深比常规消力池的明显减小，即发生水跃的下游匹配水深比常规消力池小；（2）得到了浅水垫池后水深与Fr及消能率的理论公式，与模型试验结果吻和良好，可用于浅水垫消力池的工程设计，具有重要的理论意义；（3）浅水垫消力池典型流态具有被入流水股分开的上下两个旋滚，受这两个旋滚挤压影响，断面速度分布变得更不均匀；（4）水股临底流速基本没有触底，主流离底部最近处大约位于浅水垫深度约1/2-3/4处；（5）大涡模拟能较好地模拟流动复杂的浅水垫消力池的各种水力特性；（6）大角度入流条件下，来流流量不同，主流水股触底范围及程度不同，尽管局部区域发生主流触底现象，但浅水垫仍起到了衰减主流流速的作用；（7）不同角度下，入流水股撞击浅水垫，流线产生明显变形；小角度时水股被水垫完全“吸收”，很快破碎；角度变大，水股被部分“吸收”，水股尽管总体仍较为连续，但已成“漂移”之势；入流角度较大时，水股呈连续状，但弯曲变形较为明显。（8）浅水垫消力池在池底形成一小的压力冲击区，这是浅水垫消力池与常规消力池不同的水力特性之一；随着角度增大，入流水股对浅水垫末端直立壁面的冲击更加明显。大角度入流条件下，来流量不同，时均压强沿程分布规律与主流触底规律一致来流量增大，底板上小压力冲击区范围变大，说明主流触底范围变大；同时，冲击位置往下游偏移。（9）浅水垫消力池底板脉动压力标准差在水跃区达到极值，由于水股余流对消力池尾坎仍有冲击作用，标准差在此处有一较大值；脉动压力的标准差的最大值随入流角度的增大而增大；浅水垫消力池在频率为12Hz左右其功率谱密度趋近零，与常规消力池一样属低频脉动。（10）在单浅水垫消力池的基础上提出双（多）浅水垫消力池的体型，并成功地在实际工程得到应用，其与传统消力池相比的优势在工程应用中得到了良好的体现。