当前位置：文档之家 › 外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

  • 格式：pdf
  • 大小：256.82 KB
  • 文档页数：4

下载文档原格式

  / 4

合集下载

溢洪道阶梯消能工应用和运行观察

溢洪道阶梯消能工应用和运行观察
段 的流 态 ，陡 槽 段 末 端 的 消 力 池 人 池 流 速 小 于 １ ／，大 ６ｍ ｓ
２ 虎 局 水 库 溢 洪 道
・
４ ・ ０
水 利 水 电工 程 设 计
Ｄ Ｈ ・２ １ 年 第 ２ 卷 第 ４期 ＷＲ Ｅ ００ ９
溢 洪道阶梯 消能工应用和运 行观察
黄 智敏
摘 要
赖 翼峰
朱 红 华
溢洪道 陡槽段 的外 凸型阶梯 跌坎是一种新型的消能工。溢洪道 陡槽段 设置 了外 凸型 阶梯 跌坎之 后，可大大
增加 陡槽段泄流 的消 能率，减小 陡槽段下游消力池尺寸和工程量 。根据广东省 ４座水库 溢洪道和拦 河 闸外 凸型阶梯 跌坎 消能 工的应用和原 型观察 ，介绍溢 洪道和拦 河闸陡槽段 的不连续 外凸型阶梯 消能工运行情况 ，供 工程设计 和运
１２ 阶梯 消 能 工 布 置 ．
・４ １・ 流量达 约 １４Ｉ ／，接近溢洪道消能设计洪水泄流量 。泄洪 ６ ３ｓ ｎ 运行过程 中 ，可 以观察 到阶梯 陡槽段泄 流表层饱 和掺 气体 ， 呈乳 白色水 体状 ，表 层水 体水滴 落在 陡槽 段 内；陡槽 段下
游消力池水 跃稳 定 ，消能 较充分 ，出池水 流较 平顺与 下游 河道水 流衔 接。整个 泄洪 历时 约 １ 。泄洪 过后 ，对 溢洪 ０ｈ 道进行全 面检查 ，陡槽段 及 阶梯 跌坎 均完 好无损 ，未 产生
空蚀破坏 。
１ ５ ，在稿树下水库溢洪道除险加 固改造 中，经水工模 ９ 年 ９
型试验研究 ，在溢洪道 陡槽段上设置 了 ２ 级不连续的外凸型 ６
阶梯跌坎 ，阶梯跌坎高度 ｏ＝ ． ０２ ｍ、阶梯的间距 Ｓ ． ｍ ５ ＝４８ 。
溢洪道陡槽 段设 置 了阶梯跌 坎之 后 ，消耗 了 陡槽段 泄 流的部分能量 ，基 本消 除了 陡槽 段 的冲击 波 ，改善 了陡槽

不同台阶倾角对溢洪道斜陡槽段水流分布特性数值模拟研究

不同台阶倾角对溢洪道斜陡槽段水流分布特性数值模拟研究
关键词：溢洪道陡槽段；水流分布特性；数值模拟；台阶倾角
中图分类号：TV651. 1
文献标识码：A
文章编号：1008-1305（2019）06-0184-03
水库溢洪道下泄流量大、流速急，通常采用台 阶式斜陡槽和消力池等形式对水流能量进行耗散, 减小水流流速，保证溢洪道构筑物安全口⑷，同时 防止下游河床过度冲刷⑸。在台阶式斜陡槽消能结 构应用实践中，采用了多种台阶倾角方案。以笔者 统计的64个实例工程为例，最大倾角的为南非西 部斯蒂庞克的扎依霍克溢洪道，台阶倾角达到 58.2。，最小的为挪威圣维克多郡的斯托约得溢洪 道，台阶倾角仅为11.3°,不同的台阶倾角对溢洪 道消能效果影响较大[6'12] o为更好的研究台阶倾角 对溢洪道陡槽段水流特性以及消能效果的影响，本 文选择重庆石梁扣水电站溢洪道为研究对象，通过 三维数学模型模拟，分析不同台阶倾角下溢洪道的 水流特性分布规律。
・184・
的体形尺寸如图1所示。
6 O
（b）倾角为5。（工况二）
（C）倾角为10。（工况三）
@）倾角为15。（工况四）
图1 4组溢洪道陡槽台阶倾角设计方案
2.2计算软件选择及网格划分 结合计算软件的适用范围、计算精度和适用
性，综合选择FLUENT三维有限元软件进行模拟计 算[13'14]o实例工程的立面整体网格和局部网格划 分如图2所示。其中，方案一共有6285个网格节 点和5680个网格。方案二、三、四的网格数量和 网格节点数量与方案一大致相同。
15
45. 12 14. 72 67. 38
4结论
本文为更好地研究台阶倾角对溢洪道陡槽段水 流特性以及消能效果的影响，选择重庆石梁扣水电 站溢洪道为研究对象，通过三维数学模型模拟，总 共采用台阶倾角为0。、5。、10。、15。共4组工况， 分析不同台阶倾角下溢洪道的水流特性分布规律。 经过三维数模分析，综合流场、流速、压力、消能 效率对比，在台阶倾角为10。方案下，水流流场分 布最优，负压分布对溢洪道底板影响最小，消能效

陡槽溢洪道阶梯消能特性试验研究

陡槽溢洪道阶梯消能特性试验研究
中图分类号 Ｔ ｌ １６ Ｖ ３ ． 文献标识 码 Ａ 文章编号 １０．９０ ２０ ）４０４ ．３ ０７６８ （０ ６０－０ ７ ０
阶梯跌 坎作 为 陡槽溢 洪道 陡槽 段上 的一种 辅助
表 ２ 模型试验阶水力参数
消能工，它能大大增加陡槽段上泄流的 肖 能率 ，减 小陡槽末端底流消力池 的尺寸，节省工程 的投资。 溢洪 道陡槽 段 的阶梯 消能 工 已成功地 应用 于广 东省 的多项水利工程建设 中【 ，文 献 ［］ 卜 ５对溢洪道 陡 槽段的阶梯体型尺寸和布置进行 了初步探讨。由于 溢洪道陡槽段的坡度相对较缓 ，槽面上的阶梯多为 不连续 的外 凸型跌坎 （ 见图 １ ，现阶段对陡槽 溢洪 ） 道的阶梯体型及布置 、消能特性仍缺乏较系统的研 究，因此 ，本文在 ＝１４ ： 坡度的陡槽溢洪道 阶梯 消能水力模型试验 的基 础上 ，介绍 其试 验研究成 果 ，以供工程设计参考。
试验观测显示 ，在本文 阶梯体型尺寸和布置形 式范 围内，阶梯陡槽段泄流进入完全掺气水流形态 后， 水面掺气点 下游 经槽 面距离 ≥（２ ５ ｈ １ —１） （ 为完全掺气水流起始断面的水深 ， 坎高 口值越 大 ， 值相应减小） 之后 ，陡槽段 的水深和流速沿 程变化相应较小 ，出现类似均匀流动的现象 。
区
图 １ 陡槽段 阶梯体型示意 图
１ 模 型试 验 简 介
模型试验溢洪道堰顶段长 １ ，堰顶与其下游 ４ｍ 护坦面高差为 ３ ，陡槽段坡度 ０ｍ １ ，槽宽 Ｂ＝ ： ４
１ｍ ５ ，陡槽段阶梯高度 口＝ ． 一 Ｏ６ｍ Ｏ２ ５ ． ，间距 Ｓ＝
４３～ ４７ｍ，阶梯顶面为 水平 面 ，陡槽 段 阶梯尺 寸 ． ．
表 ３ 阶梯陡槽段水面掺气位置 Ｌ 值 Ⅱ
ｎ

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后 ， 可明显降低陡槽段流速 ， 增大泄流的消能率 ， 简化其下游消能 摘 要 ： 对陡坡段坡度 １∶１ 和 １∶１． 对这两 设施 。 在水力模型试验的基础上 ， ５ 的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行 观 察 和 测 试 ， 种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析 ， 提出了坡度为 １∶１． ５ 的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气 断 面 位 置 和 水 深的计算方法 。 应用本文成果和结合前期的研究成果 ， 可将外 凸 型 阶 梯 陡 槽 段 泄 流 水 面 掺 气 断 面 位 置 和 水 深 计 算 的 坡 并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和 度范围由 １∶２～１∶６ 扩展为 １∶１． ５～１∶６， 消能率 。 溢洪道 ； 陡槽段 ； 外凸型阶梯 ； 掺气位置 ； 消能 关键词 ： ６ ５ １． １ 文献标识码 ： ＴＶ Ａ 中图分类号 ：
ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｂ ｕ ｌ ｉ ｎ Ｓ ｔ ｅ Ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ Ｅ ｐ ｙ ｇ ｇ ｐ
３ １ ５
３ （ ·ｍ） ／ 单宽流量 ｑ≤１ 泄流运行时， 从溢洪道堰顶下泄的 ０ｍ ｓ
水流易撞击陡槽段第一级阶梯顶面 ， 该阶梯顶面将泄流挑起落 入下游陡槽段 ， 水花四处飞溅 ， 流态较 紊 乱 ， 不利于陡槽段槽面 和两侧岸坡的安全 。 （ ） 坡 度 ｉ＝１∶１． ２ ５ 的 阶 梯 陡 槽 段 与 水 平 线 夹 角 θ＝ 在各种 不 同 阶 梯 高 陡槽段坡度相对ｉ ３． ６ ９ ３ °， ＝１∶１ 坡度较缓 ，

广东省溢洪道阶梯式消能工的研究

广东省溢洪道阶梯式消能工的研究

广东省溢洪道阶梯式消能工的研究
黄智敏;朱红华;陈卓英;付波
【期刊名称】《广东水利水电》
【年(卷),期】2018(000)011
【摘要】阶梯式消能工已在广东省溢洪道工程中得到了应用,但目前有关的阶梯式消能工的设计方法尚不够完善.在总结广东省现有的溢洪道陡坡段阶梯式消能工试验研究成果的基础上,阐述了连续的内凹型阶梯和不连续的外凸型阶梯的体型布置方法和消能特性,并在坡度1:3的陡坡段上进行光滑槽面和外凸型阶梯槽面的消能特性比较.结果表明,溢洪道陡坡段的阶梯式消能工具有消能效果好、可简化下游消能设施等优点.研究成果可供类似的工程研究和设计参考.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】黄智敏;朱红华;陈卓英;付波
【作者单位】广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室, 广东广州 510635
【正文语种】中文
【中图分类】TV651.1
【相关文献】
1.格栅与阶梯式溢流面联合消能工的试验研究 [J], 藤显华;王磊;孙凤波
2.阶梯式坝面消能工阶梯段流场分布规律研究 [J], 李友辉;张友权;张赛珍;袁宝招
3.阶梯式消能工在大河口水库溢洪道中的应用 [J], 王洪伟;徐岗
4.阶梯式消能工在石壁水库工程中的应用研究 [J], 陆芳春;徐岗;施林祥;何月姣
5.阶梯式消能工在排洪渠中的应用研究 [J], 田杰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

广东省溢洪道阶梯式消能工的研究

广东省溢洪道阶梯式消能工的研究
������１６������
２０１８ 年 １１ 月 第 １
Ｎｏ������ １１ Ｎｏｖ. ２０１８
图 ２ 阶梯陡坡段泄流流态示意
２������ １ 内凹型阶梯的体型布置 图 ３ 为水力模型试验推荐的台山核电水库溢流坝
面阶梯布置图[６] ꎮ 综合广东省的溢流坝阶梯消能的试 验研究成果ꎬ 溢流坝面连续的内凹型阶梯布置和体型 尺寸设计方法叙述如下ꎮ
内凹型阶梯多用于坡度较陡的溢流坝面上ꎮ 我国 福建省水东水电站、 云南省大朝山水电站等溢流坝采 用了坝面阶梯和底流消力池结合的消能方案ꎬ 取得了 较显著工程效益[３ －４] ꎮ
广东省水利水电科学研究院是国内较早开展阶梯 消能的研究单位ꎮ 在 ２０ 世纪 ８０ 年代末的广州抽水蓄 能电站上库溢洪道水力模型试验中ꎬ 进行了阶梯式消 能工的方案比选[５] ꎮ ２０００ 年以来ꎬ 经水力模型试验研 究ꎬ 广东省惠州抽水蓄能电站上库和下库溢流坝、 阳 江抽水蓄能电站上库溢流坝、 台山核电厂淡水水源工
２) 阶梯的上游坝面起始位置 通常ꎬ 溢流坝上游堰面多采用 ＷＥＳ 型或其他堰型 曲线ꎬ 为了不增加堰面可能出现的负压值和便于阶梯 的布置及施工ꎬ 上游堰面无闸墩时ꎬ 上游首个阶梯起 点一般布置在上游堰面与下游陡坡段的连接点断面处ꎻ 上游堰面有闸墩时ꎬ 上游首个阶梯可布置在闸墩末端 断面处ꎮ 为了使堰面下游阶梯段的泄流较平顺衔接过渡ꎬ 同时减小该区段阶梯下游立面底部的负压值ꎬ 通常可 在阶梯上游段先设置 ３ ~ ４ 级比坝面设计阶梯高度 ａ 稍 小的阶梯ꎮ 如台山核电水库溢流坝面的设计阶梯高度 ａ 为 ０������ ９ ｍꎬ 其陡坡段起点下游先设置 ３ 级高度 ０������ ６ ｍ 的阶梯ꎬ 再接 ４０ 级高度 ０������ ９ ｍ 的阶梯ꎮ ３) 上游堰顶闸墩的布置 为了减小堰顶闸墩下游末端水花飞溅现象及增加 阶梯坝面泄流的掺气和紊动ꎬ 通常可将溢流堰面曲线 下游切点处的闸墩下游段设置为宽尾墩ꎮ 宽尾墩收缩 率: Ｂ２ / Ｂ１ ＝ ０������ ７３ ~ ０������ ７８ꎮ Ｂ１ 为溢流坝闸孔上游进口 净宽ꎬ Ｂ２ 为宽尾墩下游出口断面的闸孔宽度ꎬ 扩散角 β ＝ １５° ~ ２０°( 见图 ４ 所示) ꎮ 溢流堰面闸墩下游段修改为宽尾墩之后ꎬ 各闸孔两 侧的宽尾墩边墙区域水流壅高、 形成水冠ꎬ 宽尾墩末端 下游出现局部无水区域ꎬ 宽尾墩出口断面两侧水冠与下 游阶梯坝面水流汇合之后ꎬ 加大了坝面水流的紊动和掺 气ꎬ 坝面的泄流消能效果较充分(见图 ４ 所示)ꎮ

努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究


率会 随着流量增大下降 ，也就是说 ，单宽流量越 大。 消能 率越 小 。这 里 采用如 下方 法来 进 行 消能 率 的计算 ， 在下图中选取 ３ 个计算断面（ 图 ２ ， 见 ）并 且 定 义消 能率 ：
譬
一
９ 一
吉 林水 利
裹２
努尔加 水 库 台阶式 溢 洪道水 力 特性 的研 究
【 摘要 】 文主要介绍努 尔加 水库 台阶式溢洪道 的试验研 究成果 。通过模型试验 ， 本 对单宽流量在 ２ ． 一 １８ ／・ ４１ ７ ］ｍ￣ ｍ ｓ ＇
的 台 阶式 溢洪 道 的 台阶坡 度 ， 高度 和 水 力特 性 认 识 更 加 深 入 。试 验 表 明坡 度 较 陡 。 宽 流 量较 小 的 情 况 下 消 能 效 单 果 最好 。研 究 工作 对 大 单 宽 流 量 台阶 溢 洪 道 的推 广应 用 具有 较 高 的参 考 价 值 。 ［ 键词】 关 台阶 式 溢 洪 道 ； 坡 ； 量 ； 型 试 验 纵 流 模 【 中圈 分 类 号 ］Ｔ ５ ． ｖ ６ １１ ［ 献标识码］Ｂ 文
８ ． １ ０ ６４ ． ５
６Ｏ ． ７ ５２ ． ２
４０ ． ７ ３６ ． ４
３Ｏ ． １ －５ １８ ．
８８ ． ５ ７８ ． １
６８ ． ９ ５８ ． ５
测 点 编 号 ｄ０ ３ ｄ１ ３ ｄ３ ３ ｄ４ ３ ｄ５ ３ ｄ６ ３ ｄ７ ３ 桩 号 （ 大 ｍ） 台 表 ０ ２ ６ ７ 表 ｏ ２ ８ ７ 表 ｏ ３ ０１ ８ ＋ ７．８ ４ ＋ ７． ８ ５ ＋ ０ ．７ 表 Ｏ ３ ２２ ８ ＋ Ｏ ．７ 表 ｏ ３ ４３ ８ ＋ ０ ．７ 表 ０ ３ ６４ ８ 表 ０ ３ ８ ７ ＋ ０． ＋ ０． ８ ７ ５ 高程（ 阶 ｍ】

阶梯消能工的研究与应用

阶梯消能工的研究与应用作者：严维栗帅赵德亮来源：《价值工程》2013年第19期摘要：根据阶梯消能工的水流流态及水力特性，通过水工模型试验并结合运用已有的研究成果，对我国阶梯消能工应用中有代表性的两个工程实例进行了分析和讨论，明确了其在工程中的实际意义。

指出了阶梯消能工的工程适应性及发展方向，供工程设计和运行参考。

Abstract： According to the flow pattern and hydraulic characteristics of ladder dissipator， by hydraulic model tests and the use of existing research results， two representative engineering examples in application of ladder dissipator are analyzed and discussed， its practical significance in engineering is cleared， and its engineering adaptability and development direction are pointed out for the reference to engineering design and operation.关键词：阶梯消能工；水力特性；试验研究；工程应用Key words： ladder dissipator；hydraulic characteristics；experimental investigation；engineering application中图分类号：TV131.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）19-0085-031 阶梯消能技术简介传统的泄洪方式，下泄水流的能量几乎全部输送到下游坝趾处，通过底流、面流、挑流等方式集中消散，并相应采取大量的消能防冲设旋（其投资可达泄水建筑物总造价的30%～40%）。

陡槽溢洪道阶梯消能特性探讨


态 、 气位 置 、 能 率 等 进 行 分析 研 究 ， 结合 阳江 核 电 水 库 溢 洪 道 模 型试 验 成 果加 以分 析 ， 究 成 果 可 供 类 似 工 程设 计 参考 。 掺 消 并 研
关 麓 词 ：陡 槽 溢 洪 道 ； 阶梯 ； 态 ； 气 ； 能 ； 究 流 掺 消 研 中 豳分 类 号 ： Ｖ ５ ． Ｔ ６ １２ 文献 标 识 码 ：Ｂ 文 章编 号 ：１ ０ － １ ２ ２ ０ ０ －０ ００ ０ ８０ １ （ ０ ６） ２０ １ －３
是 将 陡槽 段 设 置 ２级 以 上 的 多 级 消 力 池 ， 将 下 游 消 力 池 加 深 和 或 加 长 ， 而 大大 增 加 了工 程 量 和投 资 。 因
近年 来 ， 东省 的 多 项 溢 洪 道 的 陡 槽 段 上 成 功 地 设 置 了 一 广
水 深 和 水 滴 跃 移 区掺 气 水 深 的 平 均 水 深 为 坎 顶 平 均 水 深 。工 程
２ 模 型 试 验 简 介
陡槽 溢洪 道模 型布 置见 图 １其 上 游 堰 顶 至 下 游 护 坦 落 差 为 ，
３ 宽度 为 １ 陡 槽 坡 度 为 ｉ ： ３和 １ ４ 相 应 的 陡 坡 段 ０ ｍ， ５ ｍ， ＝１ ： ，
（ ） 弯曲和蚨谴水 谴 － （ ） 滑行水谴 ｂ
跌 流状 。
） 槽 面 阶 梯 相 对 高 度 Ｋ ：。ｃｓ／ 、 。
（ ／ ｏ Ｏ （ Ｋ＝ Ｏ ／ ） 立 函数 关 系式 ： ｓ ｃｓ ） 即 口Ｃ ＳＯ ｓ 建
＝
。
厂ｈ ， （Ｉ ）
收 稿 日期 ： ０ ６ ．０ ２ ｏ ３２
作 者 简 介 ：黄 智 ｔ （ ９７ ） 男 ， 学硕 士 ， 授 级 高 级 工 程 师 ， 总工 程 师 ， 事 水 工 水 力 学研 究 工 作 。 １５ 一 ， 工 教 副 从

台阶后水流水力特性的试验及其数值模拟研究

台阶后水流水力特性的试验及其数值模拟研究流动的分离与再附着是自然界、工业生产和人们的日常生活中常见的流动现象。

台阶后流动虽然结构简单,却包含流动分离与再附着的所有特征,因此,这种模型成为对分离与再附着流动进行研究的典型代表。

在河道突扩、泄洪洞中跌坎后的突扩分离流动等水利工程中,流动的分离与再附着往往伴随有空化与空蚀现象的发生,因此对台阶后流动进行研究,找到并改善容易发生空蚀的位置在水利工程中显得尤为重要。

本文通过相应的理论基础,采用PIV试验及数值模拟方法对台阶后水流流动特性进行研究。

采用粒子图像测速技术(PIV)对Re在500~80000之间的40种雷诺数下台阶后水流进行测量,使用Realizable k-ε湍流模型对这40种雷诺数下台阶后水流进行数值模拟,结合试验与数值模拟分析台阶后水流的二维及三维时均流动特性。

使用大涡数值模拟方法对Re=3040下台阶后水流进行数值模拟,分别设置3组不同的计算条件,从网格粗细、亚格子模式及压力-速度耦合算法等几个方面对模型进行验证,并分析水流的瞬时流动特性。

主要结论如下:(1)台阶后回流区长度X_r/h随着雷诺数的增加先增加后减小,最终稳定在6.6附近;二次回流区的长度随着雷诺数的增加逐渐减小,台阶处二次回流涡的尺寸逐渐减小。

(2)低雷诺数下,台阶高度以下湍动能呈抛物线分布,沿程逐渐减小,回流区内中心断面处流速最大;台阶高度以上湍动能呈S型分布,中心断面处流速较低。

高雷诺数下,台阶高度以下回流区内湍动能沿程增加,离开回流区后沿程逐渐减小;台阶高度以上湍动能沿程逐渐增加,流速受台阶后回流区漩涡的影响较小。

台阶后水流湍动能最大值的位置沿程逐渐降低。

(3)不同的网格粗细对大涡数值模拟结果的影响比较大,网格越细,结果越精确,但耗费的时间越长;不同的亚格子模式对大涡数值模拟结果的影响比较大,采用Smagorinsky-Lilly动力模式模拟所得结果明显优于采用Smagorinsky-Lilly模式和采用WALE模式模拟所得结果,但模拟所耗费时间也有所增加;不同的压力-速度耦合算法对大涡数值模拟结果的影响较小,采用PISO算法模拟所得结果优于采用SIMPLE算法和采用SIMPLEC算法所得结果。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后 ， 可明显降低陡槽段流速 ， 增大泄流的消能率 ， 简化其下游消能 摘 要 ： 对陡坡段坡度 １∶１ 和 １∶１． 对这两 设施 。 在水力模型试验的基础上 ， ５ 的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行 观 察 和 测 试 ， 种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析 ， 提出了坡度为 １∶１． ５ 的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气 断 面 位 置 和 水 深的计算方法 。 应用本文成果和结合前期的研究成果 ， 可将外 凸 型 阶 梯 陡 槽 段 泄 流 水 面 掺 气 断 面 位 置 和 水 深 计 算 的 坡 并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和 度范围由 １∶２～１∶６ 扩展为 １∶１． ５～１∶６， 消能率 。 溢洪道 ； 陡槽段 ； 外凸型阶梯 ； 掺气位置 ； 消能 关键词 ： ６ ５ １． １ 文献标识码 ： ＴＶ Ａ 中图分类号 ：
收稿日期 ： ０ １ ０ １ ４ ７ ６ ２ － － ， 作者简介 ： 男， 硕 士， 黄智敏 （ 教 授 级 高 级 工 程 师， 从事水力 ９ ５ ７－） １ ： 学及河流动力学研究 。Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｈ ｚ ｍ ３ ０ １ １＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。 图 １ 陡槽段不连续的外凸型阶梯布置 （ 单位 ： ｍ） Ｆ ｉ ． １ Ｌ ａ ｏ ｕ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｏ ｆ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ
外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究 黄智敏 陈卓英 付 波 泄 流 流 态、 沿程水面线和 不连续的外凸型阶 梯 的 体 型 和 布 置 、 ］ 消能计算等进行了研究 。 文献 ［ 指出 ， 当溢 洪 道 陡 坡 段 坡 度ｉ ２ 可综合考 虑 阶 梯 体 型 结 构 和 布 置 、 泄流 为 １∶２～１∶１ 之间时 ， 消能率 、 工程施工和 投 资 等 因 素 后 ， 择优选用连续的内凹型阶 梯或不连续的外凸型阶梯 。 为了进一步探讨坡度为 １∶１～１∶２ 阶 梯 陡 槽 段 泄 流 水 力 特性 ， 本文对坡度为 １∶１ 和 １∶１． ５的不连续的外凸型阶梯陡 并 介 绍 坡 度 ｉ＝ 槽段的 泄 流 流 态 进 行 水 力 模 型 试 验 研 究 ， １∶１． ５的外凸型阶梯 陡 槽 段 水 面 掺 气 始 起 断 面 位 置 和 消宽流量 ｑ≤１ 泄流运行时， 从溢洪道堰顶下泄的 ０ｍ ｓ
水流易撞击陡槽段第一级阶梯顶面 ， 该阶梯顶面将泄流挑起落 入下游陡槽段 ， 水花四处飞溅 ， 流态较 紊 乱 ， 不利于陡槽段槽面 和两侧岸坡的安全 。 （ ） 坡 度 ｉ＝１∶１． ２ ５ 的 阶 梯 陡 槽 段 与 水 平 线 夹 角 θ＝ 在各种 不 同 阶 梯 高 陡槽段坡度相对ｉ ３． ６ ９ ３ °， ＝１∶１ 坡度较缓 ，
３ ／ 、 （ 度（ 各级泄流单宽流量［ ａ＝０． ３～０． ６ ｍ） ５ｍ ｓ· ｑ＝５～２
） 。 ］ 陡槽段的泄流为滑行水流流态 （ 见图 ２ 泄流运行时 ， ｍ） 因此 ， 当不连续的外 凸 型 阶 梯 陡 槽 段 坡 度 ｉ＞１∶１． ５ 时， 避免出 应对外凸型阶梯的体型和布置进行水 力 模 型 试 验 论 证 ， 现泄流撞击陡 槽 段 阶 梯 顶 面 、 泄流挑起再砸向下游槽面的现 象， 以确保工程的安全运行 。
２ １ ５
（ ） 文章编号 ： ２ ０ ０ ０ ０ ７ ２ ８ ４ ２ ０ １ ５ ０ ３ １ ５ ２ ３ １ － － －
中国农村水利水电 ·２ ０ １ ５ 年第 ３ 期
外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究
黄智敏 ， 陈卓英 ， 付 波
（ 广州 ５ 广东省水利水电科学研究院 广东省水动力学应用研究重点实验室 ， １ ０ ６ ３ ５）
１ 水力模型试验简介
试验模型的溢洪道堰顶与 其 下 游 护 坦 面 高 差 为 ４ ０． ８ ３ ｍ， 陡槽段宽度 Ｂ＝１ 坡度ｉ ＝１∶１ 和 １∶１． ５ ｍ、 ５。 陡 槽 段 外 凸 型 阶梯高度 ａ 为 ０． 间 距 ｓ＝３ ｍ， 阶梯顶面为水平面 ３～０． ６ ｍ，
３ ） 。 模型试验单宽流量 ｑ＝５～２ （ ·ｍ） ， （ ／ 堰顶水头 见图 １ ５ｍ ｓ
３ 阶梯陡槽段水流掺气断面及其水深试验
］ 对坡度ｉ 文献 ［ １ ＝１∶２～１∶６ 不 连 续 的 外 凸 型 阶 梯 陡 槽 提 段泄流水面掺气始起断面位置及其水 深 值 进 行 了 试 验 研 究 ， 出的阶梯陡槽段光滑水流区段的长度 Ｌ ａ 和水面掺气断面水深
， ｉ Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｈ ｉ ｉ ｎ， Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｚ ｈ ｕ ｏ ｎ Ｆ Ｕ Ｂ ｏ －ｍ － ｙ ｇ
（ ， Ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｏ ｗ ｅ ｒ ｕ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｙ ｐ ｇ ｇ ， ） ｏ ｆ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ Ｇ ｕ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ３ ５， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｋ ｅ Ｇ ｕ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｙ ｙ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ ， ：Ａ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｓ ｉ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｓ ｅ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｌ ｗ ａ ｂ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｌ ｉ ｎ － ｇ ｙ ｐ ｙ ｇ ｐ ｇ ｇ ， ， ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｆ ｌ ｏ ｗ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｗ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｔ ｌ ｃ ｐ ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ ｙ ， ， ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｉ ｓ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｐ ｙ ｇ ｐ ｇ ｇ ， ｓ ｌ ｏ ｅ ｉ ｓ １∶１ａ ｎ ｄ １∶１． ５， ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗ ｏ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｓ ｌ ｏ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｐ ｐ ｐ ｐ ｙ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｄ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｓ ｉ ｌ ｌ ｗ ａ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｓ ｌ ｏ ｅ ｏ ｆ １∶１． ５ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｌ ｏ ｅ ｒ ａ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｅ Ａ ｌ ｉ ｎ － ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ ｐ ｙ ｇ ｐ ｐ ｇ ｉ ｓ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ １∶２～１∶６ｔ ｏ １∶１． ５～１∶６， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｄ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｓ ｉ ｌ ｌ ｗ ａ ｔ － ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｙ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｗ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ａ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ． ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ： ； ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｉ ｌ ｌ ｗ ａ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｙ ｇ ｇ ｐ ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ｙ 陡槽溢洪道在其陡坡段设置 阶 梯 式 消 能 工 （ 跌坎） 之 通常 ， 后， 可以大大降低陡槽段的流速 ， 增大 陡 槽 段 泄 流 消 能 率 ， 减小 其下游消力池的入 池 流 速 和 消 力 池 规 模 。 由 于 陡 槽 溢 洪 道 陡 坡段坡度比布置在主 河 床 挡 水 和 泄 洪 的 溢 流 坝 陡 坡 段 坡 度 缓 的多 、 且长度较长 ， 为了便于工程施工 和 节 省 工 程 投 资 ， 陡槽溢 ） 。 洪道陡坡段上多设置不连续的外凸型阶梯 （ 见图 １ ］ 文献 ［ 等对陡槽溢洪道陡坡 段 坡 度 为ｉ＝１∶２～１∶６ 的 １