台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

于进伟 刘韩生

摘要：台阶式溢洪道的消能特性是研究的热点方向，而单纯的台阶式溢洪道消能率并不能有效反映台阶在消能方面的价值。将台阶式溢洪道和同体形光滑溢洪道的消能规律进行对比，可以准确反映出台阶结构对水流消能的贡献。通过对26.56°、38.66°、51.30°三组坡度，0.5、1.0、2.0m三种台阶高度的台阶式溢洪道进行水工模型试验研究，探讨了不同台阶高度（d）、单宽流量（q）、坡度（θ下相对消能率（△η）和台阶流程长度与水深比（L/h的关系。结果表明：台阶水流为滑行流态时，在非均匀流段上相对消能率和台阶流程长度与水深比呈线性关系，复相关系数R2在0.9846～0.9962之间，直线斜率随单宽流量、台阶高度、坡度的增大而增大。试验分析证实了研究相对消能率的必要性，△η和L/h的线性关系为进一步探究台阶的消能特性提供了依据。

关键词：台阶式溢洪道；相对消能率；线性关系；单宽流量：坡度；台阶高度；水深

中图分类号：TV135.2

文獻标志码：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.028

近年来，台阶式溢洪道在国内外水利工程中被广泛应用，各国学者对台阶结构的水力特性进行了大量研究，研究成果颇为丰富。而台阶式溢洪道的消能率一直是学者研究的焦点和重点，但鉴于台阶水流的复杂性，消能率的研究并未取得一致的结论，有必要进一步分析论证。台阶式溢洪道是在传统光滑溢洪道的基础上发展而来的，吴宪生引入相对消能率的概念，提出相对消能率与单宽流量呈驼峰形关系，且随台阶高度不同略有变化：陆芳春等分析对比阶梯式溢洪道和光滑溢洪道的消能差异，提出相对消能率随综合无因次参数q/（dl.5go.5）（q为单宽流量，d为台阶高度，g为重力加速度）增大而减小；……