溢洪道水流的二维有限体积法数值模拟

陈 松

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院， 乌鲁木齐 830000)

1 概 述

溢洪道和其他泄洪建筑物设计的主要目的是安全地将洪水从大坝输送到下游河道，并防止大坝漫顶，特定类型溢洪道的选择和设计基于项目的特定目的、水文、泄洪要求、地形、地质、大坝安全和项目经济。由于提供高效输送水力和结构坚固的溢洪道对大坝的安全以及下游河流的生命和财产非常重要，因此水力模型被广泛用于解释水力现象的特性[1]。在综合考虑泄流能力、压力、水面线、消能布置等水力设计因素的情况下，对溢洪道进行水力高效设计，而且溢洪道宽度对大坝的经济分析和安全运行起着重要作用。目前，世界范围内大坝安全的主要问题是提供足够的溢洪道泄洪容量，但许多水坝设计和建造于20世纪60和70年代，水文信息有限。当时设计的许多水坝的溢洪道容量不足，可能会遇到潜在的问题，如在洪水条件增加的情况下，溢洪道顶部产生过大的负压，从而威胁大坝安全，因此溢洪道水动力学知识对溢洪道的安全设计具有重要意义[2]。本文针对溢洪道水流的流体力学问题，借助于数值模型，对溢洪道的流速分布、压力分布和流量特性进行模拟研究。

2 溢洪道过流特性

传统的溢洪道又称为反弧型溢洪道，主要由4部分组成：进水段、控制段、泄槽和消能防冲段。在坝顶上游，水流处于亚临界流状态(或逐渐变化的)；在坝顶之后，由于溢洪道为陡峭斜坡面，使得水流由亚临界状态变为超临界状态。……