反坡正弦波形底板上F 型水跃水力特性的试验研究

李 桢，柳树摇，李 红

(1. 四川水利职业技术学院，四川 成都 611231；2. 四川省内江水利电力建筑勘察设计研究院有限公司，四川 内江 641000)

水跃消能作为一种传统消能方式在水利工程中得到了广泛应用。到目前为止水跃大致可以分为A、B、C、D、E 和F 型，在反坡上形成的水跃称为F 型水跃。Khader 等[1]认为反坡坡度大于−0.025 时，F 型水跃几乎不可控。McCorquodale 等[2]利用闸门进行尾水控制，研究了反坡坡度为−0.10、−0.167 和−0.20 的F 型水跃，并提出了共轭水深比、漩滚长度和能量损失的经验关系式。Abrishami 等[3]认为在弗劳德数小于9 时F 型水跃很难稳定。他们还发现，在相同的来流条件下，F 型水跃的共轭水深比和漩滚长度要小于平坡水跃。Pagliara 等[4]进行了一系列反坡上有槛和无槛F 型水跃的试验测试，使反坡坡度从0 变化到−0.20，得出槛的存在稳定了F 型水跃，并提出了预测F 型水跃漩滚长度和共轭水深比的一般方程。从以往的研究来看，F 型自由水跃的跃前水深对共轭水深比的影响、反坡对能量损失的影响可以忽略不计，且经典水跃的能量损失大于反坡上水跃[5-7]。针对粗糙底板上的水跃，也进行了大量的研究[8-16]，粗糙底板的消力池减小了共轭水深和水跃长度，增加了消能率，最终可以降低消力池的造价。最近，Nikmehr 等[17-19]研究了反坡粗糙底板上的水跃水力特性，认为反坡粗糙底板对F 型水跃具有稳定作用并能有效减小水平漩滚长度、增加消能率。为了研究坡度和相对粗糙度对F 型水跃水力特性的影响，对具有较大坡度和弗劳德数的反坡正弦波形底板上的F 型水跃进行试验测试，并将特征参数的观测结果与平坡及反坡底板上的自由水跃进行对比分析。……