直線邊墻窄縫挑坎的水力計算

韓守都,劉韓生,倪漢根

(1.新疆水利水電勘測設計研究院,新疆烏魯木齊 830000;2.水利部西北水利科學研究所,陜西楊凌 712100;3.大連理工大學建設工程學部,遼寧大連 116024)

窄縫式消能工是一種收縮式消能工,它借助側壁的收縮,迫使水流變形,形成豎向和縱向擴散的挑流流態,減小單位面積的入水能量,減輕對下游河床的沖刷,特別適合解決高山峽谷河流的消能泄洪問題。自1954年葡萄牙的卡勃利爾(cabril)拱壩[1]首先采用窄縫挑坎以來,至少已有20多個樞紐采用了窄縫消能技術。

直線窄縫挑坎是典型的窄縫消能工,一直受到關注,我國進行了許多研究,取得了豐碩的成果?？偟膩砜?這些研究工作可概括為3類:①通過實際工程水力學模型試驗決定適合特定條件的窄縫挑坎體型[2-6];②用一元水力學理論分析,給出理論、經驗或半經驗的直線窄縫挑坎水力計算方法[7-11];③對窄縫消能工進行水動力特性數值模擬[12-15]。

輻射水流是基本的水流形式,有解析解,且為簡單函數[16]。應用輻射水流可以研究窄縫挑坎體型[7-9],鑒于窄縫挑坎尚沒有比較公認的水力計算方法,本文應用經典的輻射水流關系計算窄縫挑坎中線水面線,提出一個既有理論依據又簡單易行的一級直線窄縫挑坎水力計算方法,供設計部門參考。

1 一級直線窄縫挑坎水面線

圖1是一典型的平底一級直線挑坎,對該挑坎進行了水力模型試驗,來流條件為:均勻流寬度b=20cm,1.7≤b/h(寬深比)≤5.4,3.5≤Fr≤9.7,2.9m/s≤v≤5.8m/s。該范圍較大,模型流量也較大 ,達 130L/s。

圖1 一級直……