開敞式寬大單泄槽溢洪道水力特性及優(yōu)化布置研究

張文皎，劉 磊，武彩萍，吳 騰，羅立群，胡能明

(1.黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，水利部黃河下游河道與河口治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，中國科學(xué)院陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101； 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098； 5.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

開敞式寬大單泄槽溢洪道是一種重要的水利樞紐建筑物[1]，沒有縱向隔墻和橫向拉梁，只有兩側(cè)邊墻，節(jié)約了大量的鋼筋混凝土，但與一般溢洪道相比容易發(fā)生一些工程安全問題。如由于其寬度大，需要的起挑流量大，在泄洪中經(jīng)常不起挑；高速水流接觸泄槽邊壁時(shí)，壓力急劇變化，水流流動(dòng)狀態(tài)較為復(fù)雜，可能產(chǎn)生水翅等不良水力現(xiàn)象；隨著泄槽寬度的增大，兩側(cè)摻氣槽摻入的空氣難以到達(dá)泄槽中間部位，摻氣效果較差，可能存在摻氣盲區(qū)，這些問題都會(huì)影響建筑物的安全，甚至引發(fā)工程事故。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)溢洪道進(jìn)行了大量研究，主要研究方法有數(shù)值模擬[2]和物理模型[3]試驗(yàn)。劉善均等[4]通過物理模型試驗(yàn)，對(duì)前置摻氣坎階梯溢洪道近壁面沿程摻氣特性進(jìn)行了研究；張魯魯[5]通過建立物理模型，在臺(tái)階坡度恒定的條件下，對(duì)0.65、1.00 和1.30 m 等3 種臺(tái)階高度在不同水位下的水流流態(tài)、消能效率和摻氣特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)臺(tái)階高度越大，消能率越高；Bayon 等[6]采用k-ε紊流模型和流體體積法相結(jié)合的方法，對(duì)錦屏一級(jí)水電站溢洪道的摻氣和空化特性進(jìn)行了數(shù)值模擬；……