多孔水闸闸下三元水跃特性的初步试验研究

摘要

水闸是重要的既挡水又过水的低水头水工建筑物。在北方平原缺水地区的多孔水闸，大多数工况下均为少数孔开启运用，随着下游水位的不同，产生不同形式的三元水跃，与二元水跃有较大的差别，实际运行中有不少水闸发生闸下的冲刷破坏。由于三元水跃水流的复杂性，对其研究相对较少，且难以对实际工程提供参考，因此对闸下三元水跃的特性进行系统的研究，找出这种条件下水流运动的本质规律，从而针对性的设计和布置消能工，不仅有重要的实际工程意义，也具有学术研究价值。
　　水闸开闸放水时，随下游水位的不断升高，会产生不同形式的水流流态，首先，水流自由扩散至整个渠道，在下游某处产生扩散型水跃，然后主流被压缩，产生收缩型水跃，最后泄水口被淹没，主流再次扩散而产生扩散的水跃。本文采用试验与理论分析相结合的方法，根据实测试验数据，结合相关资料，在不设置消力池，多孔水闸少数孔开启的条件下，对尾水深度不同时闸下发生的三种水跃型式进行了研究。通过改变突扩比β（泄流宽b与渠道宽B之比），闸门的开启方式以及上下游水位等，主要研究了以下内容:
　　(1)提出了产生抵挡型水跃时的共轭水深比的经验系数，并经试验验证。研究了泄水口至跃首断面的距离，提出在低傅汝德数条件下的经验公式。对两种水力条件下平面水跃与抵挡型水跃的跃长进行了比较。研究了闸墩对闸后水流的影响，隔孔开启时下游的水力现象以及消能率的计算等;
　　(2)利用不均匀系数δ和波动率f对收缩型的三元水跃进行了定性的研究，并提出了促进主流扩散的措施—潜没式三角翼体，对防止单宽流量过大、平稳局部流速，防止海漫冲刷有较好的作用，研究了影响三角翼分流效果的因素，提出了最佳分流角为50°至70°，确定了潜没式三角翼的最佳布置位置为闸后0.125b0（b0为闸室宽）;
　　(3)改进了稳定水跃的共轭水深公式，提出了突扩处水深为跃前水深和跃后水深和的0.6倍的假设，并研究了其对共轭水深比的影响，得到了渠道内的回流区长度的经验公式，对稳定水跃的消能率进行了计算，突扩式的三元水跃消能效果好于平面水跃，研究了收缩型与扩散型水跃的转化条件等。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 底流消能基本原理

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容及技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

2 试验模型的建立

2．1 水力相似原理

2．2 试验装置的制作及布置

2．3 试验数据测量及流程

3 抵挡型水跃的特性研究

3．1 形成抵挡水跃的共轭水深

3．2 出水口至跃首断面距离

3．3 平面水跃与R水跃跃长比较

3．4 墩长对闸后水流的影响

3．5 隔孔开时水力现象

3．6 消能率计算

3．7 本章小结

4 收缩型水跃的主流扩散方法

4．1 收缩型空间水跃

4．2 三角翼分散底流可行性研究

4．3 三角翼最佳位置

4．4 本章小结

5 稳定型水跃的特性研究

5．1 稳定型水跃

5．2 稳定型水跃共轭水深

5．3 回流区长度影响因素

5．4 消能率计算

5．5 空间水跃的转化条件

5．6 本章小结

6 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简介

致谢