台阶式溢洪道相对流速和相对佛汝德数关系研究
台阶式溢洪道消能规律试验研究
台阶式溢洪道消能规律试验研究赵相航;解宏伟;郭馨;李天慧【摘要】为研究台阶式溢洪道消能变化规律,结合某水库实际工程,采用水工模型试验的方法,对不同水力条件下台阶式溢洪道的水流流态、消能特性进行了研究.结果表明:台阶式溢洪道水流流态根据上游来流量和台阶尺寸的不同可分为滑行水流、跌落水流和过渡水流;台阶式溢洪道消能率随流量的增加而减小,并随坝高的增加而增大,改变台阶尺寸对消能率基本没有影响;在较小流量时台阶式溢洪道消能率可达到90%以上,说明台阶式溢洪道具有很好的消能效果.【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(034)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】台阶式溢洪道;水流流态;消能率【作者】赵相航;解宏伟;郭馨;李天慧【作者单位】青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;济南市城市园林绿化局,山东济南 250000【正文语种】中文【中图分类】TV135.2台阶式溢洪道是将光滑溢洪道泄槽坝面改成由一系列跌落的台阶组成。
台阶式溢洪道在塘坝和跌水上的应用已有2 500多年[1]，上世纪60年代末，台阶式溢洪道开始应用到中、小型水利工程，到80年代，随着碾压混凝土(RCC)筑坝技术的推广，光滑溢洪道工程量大、消能效率低和工程造价高的弊端逐渐显露出来，台阶式溢洪道作为一种新型的消能工得到了广泛的应用，它具有消能效率高，不易发生空蚀破坏且工程造价低等优点，受到国内外水利界研究人员的强烈关注，并进行了大量的试验研究[2-6]，但得到的研究结果有所差别。
本文为进一步探讨台阶式溢洪道沿程消能规律，采用水工模型试验方法[7]，研究了在相同坡度、不同单宽流量和台阶尺寸下，台阶式溢洪道的水流流态和消能规律，旨在为台阶式溢洪道的优化设计提供参考依据。
该工程坝面溢洪道位于坝体的右岸一级阶地部位，由溢流堰进口段、泄槽段、消力池、明渠组成，全长216.97 m。
努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究
努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究孔晓阳;崔忠【摘要】本文主要介绍努尔加水库台阶式溢洪道的试验研究成果。
通过模型试验,对单宽流量在24.17—118m3/s.m的台阶式溢洪道的台阶坡度,高度和水力特性认识更加深入。
试验表明坡度较陡,单宽流量较小的情况下消能效果最好。
研究工作对大单宽流量台阶溢洪道的推广应用具有较高的参考价值。
%This paper describes the test results of the stepped spillway in Nuer Jia reservoir.It is better to understand the relation among the slope of stepped spillway,height of and hydraulic characteristics of,through model experiment with the discharge of 24.17 ~ 118m3/sm per unit width on the step spillway,The tests showed the energy dissipation is the best under slope steeper with smaller discharge per unit width.It has a valuable reference for stepped spillway with a large unit width discharge.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】台阶式溢洪道;纵坡;流量;模型试验【作者】孔晓阳;崔忠【作者单位】新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院,新疆乌鲁木齐830000;新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院,新疆乌鲁木齐830000【正文语种】中文【中图分类】TV651.11 前言由于台阶式溢流面具有消能率高的有点，近年来得到广泛的普及应用，目前国内外对台阶式溢流坝和溢洪道开展了大量的研究工作，已建或在建的台阶式溢流坝和溢洪道已近一百座。
关于溢洪道消能防冲设计关键技术问题的研究
关于溢洪道消能防冲设计关键技术问题的研究发布时间：2022-09-28T07:34:08.329Z 来源：《科技新时代》2022年5期第3月作者：罗文[导读] 近年来，随着经济的飞速发展，推动了水利工程的长远发展与升级转型。
罗文水发规划设计有限公司，重庆 400000摘要：近年来，随着经济的飞速发展，推动了水利工程的长远发展与升级转型。
其中，在水利工程的建设投资逐渐增多，进一步推动了水利工程的可持续发展。
溢洪道常规为岸边式，紧临大坝坝肩布置，当水库需要泄洪时，洪水经溢洪道安全下泄至下游河道，保障了水库自身的安全。
在设计溢洪道消能防冲过程中，需要结合地形、地质及水库规模的实际情况，设计出相应的消能方式，对于大、中型工程，需通过水力学模型试验，验证设计参数，并通过模型试验，修正或更改设计参数，从而达到溢洪道消能防冲的设计效果。
而在当前溢洪道消能防冲设计中，模型试验在设计过程中逐渐成为关键手段，模型试验成果的好坏直接影响设计成果的合理性、有效性、经济性。
因此，在本文中以重庆市云阳县幸福水库工程为例，通过溢洪道的模型试验，优化设计方案，最终提高溢洪道设计的安全性、可靠性。
关键词：溢洪道消能防冲设计，关键技术问题，模型设计1.工程概况以及泄水建筑物的具体介绍重庆市云阳县幸福水库工程位于重庆市云阳县长江南岸泥溪河流域蔈草镇西阳村境内，是云阳县长江南岸关键性水资源配置工程，具有场镇供水、农业灌溉、农村人畜饮水等综合效益。
泄水建筑物为左岸岸坡式正槽溢洪道，轴线与大坝轴线斜交，总长446.20m(平面投影长度)，由进水渠、溢流堰控制段、泄槽段、消能防冲设施（消力池）、出水渠组成。
溢洪道进水渠长62.50m，进水渠底板高程419.00m，底宽由36.0m渐变至14.50m。
而溢流堰采用WES实用堰，2孔，溢流净宽12m，溢流堰堰顶高程422.50m，闸顶高程431.90m，控制段长18.00m；闸室每孔设弧形工作闸门，孔口尺寸为6.0m×6.5m(b×h)；交通桥位于闸墩下游，在闸墩尾部设7.0m宽的交通桥，桥面高程430.70m；在弧形闸门上游设检修工作桥，宽2.5m，桥面高程431.90m。
台阶式溢洪道水力特性研究及应用
Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｆ Ｈｙ ｄｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎｄ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｓｔ ｅ ｐ ｐｅ ｄ Ｓ ｐｉ ｌ ｌ ｗａ ｙ
ＧＡＮ Ｒｕ ｉ ． ａ ｎ
（ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃ ｉ ｔ ｙ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ＆ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
破坏 。研究表明 ， 不同台阶尺寸 和单 宽流量 下消能效 果相差 较大 ， 不 同的工程 选择合
适的 台阶形式 ， 既节 省投资又提高工程 的安全性 。 关键 词 ： 溢洪道 ； 台阶式 ； 泄洪 消能 ； 水工模 型试验 ； 水力特性 ； 消能效果 ； 对 比分析 中图分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ５ １ ． １ 文献标识码 ： Ａ
（ Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ４ １ ）
文章编号 ： １ ０ ０ ７— ７ ５ ９ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ １ ９— ０ ４
台 阶 式 溢 洪 道 水 力 特 性 研 究 及 应 用
甘 锐 安
（ 漳 州 市水 利水 电勘 测设 计研 究 院 ， 福建 漳州 ３ ６ ３ ０ ０ ０ ）
２ ０ １ ３年 第 ５期 （ 第４ １ 卷）
黑
龙
江
水
利
科ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
技
Ｎ ｏ ． ５ ． ２ ０１ ３
Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ
台阶式溢洪道水流压强特性试验研究
台阶式溢洪道水流压强特性试验研究作者：赵相航解宏伟郭馨贺巨龙来源：《人民黄河》2018年第05期摘要：为探讨台阶式溢洪道水流压强特性，结合青藏高原某水库，采用物理模型试验方法对高海拔地区台阶式溢洪道时均压强、脉动压强等特性进行了系统研究。
结果表明：台阶式溢洪道水平面时均压强和脉动压强变化规律基本一致，从台阶凹角向凸角方向先有所减小，后逐渐增大，当流量较小时，时均压强在初始台阶会出现负值；台阶竖直面负压区范围超过整个台阶高度的一半，脉动压强在台阶顶角处较大；台阶式溢洪道时均压强和脉动压强沿程交替出现波峰和波谷，呈波浪状变化，总体上随流量的增大而增大，改变台阶尺寸，其值也发生变化；台阶式溢洪道脉动压强是随时间变化的平稳各态历经的随机过程，脉动优势频率为0～2Hz，属低频振动，其概率密度为偏态分布，不会危害泄水建筑物安全。
关键词：台阶式溢洪道；时均压强；脉动压强；高海拔地区中图分类号：TV651.1 文献标志码：A doi：10.3969/ j.issn.1000-1379.2018.05.030近几十年来，台阶式溢洪道因具有消能效果好、工程投资少、施工工期短等优点而广泛应用于各类中小型工程中。
台阶式溢洪道泄槽段由一系列台阶组成，其水流多数为紊流，并在台阶内产生旋滚，主流与旋滚水流相互摩擦、剪切和混掺，显著增加了溢洪道的阻力作用，使水流能量大幅削减。
台阶式溢洪道水流流场不稳定，水流紊动剧烈，紊流脉动压强加大了溢洪道的瞬时荷载，使台阶式溢洪道发生振动，而脉动产生的负压有可能加剧溢洪道空化与空蚀，直接影响水利工程的安全。
台阶式溢洪道脉动压强变化具有周期性，其压强时大时小，往复作用于台阶面上，使台阶式溢洪道发生强烈振动，当水流脉动优势频率与台阶式溢流坝自振频率接近时，可能使泄水建筑物发生共振破坏[1]。
目前，台阶式溢洪道广泛应用于实际工程中，因此有必要深入研究台阶式溢洪道水流的压强特性。
Sanchez J.M.等[2]测量了滑行水流台阶竖直面和水平面上的时均压强；田嘉宁等[3]研究了台阶式溢洪道时均压强的特性，得出了其沿程变化的规律；王均星等初步探讨了卡基娃水电站放空洞内阶梯泄槽底板的脉动压力特征，指出水舌冲击点处脉动压力对底板的影响不可忽视。
不同体形台阶式溢洪道水力特性研究的开题报告
不同体形台阶式溢洪道水力特性研究的开题报告一、研究背景随着城市化进程的加速和气候变化的影响，城市水环境面临着越来越多的挑战。
其中，城市雨洪排放问题尤为突出。
因此，设计高效的雨水管理方案至关重要。
其中，溢洪道被广泛应用于城市雨水管理中。
而溢洪道中的台阶式结构又是一种常见的设计形式，它不仅可以增加雨水在水流中的能量损失，还可以减缓水流的速度，减少水流冲刷，降低了溢洪道系统的水流冲击力，同时提高了下游地区的洪水安全。
目前，虽然台阶式溢洪道在实际工程中得到了广泛应用，但对其水力特性的研究还不够深入。
因此，本文旨在通过对不同体形台阶式溢洪道的水力特性进行研究，为城市雨水管理提供更为科学的理论支持。
二、研究内容1.收集不同体形台阶式溢洪道设计参数通过收集国内外文献，调查不同城市雨水管理工程实例，深入挖掘台阶式溢洪道的不同设计参数，包括台阶的高度、宽度、坡度、数量和形状等。
然后建立详细的数据表格，为后续模拟分析和实验提供参数参考。
2.建立数值模拟模型通过ANSYS Fluent等软件建立不同体形台阶式溢洪道的三维流场模型，并根据上述设计参数进行模拟。
通过数值模拟，得到台阶式溢洪道的水流变化、水流速度、压力分布、湍流强度分布情况。
3.建立物理模型进行实验验证根据实际工程和参数调查的结果建立多种不同体形台阶式溢洪道的物理模型，并通过实验验证模拟模型结果的准确性。
通过水流动量的调整、水头变化的观测等方法，验证台阶式溢洪道在不同水位下的水力特性。
4.分析并比较不同体形台阶式溢洪道的水力特性通过模拟和实验对比分析不同体形台阶式溢洪道在水流环境下的水力特性，观察台阶式结构对水流能量损失的影响，探究不同设计参数对水力特性的影响，并提出优化设计建议。
三、研究意义1.为台阶式溢洪道的设计提供科学的理论支持，提高城市雨水管理的效率，保障城市水环境的安全。
2.为不同设计参数下台阶式溢洪道的水力特性提供理论依据，为实际工程提供科学、准确的设计方案。
台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究
台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究作者：于进伟刘韩生来源：《人民黄河》2018年第04期摘要：台阶式溢洪道的消能特性是研究的热点方向，而单纯的台阶式溢洪道消能率并不能有效反映台阶在消能方面的价值。
将台阶式溢洪道和同体形光滑溢洪道的消能规律进行对比，可以准确反映出台阶结构对水流消能的贡献。
通过对26.56°、38.66°、51.30°三组坡度，0.5、1.0、2.0m三种台阶高度的台阶式溢洪道进行水工模型试验研究，探讨了不同台阶高度（d）、单宽流量（q）、坡度（θ下相对消能率（△η）和台阶流程长度与水深比（L/h的关系。
结果表明：台阶水流为滑行流态时，在非均匀流段上相对消能率和台阶流程长度与水深比呈线性关系，复相关系数R2在0.9846～0.9962之间，直线斜率随单宽流量、台阶高度、坡度的增大而增大。
试验分析证实了研究相对消能率的必要性，△η和L/h的线性关系为进一步探究台阶的消能特性提供了依据。
关键词：台阶式溢洪道；相对消能率；线性关系；单宽流量：坡度；台阶高度；水深中图分类号：TV135.2文獻标志码：Adoi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.028近年来，台阶式溢洪道在国内外水利工程中被广泛应用，各国学者对台阶结构的水力特性进行了大量研究，研究成果颇为丰富。
而台阶式溢洪道的消能率一直是学者研究的焦点和重点，但鉴于台阶水流的复杂性，消能率的研究并未取得一致的结论，有必要进一步分析论证。
台阶式溢洪道是在传统光滑溢洪道的基础上发展而来的，吴宪生引入相对消能率的概念，提出相对消能率与单宽流量呈驼峰形关系，且随台阶高度不同略有变化：陆芳春等分析对比阶梯式溢洪道和光滑溢洪道的消能差异，提出相对消能率随综合无因次参数q/（dl.5go.5）（q为单宽流量，d为台阶高度，g为重力加速度）增大而减小；张峰等指出相对消能率可以有效反映台阶结构对水流消能的贡献，相对消能率越大，说明台阶对水流消能的贡献越大，越有必要采取台阶式溢洪道：杨吉健等研究探讨了相对消能率与流程、相对流速和相对弗劳德数的关系。
台阶式溢洪道消能特性的研究
Ｓ ｕ ｙ ｏ Ｅｎｅ ｇ ｓｉａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐ ｒｉｓｏ ｔｐ ｅ ｐｉｗａ ｔ ｄ ｎ ｒ ｙ Ｄｉｓｐ ｔｏ ｏ ｅ ｔｅ ｆＳ ｅ ｐ ｄ Ｓ ｌ ｙ ｌ
总结了 台阶高度 、 单宽流量与消能率 、 相对消能率和单宽 消能 功率 的变 化规律 ， 重点研 究相对 消能率 的
变化规律 。研究表 明， 流量增加时 台阶溢洪道 的相对 消能率和单宽消能功率逐渐增大 ， 明台 阶所起 到 表
的消能功效增强 了。
关键词 ：台阶式 溢洪 道 ； 相对 消能率 ； 消能功率
台 阶 式 溢 洪 道 消 能 特 性 的 研 究
张 峰 ， 韩 生 刘
（ 北 农 林 科 技 大 学 水 利 与 建 筑 工 程 学 院 ， 西 杨 凌 ７２０ ） 西 陕 １ １０
摘
要 ： 合斯木塔斯水 电站 台阶式溢 洪道 水力学模型试验结果 ， 结 引入 了相对 消能率 和单 宽消能功率 ，
ｓ ｏ ｔａ ｈ ｅａｉｅ ｅ ｅ ｇ ｉｓｐ ｔｏ ａ ｉ ｄ ｕ ｉ－ ｄｈ ｅ ｅｇ ｉｓｐ ｔ ｎ ｐｏ ｒｏ ｔｐ ｅ ｐ ｌ ｙ ｗｏ ｌ ｅ ｉ － ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｒ ｄｓ ｉａｉｎ ｒ ｔ ａ ｎ ｔｗ ｔ ｎ ｒ ｄ ｓｉ ａｉ ｗｅ ｆ ｓｅ ｐ ｄ ｓ ｉ ｗａ ｕｄ ｂ ｎ・ ｖ ｙ ｏｎ － ｉ ｙ ｏ ｌ ｃｅ ｓ ｄ ｗ ｔ ｈ ｎ ｒａ ｉ ｇ ｏ ｏ ｒ ａ ｅ ｈ ｔｅ ｉｃ ｓｎ ｆｆ ｗ，ｉｄｃ ｔｎ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ｅｇ ｉｓｐ ｔ ｎ ｅ ｃ ｃ ｆｓｅ ｓｉ ｎ ａ ｃ ｄ． ｉ ｅ ｌ ｎ ｉａｉｇ ｔａ ｈ ｎ ｒ ｄｓ ｉａｉ ｆ ａ ｙ ｏ ｔｐ ｓｅ ｈ ｅ ｙ ｏ ｉ ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｓｅ ｐ ｄ ｓ ｌ ｙ；ｒ ｌ ｔｖ ｎ ｒ ｙ ｄｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｔｏ；ｅ ｒ ｙ ｄ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｐ ｗｅ ｔ ｐ ｅ ｐｉｌ ｗａ ｅａ ｅ ｅ ｅ ｇ ｉｓｐ ｔｏ ａ ｉ ｉ ｎｅ ｇ ｉｓｐ ｔｏ ｏ ｒ
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３个不同台阶高度，坡度为３８．６６。的台阶式溢洪道进行试验研究，探讨
Hale Waihona Puke 了相对流速和相对佛汝德数之间的关系。结果表明非均匀流流态下相对流速和相对佛汝德数表现出良好线性关系，相 关系数ｏ．９９３ ５～ｏ．９９９ ４。单宽流量不同，相对流速和相对佛汝德数对应直线斜率有明显变化，单宽流量大，斜率大；台 阶高度对相对流速和相对佛汝德数表现出的直线倾斜程度几乎没有影响。 关键词：台阶式溢洪道；相对流速；相对佛汝德数；线性关系 中图分类号：ＴＶｌ３５．２ 文献标识码：Ａ
％、‰求偏导数：
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图２不同单宽流量ＡＦｒ—Ａｙ关系
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（强５＋嘿５）２（ｇｑ）“５
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万方数据
１５４
台阶式溢洪道相对流速和相对佛汝德数关系研究
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ
ＡｇｒｉｃｕＩｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００，Ｓｈａａｎ）￡ｉ Ｐｍｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｅｐｐｅｄ ｓｐ订１ｗａｙｓ ｈａｖｅ ａｒｏｕｓｅｄ １ｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
ａ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ．Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ Ｆｒｏｕｄｅ ｎｕｍｂｅｒ
ｏ．９９９
参考文献： ［１］艾克明．台阶式泄槽洪道的水力特性和设计应用［Ｊ］．水力发电
学报，１９９８，（４）：８６—９５． ［２］田嘉宁，大津岩夫，李建中，等．台阶式溢洪道各流况的消能特 性［Ｊ］．水利学报，２００３，（４）：３５—３９． ［３］田嘉宁，安田阳一，李建中．台阶式泄水建筑物的消能分析［Ｊ］． 水力发电学报，２００９，２８（２）：９６—１００． ［４］陈群，戴光清，朱分清，等．影响阶梯溢流坝佛汝德数的因素
１５２
中国农村水利水电・２０１５年第２期
文章编号：１００７—２２８４（２０１５）０２一０１５２一０３
台阶式溢洪道相对流速和 相对佛；艾德数关系研究
杨吉健，刘韩生，代述兵，文明宜
（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌７１２１００）
摘要：台阶式溢洪道广泛应用于水利工程中，是研究的热点。流速和佛汝德数是重要的水力参数。将台阶式溢洪 道流速、佛汝德数与对应光滑溢洪道的水力参数对比，引入相对流速、相对佛汝德数的概念，准确地反映台阶部分对水流 流速及佛汝德数的改变。通过对ｏ．５、１．ｏ、２．ｏ
３１．９１、２１．２０
ｍ３／（ｓ・ｍ）；台阶高度为１．ｏ ｍ，单宽流量为 ｍ３／（ｓ・ｍ）；台阶高度２．Ｏ
在图１中表现在１号断面位置处相对流速为： △ｙ一％一Ｖ１ 相对佛汝德数为：
６２．１８、４６．６７、３５．７２、２１．２０、８．０９
ｍ，单宽流量为４６．６７、３１．９ｌ、２１．２０ ｍ３／（ｓ・ｍ）的试验数据进 行分析，其中台阶高度１．ｏ ｍ，单宽流量８．０９ ｍ３／（ｓ・ｍ）时水 流为跌落流，其余均为滑行流。计算出不同断面对应的相对流 速和相对佛汝德数，对应关系见图２，表现出良好的线性关系， 相关系数ｏ．９９３ ５～ｏ．９９９ ４。进一步分析，同台阶高度、不同流 量下在相同的相对佛汝德数对应不同的相对流速，流量大对应 相对流速大，如１．ｏ ｍ台阶高度８．０９和６２．１８ ｍ３／（ｓ・ｍ）对应 斜率分别为１．５２２
ｌ。图３、图４中最大最小斜率分别为２．７６０ ２、２．９３８和 ５，表明３条直线的斜率随台阶高度变化无明显
２．１０１ ９、２．２０７
改变，台阶尺寸对相对流速和相对佛汝德数表现的直线倾斜幅 度无明显作用。根据台阶式溢洪道相对流速和相对佛汝德数 的物理意义可知，相同坡度、同一单宽流量、同一相对佛汝德数 下台阶尺寸对水流流速几乎不造成损失。
技术的发展而发展起来的一种消能设施［１６’１“，在体型上是在光 滑溢洪道基础上发展而来的。本文将台阶式溢洪道流速、佛汝 德数与对应光滑溢洪道流速、佛汝德数比较，提出了相对流速、 相对佛汝德数概念，并进～步研究两者之间的关系。
万方数据
台阶式溢洪道相对流速和相对佛汝德数关系研究
杨吉健
刘韩生代述兵等
１５３
口
３．２相对流速、相对佛汝德数和台阶尺寸的关系
为了探究台阶尺寸对台阶溢洪道相对流速和相对佛汝德 数关系的影响，对Ｏ．５、１．Ｏ、２．ｏ
２１．２０ ｍ
３个不同台阶高度，４６．６７、
ｍ３／（ｓ・ｍ）２种不同单宽流量共６组工况试验资料进行
分析，不同台阶尺寸两种单宽流量下水流均为滑行水流。作出 ２种流量下相对佛汝德数和相对流速关系图（图３、图４）。由图 ３、图４可知，在不同台阶尺寸情况下，相对流速与相对佛汝德 数仍表现为良好的线性关系，线性相关系数为ｏ．９９７ ｏ～
近年来台阶式溢洪道在水利工程中得到了广泛的应用‘“， 对其进行了大量的研究，主要是从台阶消能特性的角度进行探
讨，研究成果颇多［２叫］，但由于台阶水流的复杂性，目前的研究
收稿日期：２０１４一０４—２２ 作者简介：杨吉健（１９８９一），男，硕士研究生，研究方向为水力学及 河流动力学。Ｅ－ｍａｉｌ：）（ｉｎｏｎｇｙａｎ鲥巧ｉａｎ＠１６３．ｃｏｍ。 通讯作者：刘韩生（１９６２一），男，教授，博士，主要从事水工水力学和 高速水流研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｓｈｅｎｇｌｉｕ＠１２６．ｃｏｍ。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｐｐｅｄ ｓｐｉｌｌｗａｙｓ；ｒｅｌａｔｉｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｒｏｕｄｅ
ｎ啪ｂｅｒ；ｌｉｎｅａｒ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ
Ｏ
引
言
尚未得到一致结论。 流速和佛汝德数是台阶式溢洪道的重要水力参数指标，对 其进行研究具有重要意义。目前对于台阶断面流速的研究为 半经验半理论计算方法［９叫１］和数学模型法［１２’１…。Ｒｏｂｅｒｔ Ｍ Ｂｏｅｓ［１４’１５］为了清楚反映台阶式溢洪道水力特性，提出３种不同 的佛汝德数。台阶式溢洪道在技术上是随碾压混凝土坝施工
杨吉健刘韩生代述兵等
分对水流的阻碍作用随流量增大而加强，台阶部分起到更强的 阻碍作用。
速和相对佛汝德数表现出的直线关系所对应斜率几乎不随台 阶尺寸变化而改变，说明同坡度、同单宽流量、相同相对佛汝德 数下台阶部分对水流造成的流速损失几乎不受台阶尺寸的 影响。 台阶式溢洪道是在光滑溢洪道基础上演变而来的，将 台阶式溢洪道的水力参数和对应光滑溢洪道的水力参数进行 对比研究，可反映出台阶部分独特的水力特性。
丝，， ！ Ｖ光、（魄５＋碍５）（ｇｑ）“５ ！ 丝， ｙ台、（瞻ｊ＋嘿５）（ｇｇ）“ｊ 显然，实际工程中礅／‰，ａ后／％近似为Ｏ，则是近似为某
一定值，△Ｆｒ／△Ｖ基本为一常数。为探讨实际工程△Ｆｒ／△ｙ是 否表现该规律，本文对坡度３８．６６。、台阶高度Ｏ．５、１．Ｏ、２．Ｏ 的溢洪道进行了试验研究。
３０ ２５ ，２０
呻
［Ｊ］．水力发电学报，２００３，（４）：９５—１０４． ［５］杨庆．阶梯溢流坝水力特性和消能机理试验研究［Ｄ］．成都： 四川大学，２００２． ［６］
Ｆｅｌｄｅｒ ｓ，ｃｈａｎｓｏｎ Ｈ．
、Ⅳａｙｓ ｗｉｔｈ Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｄｏｗｎ
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Ｆｒｏｕｄｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｔｅｐｐｅｄ ｓｐ订１ｗａｙｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，Ｆｒｏｕｄｅ １、ｈｅ
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ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｅｐ ｈｅｉｇｈｔｓ Ｏ．５，１．Ｏ，２．０ ｍ ｗｈｏｓｅ ｃｈｕｔｅ ａｎ９１ｅ ｉｓ ３８．６６。ａｒｅ ｍａｄｅ．
７、３．０９３
脚：—堡一｛，Ｌ一堕三些 √ｇｈ２ √ｇ 、，ｇ
ｈ
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式中：台阶式溢洪道流速为断面平均流速；＾。由试验测得，断面 平均流速ｙ－由单宽流量ｇ除以＾，得到；光滑溢洪道运用连续 方程、能量方程等试算出渐变水流的水深＾ｚ和流速Ｋ。本文 研究流段为非均匀流段，水流达到准均匀流段所需长度参考文 献［７］确定。 ２
１
台阶式溢洪道相对流速、相对佛汝德数的
定义
台阶式溢洪道流速指台阶定点断面［见图１（ａ）的１号断
蒜一蒜誉器
Ｖ台
（瞻５＋碍ｊ）２（ｇ ｑ）ｏ・ｊ
㈤ …
对式（１）、式（２）偏导数继续分析：
面］的平均流速；佛汝德数为惯性力和重力的比值，是判定明渠 水流流态的重要依据。两者所处水力环境不同，体现出不同特 性。本文将台阶式溢洪道和对应光滑溢洪道进行对比研究，反 映台阶式溢洪道流速和佛汝德数表现出的特性。 图１给出了所研究的台阶式溢洪道以及与之对应的光滑 溢洪道，定义光滑溢洪道流速与对应台阶式溢洪道流速之差 △ｙ为台阶式溢洪道的相对流速，光滑溢洪道佛汝德数与对应 台阶式溢洪道佛汝德数之差△Ｆｒ为台阶式溢洪道的相对佛汝 德数。台阶式溢洪道和光滑溢洪道互为对应断面，如图１中的 １号和２号断面，Ｖ－、＾一，％、＾ｚ为对应断面位置处流速及水深。
ｍ
３试验成果与分析
为探究台阶式溢洪道相对流速、相对佛汝德数的特性规 律，分析了不同单宽流量、不同台阶高度下相对流速和相对佛 汝德数的变化规律。试验基本资料见表１。
…‘ｉ ｎ…
亏ｊ号断面
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表１试验基本资料
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一九’Ｌ一，
Ｂ嬲ｉｃ
ｉｎｆｏｒ鹏ｔｉ∞ｏｆ ｔ髂ｔｓ
ａ）台阶式溢洪道
（ｂ）与图Ｉａ｝相对应的光滑溢洪道
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ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ Ｏ．９９３ ５～Ｏ．９９９ ４．Ａ ｆｕｒｔｈｅｒ
ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ“ｎｅａｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｎｉｔ ｗｉｄｔｈ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｍａｊｏｒ ｕｎｉｔ ｗｉｄｔｈ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｈａｓ ｍａｊｏｒ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｓｔｅｐ ｈａｒｄｌｙ ｈａｓ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｌａｗ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｒｏｕｄｅ ｎｕｍｂｅｒ．