与X型宽尾墩联合的台阶面近底水流特性研究杨钊尹进步张曙光卢洋亮赵东阳摘要：通过数值模拟对与X型宽尾墩联合的台阶溢洪道近底水流水力特性进行了研究，并根据实测资料对其结果进行验证，最后结合滑移流流速分布、压强分布以及台阶内水平面与竖直面的压强分布，对近底水流流态进行分析。结果表明：台阶溢洪道滑移流流态下，旋滚区与主流区之间存在过渡区;过渡区下边界为旋滚水流分离点与交汇点的连线，上边界为断面压强分布极大值点连线;沿水流方向，过渡区内流速波动强烈，远离台阶面时波动减弱，至上边界波动消失。台阶铅直面相对高度y/h=0.83～0.91处出现负压，随后向下流动的水流与旋滚区沿铅直面向上流动的水流交汇，形成铅直面y/h=0.56～0.70处压强较大现象。关键词：台阶溢洪道;数值模拟;滑移流;过渡区：TV652.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.029引用格式：杨钊，尹进步，张曙光，等.与X型宽尾墩联合的台阶面近底水流特性研究[J].人民黄河，2021，43（9）：150-155.StudyonUnderflowHydraulicCharacteristicsofStepSurfacewithX-ShapeFlaringGatePierYANGZhao，YIN激nbu，ZHANGShuguang，LUYangliang，ZHAODongyang（CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering，NorthwestAgriculturalandForestryUniversity，Yangling712100，China）Abstract：ThesteppedspillwaywithX-shapeflaringgatepierwasstudiedbynumericalsimulation.Thevelocitydistribution，pressuredistributionandthepressuredistributionofthehorizontalsurfaceandtheverticalsurfaceinthestepwithdifferentdischargeswereobtained，andthefeasibilityoftheresultswasverifiedbythemeasureddata.Theflowregimeoftheunderflowwasanalyzedbytheobtainedresults.Theresultsindicatethatsteppedspillwayskimmingflowhastransitionalregionwitchbetweenthemainstreamregionandtherollingregionandthevelocityandpressureoftransitionalregionalongthedirectionincreaseatthesametime.Thereareseparationpointsandintersectionpointsinthewaterflowinsidethesteps，andthemaximalpressurewillbegeneratedatbothseparationpointsandintersectionpoints，sothatthepressureinthehorizontalsurfaceandverticalsurfaceofthestepswillbedistributedinawavepattern.Negativepressureoccursattheverticalsurfaceofthestepy/h=0.83to0.91，andthenthedownwardflowofthewaterintersectswiththeupwardflow，resultinginalargerpressureaty/h=0.56-0.70ontheverticalsurface.Alongtheflowdirection，thevelocityfluctuatesstronglyinthetransitionregion.Keywords：steppedspillway;numericalsimulation;skimmingflow;transitionalregion臺阶溢洪道相较于传统光滑溢洪道而言，施工方便，大大缩短了工期。在大单宽流量过流时，过水断面水深增大，采用台阶溢洪道与宽尾墩结合的方式，可解决掺气不足问题，同时提高整体消能率[1]。但台阶增大了过流面的不平整度，致使近底水流流态复杂，台阶内易出现负压，特别是底部水流流速较高时，台阶面存在空化空蚀的风险。为解决台阶面破坏的问题，目前国内外对其进行了大量研究。梁宗祥等[2-3]对与宽尾墩联合的台阶面水流压强及流速特性进行了研究，结果表明台阶内部压强分布规律及台阶总体压强分布规律主要与堰面使用的宽尾墩形式有关。流速方面台阶面坡比及台阶高度对台阶面水流近底流速分布影响很小，在尾水面以上，近底流速沿程变化很小，其值仅与堰上水头和宽尾墩形式有关。郭军等[4]在大朝山的原型观测中发现，台阶面底流速存在波动，同时在第15号至30号台阶垂直落差达15m的范围内，底流速沿程变化很小。杨吉健等[5]总结前人对台阶面压强研究的成果，得到因体型不同而导致两种不同台阶铅直面压强分布的结论。张挺等[6]对X型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了数值模拟，根据流速分布将墩后前部阶梯水流分为主速度区、阶梯旋滚区、垫层区及掺气区。台阶溢洪道的破坏与近底水流流态密切相关，但前人对于台阶溢洪道近底水流水力特性的研究较...