长江科学院院报JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitutedoi：10.11988/ckyyb.20140328台阶式溢洪道相对流速和相对消能水头的关系杨吉健，刘韩生，文明宜,代述兵（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西物凌712100）摘要:流速和消能水头是重要的水力参数,但在台阶式溢洪道中尚无系统研究成果。将台阶式溢洪道流速、消能水头与对应光滑溢洪道流速、消能水头对比,引入相对流速、相对消能水头的概念。通过对0.5,1.0,2.0m3种不同台阶高度，38.66。坡度的台阶式溢洪道进行试验研究.探讨了流速、消能水头，相对流速、相对消能水头之间的关系。结果表明:非均匀流流态下流速、消能水头呈曲线关系，不便分析应用;相对流速和相对消能水头表现出良好线性关系，相关系数0.9737-0.9959,证实了引入相对流速、相对消能水头的必要性。关键词：台阶式溢洪道;相对流速;相对消能水头;光滑溢洪道；台阶高度;非均匀流流态中图分类号:TV135.2文献标志钙：A文章编号：1001-5485（2015）12-0051-041研究背景台阶式溢洪道是随碾压混凝土坝施工技术的发展而发展起来的一种消能设施UF,在水利工程中得到了广泛的应用⑶，国内外水利工作者对其做了大量研究,主要是从台阶消能特性的角度进行探讨,研究成果颇多“-'°】，但由于台阶水流的复杂性，目前的研究尚未得到一致结论。刘士和⑵、张峰等〔⑴及吴宪生关于台阶式溢洪道相对消能特性做了一些探讨,提出了相对消能率的概念。对流速的研究采用了半经验半理论计算方法m-w和数学模型法[,6',7]o考虑到光滑溢洪道的水力计算理论比较成熟,各水力参数可直接计算得到,将台阶式溢洪道流速、消能水头和光滑溢洪道对应水力参数进行比较,引入相对流速、相对消能水头概念，分析流速、消能水头，相对流速、相对消能水头之间的关系，通过对比,论证了引入相对流速、相对消能水头的必要性。图1台阶式溢洪道纵剖面Fig.1Profileofsteppedspillway中分别对3种台阶高度（0.5,1.0,2.0m）下，不同单宽流量的沿程的水深进行了测量。测量水深断面桩号分别为：0+102.66,0+115.16,0+127.66,0+143.91,0+171.41,0+196.41。由于水流波动和掺气等因素的影响，台阶式溢洪道断面水深不易测量，本文采用测针多次测量,取平均值作为该断面位置平均水深。2试验简介为探讨流速、消能水头，相对流速、相对消能水头之间的关系，对某一台阶溢洪道进行试验研究。试验体型见图1,模型比尺30,溢洪道底部坡比1=1：1.25,长140m,采用矩形断面，底宽9mo试验3台阶式溢洪道相对流速、相对消能水头的定义台阶式溢洪道流速指台阶定点断面（如图2（a）中的1*断面）的平均流速，消能水头指的是单位重量液体受摩擦、旋滚、撞击等作用所产生的水头损图2溢洪道体型对比Fig.2Profilecomparisonbetweensteppedspillwayandcorrespondingsmoothspillway失。本文将台阶式溢洪道和对应光滑溢洪道进行对比研究，试图探求水流流速和消能水头之间的关系。图2给出了所研究的台阶式溢洪道和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AV为相对流速；台阶式溢洪道消能水头和对应光滑溢洪道消能水头之差为相对消能水头。台阶式溢洪道和光滑溢洪道互为对应，对应断面如图2中的1*和1”断面。匕也，此，人2为对应断面位置处流速及水深。根据定义，任意处断面相对流速为V光-七，相对消能水头为AH,=久台-H诙。第32卷第12期2015年12月Vol.32No.12Dec,20152015,32(12):51-54收稿日期：2014-04-28;修回日期：2014-06-09作者简介:杨吉健（1989-）,男，河南开封人，硕士研究生，研究方向为水力学及河流动力学,（电话）18213408851（电子信箱）xinongyangjijian@163.como通讯作者:刘韩生（1962-）,男.陕西韩城人，教授，博士，主要从事水工水力学和高速水流研究,（电话）13319231569（电子信箱）hanshengliu©126.conu在图2中表现在1#断面位置相对流速AV=*-匕,相对消能水头=乙+岛+多-去-祓h2优hxv\公一乙=顽+么二而_名。式中：Z|,Z2为相对基准断面单位质量液体的势能;水深加由试验测得，断面平均流速匕由单宽流量除以知得到；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心和流速本文研究流段为非...