1.4 主要研究内容

以往的模型试验和数值计算结果表明，溢洪道各段的不同组合，对溢洪道的整体水力特性有十分明显的影响。而其体型和尺寸又直接与溢洪道的工程量、投资、工期等经济特性紧密相关。同时在其运用过程中水流的水力特性对溢洪道自身乃至水库大坝安全、下游河床稳定等的影响，也是不可忽视的重要因素。因此溢洪道设计的整体体型优化有着理论意义和实践价值也有明显的经济效益和社会效益。

弯道溢洪道水流由于易产生折冲水流，其水力特性较一般溢洪道更为特殊。因此，带弯道的陡槽溢洪道的体型优化问题就显得更具有工程应用与理论研究价值。

一般陡槽溢洪道研究的主要问题如下：

（1）以溢洪道水流水力特性为依据对溢洪道体型和尺寸组合进行优化研究。

（2）以满足溢洪道水流流动特性为前提兼顾泄流安全以及消能充分的原则对溢洪道进行的局部优化。

（3）在满足水力特性和泄流安全的基础上从经济性方面对溢洪道的不同组合进行优化。

本书结合典型的实际工程通过水工模型试验对溢洪道体型优化问题进行了研究。

（1）以汤河水库溢洪道续建工程设计方案为依据，根据工程设计单位提供的基本资料，在实验室建立水工模型。通过水工模型试验，首先对溢洪道原有工程进行泄水能力以及水流形态研究，并与原型观测对比。然后针对陡槽溢洪道的水力特性，对溢洪道的消能方式以及消能效果进行研究，对陡槽溢洪道的体型进行优化，使方案满足泄流安全和消能充分的双重要求。最终实现消能充分和工程稳定。进而对溢洪道续建工程设计段的水流流态、流速分布以及底板压强分布进行研究。最后通过试验数据分析提出了方案存在的问题，通过进一步分析给出解决问题的合理建议。

（2）分析弯道水面形态、水面变化、水面横比降、水面超高及波峰位置；弯道水流沿程纵向流速垂直分布，弯道水流流态特点以及底板边墙压力分布；根据工程初步设计和物理模型参数，选用RNGk-ε双方程紊流模型来模拟弯道水流流动；将三维数值模拟成果与水工模型试验数据进行对比，分析两者的相同和不同以及产生误差的原因，进一步认识溢洪道弯道水流流态，总结溢洪道弯道水流特性；根据物理试验观测结果，提出改善弯道水流流态的优化方案，进行三维水流紊流数值模拟，为工程设计和物理试验提供参考。

（3）分析不设置隔流墙条件下的弯道水流数值模拟；研究三种频率泄量下的泄流能力和水力要素的三维特性，如水面线、流速分布等。对弯道有、无隔流墙三种不同流量下弯道段、挑流水舌段、冲坑段及下游尾水渠段的水流流态、流速分布、水舌轨迹、冲坑形态及消能效果等进行研究。通过完善溢洪道下游尾水渠段的模型布置，探讨有、无隔流墙三种不同流量下消能效率的关系，验证溢洪道的建筑物布置以及挑流消能防冲设施的可靠性，并推荐合理、有效、经济的消能工，并提出量化结论。

（4）选择合理的工程措施改善不对称入流条件，使底流消能工水流三维水力特性及下游冲刷情况较好。观测不对称条件下的水流状态；研究弯道采取不同工程措施不同流量下消力池内水流状态、消能效率及下游冲刷情况。探讨不同工程措施（分流墩和折流墩）布置与消力池入流条件及消能效率的关系，提出量化结论。