雙拱型溢流堰是山區(qū)河流治理中采用的景觀與防洪功能的復(fù)合堰。這種溢流堰在枯水季節(jié)通過(guò)頂拱和底拱形成兩級(jí)瀑布景觀;而在洪水季節(jié),雙拱型溢流堰具有較長(zhǎng)的溢流寬度,可以更好地滿足泄洪要求。為了研究雙拱型溢流堰的水力特性,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,采用RNG k-ε湍流模型和VOF模型對(duì)雙拱型溢流堰的三維流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算,模擬了雙拱型溢流堰的沿程水面線,獲得了水位流量關(guān)系曲線。結(jié)果表明:雙拱型溢流堰水流形態(tài)主要影響因素為堰頂水頭和堰拱組合形式。 

【文章來(lái)源】：水力發(fā)電. 2020,46(12)北大核心

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圖1 雙拱型溢流堰模型

頂拱數(shù)量n=3、頂拱半徑R1=1 m的雙拱型溢流堰在不同堰頂水頭工況下的沿程水面線如圖2所示。從圖2可以看出，雙拱型溢流堰過(guò)堰水面線平滑，在水位較低時(shí)形成兩級(jí)瀑布景觀，水位較高時(shí)過(guò)堰水流順暢。雙拱型溢流堰單寬流量與薄壁堰單寬流量隨堰上水頭變化關(guān)系曲線如圖3所示。從圖3可以看出，在相同的堰頂水頭下，雙拱型溢流堰的單寬流量較薄壁堰大，最大可達(dá)到薄壁堰的4倍左右。但隨著堰頂水頭的增加，雙拱型溢流堰與薄壁堰的單寬流量差距變小;結(jié)合水面線特征分析，水位較高時(shí)雙拱型溢流堰下游會(huì)出現(xiàn)壅水現(xiàn)象，出流方式逐漸演變?yōu)檠蜎](méi)出流，對(duì)雙拱型溢流堰的泄流能力產(chǎn)生影響。2.2 低水位堰流形態(tài)分析

為了分析雙拱型溢流堰的流態(tài)，順?biāo)鞣较蚪厝√卣鲾嗝�，包括頂拱中心截面X=5.0 m、X=2.4m，頂拱拱端截面X=4.0 m、X=3.4 m、X=1.4m，頂拱銜接段中心截面X=3.7 m、X=0.7 m。低水位工況下雙拱型溢流堰不同特征截面的沿程水面線如圖4所示。從圖4可以看出，此時(shí)雙拱型溢流堰上游來(lái)流平順，水面線較為平穩(wěn)，堰前水深有明顯的壅高，說(shuō)明水位較低時(shí)頂拱形成了良好的擋水作用。雙拱型溢流堰不同特征截面的速度云圖見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，低水位工況下雙拱型溢流堰的流速受頂拱影響。在水位較低時(shí)，由于雙拱型溢流堰頂拱和底拱的特殊形態(tài)，過(guò)堰水流形成兩級(jí)瀑布景觀，可以滿足非汛期的河流景觀[17]需求。圖4 低水位工況雙拱型溢流堰沿程水面線


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