【摘 要】
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为深入践行“绿水青山就是金山银山”理念,推进实施“乡村振兴”战略,促进人与自然和谐发展,增加水景观。在中小型河流治理中,多级曲线堰结构设计独特,几何造型优美,能够营造出一种曲线跌水和水瀑景观效果,增加水体的亲水性,被广泛应用。由于多级曲线堰几何参数较多,体型结构复杂,目前对于多级曲线堰过流能力的研究较少,尤其在实际工程的应用中对其泄流量尚无计算公式,因此,对多级曲线堰的过流能力及基本水力特性的研究
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为深入践行“绿水青山就是金山银山”理念,推进实施“乡村振兴”战略,促进人与自然和谐发展,增加水景观。在中小型河流治理中,多级曲线堰结构设计独特,几何造型优美,能够营造出一种曲线跌水和水瀑景观效果,增加水体的亲水性,被广泛应用。由于多级曲线堰几何参数较多,体型结构复杂,目前对于多级曲线堰过流能力的研究较少,尤其在实际工程的应用中对其泄流量尚无计算公式,因此,对多级曲线堰的过流能力及基本水力特性的研究十分必要。本文通过物理模型试验法、数值模拟法及理论分析法三种方法相结合的方式,探讨多级曲线堰在不同圆弧角度和不同台阶级数下的过流能力及水力特性,丰富了新堰型过流的水流运动理论,同时拟合了新堰型的流量系数公式,为相关工程提供一定参考价值。主要研究成果如下:（1）通过对比模型试验与数值模拟的水位,流速及流量结果,表明运用FLOW-3D软件对多级曲线堰进行数值模拟的方法可行,误差均不超过5%。（2）通过物理模型试验可知,多级曲线堰的过堰水流流态与上游水位有关,低水头为三元流,存在主流和侧流,高水头下为二元流。过堰水流为跌落水流时,具有水瀑景观效果,堰后水流波动较大,产生大量气泡;过堰水流为过度水流时,水舌与曲线堰台阶之间存在空腔,下游气泡减少;过堰水流为滑行水流时,水舌与台阶之间充满水流,堰后波动较小,气泡消失。当堰上水头一定时,圆弧角度对过流水面线影响较大,其中90°堰上水面线最高,135°曲线堰过流水面线最低;台阶级数对过流水面线影响较小,三阶、四阶及五阶曲线堰过流水面线基本一致。数值模拟结果表明多级曲线堰上流场分布不均匀,圆弧两侧流速大于圆弧中心处,最大流速出现在最后一级台阶处。随着堰上水头的增加,堰前流速在逐渐增大。（3）试验结果分析表明,在堰高一定的条件下,多级曲线堰的过流能力与圆弧角度θ成反比,与台阶级数m成正比。多级曲线堰的过流能力较等宽折线堰小,过流效率与圆弧角度成反比,90°五阶曲线堰过流能力最强。下游水位低于堰高,对过流能力不产生影响,下游水位高于堰高时,应考虑淹没系数的影响。（4）通过理论分析,确定了影响多级曲线堰流量系数的主要因素,拟合出多级曲线堰流量系数的计算公式,实测值与计算值的误差均在5%以内,拟合效果较好。图[45]表[13]参[66]
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