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水闸是重要的既挡水又过水的低水头水工建筑物。在北方平原缺水地区的多孔水闸,大多数工况下均为少数孔开启运用,随着下游水位的不同,产生不同形式的三元水跃,与二元水跃有较大的差别,实际运行中有不少水闸发生闸下的冲刷破坏。由于三元水跃水流的复杂性,对其研究相对较少,且难以对实际工程提供参考,因此对闸下三元水跃的特性进行系统的研究,找出这种条件下水流运动的本质规律,从而针对性的设计和布置消能工,不仅有重要的实际工程意义,也具有学术研究价值。 水闸开闸放水时,随下游水位的不断升高,会产生不同形式的水流流态,首先,水流自由扩散至整个渠道,在下游某处产生扩散型水跃,然后主流被压缩,产生收缩型水跃,最后泄水口被淹没,主流再次扩散而产生扩散的水跃。本文采用试验与理论分析相结合的方法,根据实测试验数据,结合相关资料,在不设置消力池,多孔水闸少数孔开启的条件下,对尾水深度不同时闸下发生的三种水跃型式进行了研究。通过改变突扩比β(泄流宽b与渠道宽B之比),闸门的开启方式以及上下游水位等,主要研究了以下内容: (1)提出了产生抵挡型水跃时的共轭水深比的经验系数,并经试验验证。研究了泄水口至跃首断面的距离,提出在低傅汝德数条件下的经验公式。对两种水力条件下平面水跃与抵挡型水跃的跃长进行了比较。研究了闸墩对闸后水流的影响,隔孔开启时下游的水力现象以及消能率的计算等; (2)利用不均匀系数δ和波动率f对收缩型的三元水跃进行了定性的研究,并提出了促进主流扩散的措施—潜没式三角翼体,对防止单宽流量过大、平稳局部流速,防止海漫冲刷有较好的作用,研究了影响三角翼分流效果的因素,提出了最佳分流角为50°至70°,确定了潜没式三角翼的最佳布置位置为闸后0.125b0(b0为闸室宽); (3)改进了稳定水跃的共轭水深公式,提出了突扩处水深为跃前水深和跃后水深和的0.6倍的假设,并研究了其对共轭水深比的影响,得到了渠道内的回流区长度的经验公式,对稳定水跃的消能率进行了计算,突扩式的三元水跃消能效果好于平面水跃,研究了收缩型与扩散型水跃的转化条件等。