黄智敏，付 波，陈卓英

(广东省水利水电科学研究院， 广东省水动力学应用研究重点实验室， 广州 510635)

1 研究背景

不连续的外凸型阶梯具有水流消能率较高、体型结构简单、施工方便等特点，已在国内的多个水利工程陡槽溢洪道得到了成功地应用[1-2]。溢洪道陡坡段的外凸型阶梯增大了溢流陡坡面的“糙率”，相当于在陡坡面上设置了突体，因此，外凸型阶梯顶面易遭受较大流速泄流的冲击，而阶梯下游立面底部压强较小或产生负压，易使陡坡面阶梯产生冲击破坏和空蚀。现有的研究成果主要是对坡度较陡的溢流坝面连续的内凹型阶梯掺气和动压特性进行研究[3-10]，文献[5-6]采用前置掺气坎式阶梯溢洪道布置，提高了溢洪道掺气浓度和水流消能率等，溢洪道抗空蚀性能明显增强。目前，对坡度较缓的不连续外凸型阶梯陡坡段的掺气和动水压强特性研究甚少。通常，根据陡坡段的阶梯高度a、泄流单宽流量q的大小不同，不连续的外凸型阶梯陡坡段流态可以分为跌流、过渡水流和滑行水流等，当陡坡段泄流单宽流量q较大时，流过阶梯坎顶的水流与各阶梯坎顶端连线近似平行，各级阶梯下游立面下游区域充满水体；陡坡段水面掺气之后，其下游各级阶梯下游立面底部形成稳定的含气漩涡，此流态为滑行水流[11-12]。

本文在坡度i=1∶3的外凸型阶梯陡坡段滑行水流流态下，对其壁面沿程掺气浓度和动水压强特性进行试验研究。

2 水力模型试验简介

根据试验室的条件，选用溢洪道模型为1∶16的正态模型。……