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3 鱼道单出口方案水工模型试验与数值模拟

3.1 物理模型试验方法 为分析鱼道单出口方案水力
特 性 ， 本 文 进 一 步 开 展 物 理 模 型 试 验 与 数 值 模 拟 研
究。其中物理模型试验比尺为 1∶10，采用正态模型，
满足几何相似、水流运动相似和动力相似，模拟常规
池室总数为 81 级，其中溢流段上游包含 60 级，下游
包含 20 级。试验过程中，鱼道流量采用电磁流量计读
取 ， 水 深 采 用 钢 直 尺 获 得 ， 流 速 采 用 ADV（Acoustic
Doppler Velocimeter）测 量 ， 溢 流 流 量 采 用 体 积 法 计
量，时间采用秒表计数。试验照片见图 2，鱼道模型 图 2 试验模型照片
设计参数如图 3 所示。

图 3 鱼道设计参数（原型尺寸单位：cm）

3.2 数值模拟方法 竖缝式鱼道单出口方案数值模拟研究采用 RNG k-ε 湍流模型结合 VOF 方法捕捉
自由水面，数学模型可参考文献［12］。本文共模拟了 81 级竖缝式鱼道池室结构，其中溢流池上游包括
60 级池室，溢流池下游包含 20 级池室，全长约 200 m，计算体型如图 4 所示。数值模拟过程中池室
结构参数同模型试验参数，数值模拟不考虑模型比尺，即将试验模型尺寸换算为原型尺寸。网格划
分采用结构网格，并在竖缝及溢流口附近进行局部加密，网格尺寸最大为 0.1 m×0.1 m×0.05 m，最小
为 0.05 m×0.05 m×0.1 m，网格数量共计约 1800 万。
3.3 研究工况 为研究不同条件下溢流池上下游鱼道池室
内流态特征等，本文制定了 4 种典型工况，分别为工况 1
上下游等水深（上游水深 1.0 m、下游水深 1.0 m）、工况 2
上下游水深差 1.0 m（上游水深 2.0 m、下游水深 1.0 m）、工
况 3 上下游水深差 2.0 m（上游水深 3.0 m、下游水深 1.0 m）
和 工 况 4 上 下 游 水 深 差 3.0 m（上 游 水 深 4.0 m、 下 游 水 深
1.0 m），计算和试验工况参数基本一致。

4 研究结果分析与讨论
图 4 计算体型示意图

4.1 溢流段溢流流量分析 试验过程中采用体积法对溢流池溢流流量进行计量分析得出，当上游水深
1.0 m、下游水深 1.0 m 时，不发生溢流；当上游水深 2.0 m、下游水深 1.0 m 时，溢流池试验溢流流量
为 0.19 m /s；而当上游水深 3.0 m、下游水深 1.0 m 时，溢流池试验溢流流量为 0.43 m /s；当上游水深
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4.0 m、下游水深 1.0 m 时，溢流池试验溢流流量增大至 0.69 m /s。试验结果与根据上下游水深溢流流
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量 Q 理论计算值结果（分别为 0.19、0.35 和 0.63 m /s）基本一致，由此表明溢流流量可以很好地匹配上
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