斜向断面入流是指当上下游河(渠)底存在一定的高差,用陡坡连接时,如果陡坡的横断面与水流方向不垂直而有小于90度的夹角,从而形成带有一定角度的入流断面。例如工程实践中,河道上建设的斜交桥(桥的抽线(沿路的方向)与河道水流的夹角小于90°)后明渠建设斜向消力池,或者斜交桥上有一定高差而采用顺桥梁轴线方向通过陡坡连接时,就出现了斜向断面入流断面。为了研究斜向断面入流断面条件下明渠的水流特性,本论文进行了4个斜向断面入流断面角度(50°、60°、70°、90°)、3种渠道底坡(0.001、0.005、0.01)模型、每个模型5个过水流量(80m~3/h、100m~3/h、120m~3/h、150m~3/h、180m~3/h)共30个方案的水力学模型试验。利用试验结果,采用理论分析与统计分析相结合的方法,对斜向断面入流陡坡后的明渠水深、流速、动水压强分布特性进行了研究,主要研究成果包括:(1)明渠水深特性在水深特性分析中,首先绘制了水深的等值线图与空间分布图,据此得到了陡坡后明渠水深分布情况,呈现出任意斜角下,同一横断面处左岸水深远小于右岸水深,水深分布极不均匀,但随其流程的增加,同一横断面的左右岸的水深差异呈现出交替变换的现象。为进一步研究水深特性,绘制了各状态下的左右岸水深极差分布,伴随最大水深的沿程运动,各断面的左右岸水位极差的变化,划分出不同的运动阶段,各个阶段左右岸水位极差随流程的增加而减小。由于存在斜向断面入流坡,使得陡坡后明渠出现了菱形波(扰动线),其扰动线的变化大致为其扰动线的发育位置为斜向陡坡末断面,即水流完全进入陡坡后明渠渠道处开始发育。扰动线最先出现于右岸,因为入流陡坡最先接触右岸,而后自右向左延伸。本实验的壅高波与跌落波基本重合,其历经的范围为三次转折,伴随每次转折,其扰动线的水位壅高也逐渐下降,在三次转折之后,水面波动已明显减小,水面也逐渐恢复平稳,通过统计学中的离势系数表示水面的均匀程度,借助最大熵定领推求水流回稳长度,陡坡后明渠水面恢复平稳至少需要5倍的渠宽。(2)明渠流速分布本文对斜向断面入流条件下的流场与流速进行了分析。对于流场分析,首先绘制了不同状态下的流场矢量图,通过对不同角度的对比,可以发现伴随斜向角度的减小,各个高度下的平剖流场图呈现出愈发混乱的状态。由于斜向断面入流使得陡坡后明渠水面的均匀程度下降,进而形成扰动线,此为宏观表现;对其微观状态而言,则是流场中流线分布更不均匀。起始断面在中线处,流速方向发生改变,在该断面横向流速方向发生改变,且变化为两次,即存在两个横向环流。并且从环流沿纵轴的分布来看,这种环流是以交叉递进的方式向前推移的。对于不同条件下的纵横流速分析,则是绘制了各个条件下的纵横流速的分布图,得到全测段主流速分布较为散乱。同一横断面处的主流速数值差异明显,呈现多峰状态。其主流速数值最高峰位于起始断面的左1/4处,此处为流速数值最大位置,说明此处的水流最为湍急,该处渠底会受到水流的冲刷作用;而主流速数值最低位于相对于起始断面的1.2B的左岸处,此处为流速数值最小位置,说明此处的水流流速明显变缓,在一定程度上会出现泥沙淤积。(3)明渠底板动水压强特性本文对斜向断面入流陡坡后明渠的底板动水压强进行了分析,分为时均动水压强与脉动压强两个方面。其时均动水压强,其一,起始断面的底板压强横向分布发生变化,右岸底板时均压强大于中轴线底板时均压强大于左岸底板时均压强。其二,在不同的斜角下,左右两岸的底板时均压强具有相似的分布特征。其三,左右两岸底板时均压强的最大差值出现位置相同。对于脉动压强又分为时域特性与频域特性。为了进行脉动压强的分析,首先对原始数据进行滤波处理并进行正态性检验,对于时域特性的研究主要为脉动压强的幅值变化,陡坡后起始断面右岸的底板动水压强的脉动压强的峰值的最小值随斜角减小,而随之减小,并且右岸底板动水压强的脉动压强的峰值的值域也随之减小,并趋于稳定。其频域特性表现为,起始断面伴随流量的增加,其各个测线的优势主频逐渐后移,优势频域的带宽基本稳定于0~2Hz;当角度相同时,底板脉动压强主频整体数值随流量的增加而增加,当流量相同时,底板脉动压强主频整体数值随斜角的增加而增加。