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几个方面。其中，拦污栅断面流速分布是否出现反向流速和孔口流速不均匀系数等是分析拦污栅是否
安全的重要水力指标，目前众多学者对此也有较多的研究成果。高学平等 ［１０ － １１］ 采用数值模拟方法研究
侧式进?出水口的水力特性，指出明渠两侧地形和反坡段坡比会对进流工况的拦污栅断面流速分布和孔
口流速不均匀系数产生一定程度影响；张从联等 ［１２］ 采用水工模型试验方法对某侧式进?出水口进行了
研究，指出离进?出水口较近的立面弯道会导致出流工况进?出水口顶部出现流速较高区，引起拦污栅
断面流速分布不均匀；高学平等 ［１３］ 建立了大尺度进?出水口水工模型试验装置，开展了进?出水口拦污
栅断面水力特性试验研究，研究表明有栅和无栅的进?出水口水力指标，除紊动强度差别较大外，其余
差别不大；朱洪涛等 ［１４］ 利用激光多普勒流速仪，量测了进?出水口内部流速，揭示了进?出水口拦污栅
断面脉动流速规律及脉动流速沿程变化规律。此外，国内外学者在侧式进?出水口各孔口流量不均匀程
度 ［１５ － １７］ 、水头损失 ［１８］ 和库区流态 ［１９］ 等几个方面也有较为丰富的研究。
以上针对侧式进?出水口水力特性的研究主要集中在与侧式进?出水口相接的明渠段、输水隧洞和
拦污栅等，但侧式进?出水口水力特性主要受自身体型参数的影响。因此，应当进一步研究侧式进?出
水口自身体型参数对拦污栅断面流速分布的影响，例如扩散段长度 ［２０］ 、调整段长度 ［２１］ 、隔墩布置形
式 ［２２］ 和顶板扩张角等。
类似的三维扩散流动如矩形渐扩管，Ｈａｊａａｌｉ等 ［２３］ 利用数值模拟研究了两种扩张角不同的三维非
对称矩形渐扩管内 部 的 水 流 流 动，结 果 表 明 扩 张 角 较 小 的 矩 形 渐 扩 管 内 部 水 流 更 加 均 匀；Ｃｈｅｒｒｙ
等 ［２４ － ２５］ 通过模型试验研究了两个三维矩形渐扩管，指出顶板扩张角的变化对水流的均匀性有重要作
用；Ｇｕｌｌｍａｎ － Ｓｔｒａｎｄ等 ［２６］ 结合 ＣＦＤ和物理模型试验方法，对扩张角不同的矩形渐扩管进行了研究，结
果表明顶板扩张角较大的渐扩管会产生回流强度较大的反向流速区。由此可知，垂直方向扩张角的大
小对矩形扩散流道内的流体影响显著。
出流工况侧式进?出水口的水流具有显著的三维扩散流动特征，因其内部分流墩的存在，其三维流
动较矩形渐扩管复杂。显然，侧式进?出水口垂向的扩张角（顶板扩张角）将影响扩散段内的沿程流速，
进而影响扩散段后拦污栅断面的流速分布。王晨茜等 ［２７］ 利用 Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ － ε紊流模型，探讨了顶板扩
张角对流动分离的影响，结果表明，当顶板扩张角小于等于 ２．０°时，扩散段内无明显流动分离现象。
目前缺乏顶板扩张角对进?出水口内部流动及拦污栅断面流速分布更细致的研究。
抽水蓄能电站设计规范将 ３°～５°作为侧式进?出水口顶板扩张角的推荐范围，其依据是矩形渐扩管
阻力系数最小的扩张角度范围的一半，但侧式进?出水口扩散段扩散后与扩散前的断面面积之比等又不
在矩形渐扩管的规定范围之内，因此有必要探究究竟。本文采用数值模拟的方法，以 ＳＹ抽水蓄能电
站下水库侧式进?出水口为基础，在保证孔口面积、扩散段长度和调整段长度均不变的情况下，设定
１１种角度的顶板扩张角，针对出流工况和进流工况，研究不同顶板扩张角的进?出水口水力特性，分
析顶板扩张角对拦污栅断面流速分布的影响规律。研究成果可为优化进?出水口体型设计提供指导，也
将为抽水蓄能电站设计规范的完善提供依据。

２ 研究对象

ＳＹ抽水蓄能电站下水库进?出水口沿发电水流方向依次为：扩散段、调整段、防涡梁段，全长为
５８．２２ｍ。扩散段长 ３９ｍ，平面为双向对称扩散，总水平扩散角 ３１．５°，立面为单向扩散，顶板扩张角
３．２３°。每个进?出水口设 ３个分流墩，将进?出水口分成 ４孔，孔口尺寸为 ６．４ｍ × １０ｍ（宽 × 高），每孔
净宽 ６．４ｍ。进?出水口宽度 ３２．８ｍ（含边墩及分流墩）。调整段长 ９ｍ，与防涡梁段结合为一体。防涡
梁段长 １０．２２ｍ，为防止产生吸气漩涡在顶部共设 ４道防涡梁。进 ?出水口通过渐变段 １、闸门井段、
渐变段 ２和隧洞相接。隧洞洞径为 ７．８ｍ。明渠段长度 ７１ｍ、反坡坡度 １４°。死水位时孔口中心淹
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没水深 １３ｍ，出流 工 况 流 量 １６１．２ｍ ?ｓ，进 流 工 况 流 量 １２３．７ｍ ?ｓ。该 侧 式 进?出 水 口 体 型 如 图 １
所示。

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