扩散流是水利工程中普遍的水流现象。在河道、溢洪道设计、水泵站、水电站进出水口和水平布置的组合建筑物附近常常存在,这种现象对周围的流场有着不可忽略的影响。对于单向扩散,建筑物后产生斜流、旋涡和环流等不利的水流形态,对下游消能工及两侧的河道、导流墙造成极大的安全威胁。如果扩散角过大,下游建筑物周围会产生流动分离,分离区内会产生非稳态的旋涡运动,会对建筑物安全造成严重的不利影响。随着流量、闸门开度、下游水深等因素的变化,产生的影响程度也不尽相同,因此对这种扩散作用下的建筑物下游流场的研究以及非稳态旋涡运动及产生机理,有着非常重要的意义。本文主要针对闸门的过流特性以及闸后单向扩散水流特性进行了研究。采用物理模型试验,设计了全断面过流方案和束窄河道过流两种方案,分别对不同流量、闸门相对开度、下游水位和扩散角共57种工况进行了研究,采用高锰酸钾溶液作为示踪剂对流态进行观测,运用ADV(声学多普勒测速仪)对流速进行测量。通过对试验结果的整理和分析,对比扩散与未扩散工况下的过流特性,下游水流流场,分析了闸后扩散的产生机理、影响扩散的主要因素,总结了闸后单向扩散的的规律,如下:(1)通过研究两种方案闸孔出流水力特性结果可知:束窄断面过流方案的水位曲线与全断面过流方案水位曲线线变化规律基本一致。保证两种方案下的单宽流量一致情况下,当闸门相对开度相同时,两种方案下的单宽流量与闸前水深的关系基本一致;计算得出全断面方案的过流流量系数在0.6~0.8之间,束窄断面方案的过流流量系数在0.4~0.6之间。(2)闸后扩散流分为两个区域:一部分向扩散板附近运动,另一部分沿主流方向运动。闸后的不利水流主要包括靠近主流一侧的对边壁产生斜冲的水流、扩散板附近的边壁易形成立轴旋涡、下游的横向环流。斜冲水流作用在边壁导流墙,已形成冲刷和剥蚀,立轴旋涡易对河床造成严重的冲刷,横向环流是引起泥沙运动的主要作用力,对河床的冲淤有严重的影响。(3)扩散板后流速和涡量较小,易形成淤积;主流线一侧流速和涡量较大,容易形成冲刷。扩散角越大,淤积范围越大,冲刷位置越靠近下游。