折坡式水躍消力池水力設計方法

2023-10-25 10:02:47

專利名稱：折坡式水躍消力池水力設計方法
技術領域：
本發明涉及一種水躍消力池水力設計方法，特別是涉及一種用於流量大於140m3/s的大 單寬流量、弗汝德數1.5左右的低弗汝德數、高尾水位布置條件的折坡式水躍消力池水力設 計方法。
背景技術：
大單寬流量、低弗汝德數、高尾水位條件下的溢流壩洩洪消能是水利水電工程中經常遇 到的問題。通常解決問題的途徑都是採用寬尾墩、T型墩、大趾墩、消力梁等輔助消能工。 但是，對於單寬流量為138~289.3m3/s，堰上水頭變化範圍為17.0m~27.6m，下遊水位在堰頂 以上的超高為6.5m 18.1m的溢流壩，由於超出現有工程採用前述輔助消能工的適用條件，試 驗研究表明上述輔助消能工是不可行的。發明內容本發明旨在提供一種用於流量大於140m3/s的大單寬流量、弗汝德數1.5左右的低弗汝德 數、高尾水位布置條件的折坡式水躍消力池水力設計方法。 本發明折坡式水躍消力池水力設計方法的技術方案如下本發明折坡式水躍消力池水力設計方法包括以下步驟 -第一步根據堰頂過閘單寬流量q和堰上下遊水位差AZ計算出流能比K，計算公式如下K= q 式中K一流能比； q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下遊水位差，m。第二步K的取值範圍是0.5~3.0時，將K值代入以下公式可以求得過堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Le，從池底板起算至躍首水面的高差Ze，躍頭斷面的弗汝德數 Frl,反弧末端的弗汝德數Fn;和折坡式水躍的消能率l!:formula see original document page 5式中K一流能比；Lc一從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m; Pd"堰頂與池底板間的高差，m; Ze—從池底板起算至躍首水面的高差，m;q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2;AZ—堰上下遊水位差，m;躍頭斷面的弗汝德數； Fm—反弧末端的弗汝德數； Tl—折坡式水躍的消能率。第三步根據第二步計算出來的從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc的值和從池底板起算至躍首水面的高差Zc值，躍頭斷面的弗汝德數F^和反弧末端的弗汝德數F^即可以按傳統二元水躍理論計算池長的i 丄初擬池長，條件複雜或重要工程可以通過水工模型試3 2驗驗證確定池長，從而設計出折坡式水躍消力池。本發明折坡式水躍消力池水力設計方法的有益效果在於所述的水力設計方法計算簡單、 方便，與實際工程設計符合良好；利用所述的水力設計方法設計而成的折坡式水躍消力池無 需輔助消能工，體型布置簡單，易於工程施工，且下遊衝刷輕微。
具體實施方式
本發明折坡式水躍消力池水力設計方法從位於壩面上的躍頭斷面到壩下反弧段之間的斜 坡段是折坡式水躍消能的重要區間，該區間是折坡式消能工消力池的一部分，當水流到達反 弧處時己變成緩流，其後的消力池和尾坎主要起調整水流和防衝的作用，即可解決問題，無需藉助輔助消能工。 實施例若已知堰頂與池底板間的高差Pd-23m;單寬流量q=212m3/s，堰上遊水位為362.2m， 堰下遊水位為353.4m，堰上下遊水位差AZ-8.8m，代入公式扭15 23因為K的取值範圍在0.5 3.0，將其帶入以下公式&-0.93K046 (1)&=0.4K+0.6 (2)& =關 (3) Frc = -0.375Frl2 + 2.217Frl -1.761 (4) "0.33K"0.5 (5) 式中K一流能比；Lc—從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m; Pd"堰頂與池底板間的高差，m;Zc—從池底板起算至躍首水面的高差，HI;q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下遊水位差，m;Fri—躍頭斷面的弗汝德數； Fk—反弧末端的弗汝徳數；ti一折坡式水躍的消能率。 由公式(1)& =0.93 X2.590 46" 1.44 — Lc=1.44Pd=1.44X23=33.12m;由公式(2)& =0.4 X 2.59+0.6=1.636 — Zc=1.636XPd=1.636X23"37.63m由公式(3)2.590J3 由公式(4)Fre = -0.375 X 1.532 + 2.217 X 1.53- 1.761 "0.753由公式(5)"0.33 X2.5ST0 5 "0.205即從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離U為33.12m，從池底板起算至躍首水面的高差 Zc為37.63m,躍頭斷面的弗汝德數Frl為1.53，反弧末端的弗汝德數Fre為0.753,折坡式水 躍的消能率為0.205。根據從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc為33.12m，從池底板起算至躍首水面的高 差Zc為37.63m，躍頭斷面的弗汝德數Frl為1.53,反弧末端的弗汝德數Fn;為0.753，即可以按傳統二元水躍理論計算池長的1 丄初擬池長，條件複雜或重要工程可以通過水工模型試3 2驗驗證確定池長，從而設計出折坡式水躍消力池。
權利要求
1、折坡式水躍消力池水力設計方法，其特徵在於包括以下步驟第一步根據堰頂過閘單寬流量q和堰上下遊水位差ΔZ計算出流能比K，計算公式如下<![CDATA[ K= q g Z 1.5 ]]>式中K-流能比；q-單寬流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下遊水位差，m；第二步K的取值範圍是0.5～3.0時，將K值代入以下公式可以求得過堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc，從池底板起算至躍首水面的高差Zc，躍頭斷面的弗汝德數Fr1，反弧末端的弗汝德數Frc和折坡式水躍的消能率η<![CDATA[ Lc Pd =0.93 K 0.46--- ( 1 ) ]]><![CDATA[ Zc Pd =0.4K+0.6--- ( 2 ) ]]>Fr1＝2.1/K0.33 (3)Frc＝-0.375Fr12+2.217Fr1-1.761 (4)η＝0.33K-0.5(5)式中K-流能比；Lc-從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m；Pd-為堰頂與池底板間的高差，m；Zc-從池底板起算至躍首水面的高差，m；q-單寬流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下遊水位差，m；Fr1-躍頭斷面的弗汝德數；Frc-反弧末端的弗汝德數；η-折坡式水躍的消能率；第三步根據第二步計算出來的從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc的值和從池底板起算至躍首水面的高差Zc值，躍頭斷面的弗汝德數Fr1和反弧末端的弗汝德數Frc即可以按傳統二元水躍理論計算池長的 top= "41" left = "73"/>初擬池長，條件複雜或重要工程可以通過水工模型試驗驗證確定池長，從而設計出折坡式水躍消力池。
全文摘要
本發明公開了一種折坡式水躍消力池水力設計方法。所述的設計方法包括以下步驟第一步根據堰頂過閘單寬流量q和堰上下遊水位差ΔZ計算出流能比K；第二步K的取值範圍是0.5～3.0時，利用公式可以求得過堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc，從池底板起算至躍首水面的高差Zc，躍頭斷面的弗汝德數Fr1，反弧末端的弗汝德數Frc和折坡式水躍的消能率η；第三步根據第二步計算出來各數據即可以設計出折坡式水躍消力池。所述的水力設計方法計算簡單、方便，與實際工程設計符合良好；利用所述的水利設計方法設計而成的折坡式水躍消力池無需輔助消能工，體型布置簡單，易於工程施工，且下遊衝刷輕微。
文檔編號E02B8/06GK101672028SQ200910170310
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者喬明秋, 劉琳振, 梅傳勝, 晴 陳, 立 韓, 高永輝 申請人:中國水電顧問集團北京勘測設計研究院