一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法技术

本发明专利技术公开了一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法，所述方法包括基于泄洪岸边的最大泄洪量和单个泄洪洞的泄洪量计算泄洪岸边所需要布置的泄洪洞的数量；基于上、下游水位流量关系，设置各个泄洪洞的第一布置参数；基于第一布置参数获取各个泄洪洞的第二布置参数；基于所述第二布置参数验证所述第一布置参数是否符合预设布置条件，若不符合则调整第一布置参数，重新获取第二布置参数进行验证，若符合则基于各个泄洪洞的第一布置参数和泄洪洞数量进行泄洪洞群布置，本发明专利技术综合考虑了泄洪洞的冲坑和水舌落点，提供了一种符合实际的、兼顾多方面因素的岸边泄洪洞群布置方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法


[0001]本专利技术属于水利工程
，特别涉及一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法。

技术介绍

[0002]泄洪洞是大中型水电枢纽工程中重要的岸边泄水建筑物，泄洪时挑射流跌入下游河道后引起的下游河道局部冲刷关系到工程安全。现有的高水头泄水建筑物泄洪洞下游河道以岩石为基础，由于高坝泄流的流量较大，泄洪洞的布置方式通常采用泄洪洞群的布置方式，以满足泄放流量的要求。
[0003]泄洪洞在泄洪过程中，挑射流出坎后水舌发生纵向和横向扩散，射流的掺气散裂及水舌落水特性使河道边流速的控制更为困难，受到上游水舌的影响，下游水舌在水垫中的扩散距离会略有增大，从而造成对水垫塘底板冲击压强减小，因此在泄洪洞群布置时，各水舌之间的干扰对下游河道的流态和消能起到了重要作用。流场试验结果显示若多股水舌距离较近会合并成一股射流，下游冲坑会产生叠加；若多股水舌之间的距离过大，则水舌之间的射流不会相互干扰，不会起到水垫作用；当多股水舌的间距适当时，则射流在下游河道的碰撞和干扰有利于加强消能作用，有效地发挥水垫效应，减轻下游冲坑深度。
[0004]现有技术中，岸边泄洪洞群主要是基于水舌落点的分散进行布置的，并未考虑水舌干扰产生的水垫效应的消能和减轻冲坑深度的作用，而近年来我国中西部水电基地开发的水电工程由于大泄量、窄河谷的现状，下游河道的冲刷也引发了一系列水力学问题，因此，我国现需要一种符合实际的、兼顾多方面因素的岸边泄洪洞群布置方法。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法，将水舌之间的干扰和水舌落点分散、冲刷进行综合考虑，对岸边泄洪洞群布置方法进行优化，充分发挥水舌干扰产生的水垫效应的作用，进一步降低了岸边泄洪洞群布置工程的风险和投资。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法，所述方法包括：
[0007]基于泄洪岸边的最大泄洪量和单个泄洪洞的泄洪量计算泄洪岸边所需要布置的泄洪洞的数量；
[0008]基于上、下游水位流量关系，设置各个泄洪洞的第一布置参数，所述第一布置参数包括泄洪洞出口体型参数m、泄洪洞出口挑角α、泄洪洞与岸坡的交角θ、相邻泄洪洞间距Δs、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s；
[0009]基于第一布置参数获取各个泄洪洞的第二布置参数，所述第二布置参数包括岸边流速v
a
、冲坑深度T、冲坑最深点到冲坑边缘宽度b；
[0010]基于所述第二布置参数验证所述第一布置参数是否符合预设布置条件，若不符合
则调整第一布置参数，重新获取第二布置参数进行验证，若符合则基于各个泄洪洞的第一布置参数和泄洪洞数量进行泄洪洞群布置。
[0011]作为上述方案的进一步优化，基于所述第二布置参数验证所述第一布置参数是否符合预设布置条件的具体步骤包括：
[0012]S1、判断第二布置参数岸边流速v
a
是否大于第一阈值，若岸边流速v
a
大于第一阈值，则调整第一布置参数泄洪洞出口体型参数m、泄洪洞出口挑角α或泄洪洞与岸坡的交角θ、相邻泄洪洞间距Δs，反之，则进入步骤S2；
[0013]S2、判断第二布置参数冲坑深度T是否大于第二阈值，若冲坑深度T大于第二阈值，则调整第一布置参数相邻泄洪洞间距Δs、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，然后返回步骤S1，若冲坑深度T不大于第二阈值，则进入步骤S3；
[0014]S3、判断第二布置参数泄洪洞出口与岸坡坡角距离s是否大于第三阈值，若泄洪洞出口与岸坡坡角距离s大于第三阈值，则调整第一布置参数泄洪洞与岸坡的交角θ、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，然后返回步骤S2，若泄洪洞出口与岸坡坡角距离s不大于第三阈值，则第一布置参数符合预设布置条件。
[0015]作为上述方案的进一步优化，步骤S1中，所述第一阈值为6.0m/s，所述第二布置参数岸边流速v
a
的计算公式如下：
[0016][0017]其中为流速衰减系数，B为泄洪洞处的河道宽度、s为泄洪洞出口到岸坡坡角的距离、v
m
为泄洪洞水舌和其相邻下游泄洪洞水舌之间的最大临底流速、L0为挑射流水舌入水前的挑射流距离。
[0018]作为上述方案的进一步优化，步骤S2中，所述判断第二布置参数冲坑深度T是否大于第二阈值的具体过程如下：
[0019]获取各个泄洪洞的上、下游水位差，基于各个泄洪洞的上、下游水位差计算各个泄洪洞的第二布置参数冲坑深度T；
[0020]获取各个泄洪洞的第二布置参数冲坑深度T中的最大值T
m
；
[0021]基于相同的上、下游水位差计算泄洪洞群最上游仅布置一条泄洪洞时下游的冲坑深度T
c
，将T
c
设置为第二阈值；
[0022]判断不等式T
m
≤T
c
(2)是否成立，若不等式(2)不成立，则调整第一布置参数相邻泄洪洞间距Δs、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，并重新获取第二布置参数，再次进行验证。
[0023]作为上述方案的进一步优化，步骤S3中，所述第三阈值由泄洪洞与岸坡的几何关系计算得到，第三阈值的具体计算公式如下：
[0024]Y3＝L0sinθ
‑
s
ꢀꢀ
(3)
[0025]其中Y3表示第三阈值。
[0026]作为上述方案的进一步优化，所述判断第二布置参数泄洪洞出口与岸坡坡角距离s是否大于第三阈值的具体过程为：
[0027]基于第一布置参数构建泄洪洞参数模型，基于所述泄洪洞参数模型获取第二布置参数冲坑最深点到冲坑边缘宽度b；
[0028]基于泄洪洞参数模型计算第三阈值Y3；
[0029]判断不等式b≤L0sinθ
‑
s＝Y3ꢀꢀ
(4)是否成立，若不等式(4)不成立，则调整第一布置参数泄洪洞与岸坡的交角θ、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，并重新获取第二布置参数冲坑深度T和冲坑最深点到冲坑边缘宽度b，再次进行验证。
[0030]本专利技术的一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法，具备如下有益效果：
[0031]1、本专利技术通过泄洪洞的第一布置参数获取泄洪洞的第二布置参数岸边流速，并对岸边流速进行判定，使得对岸边流速的值始终不大于第一阈值，从而降低了泄洪洞群布置过程中泄洪洞之间的水舌干扰对于河道流速和流态影响，减小了上游泄洪洞对下游河道的影响。
[0032]2、本专利技术通过获取泄洪洞群中各个泄洪洞的冲坑深度与第二阈值之间的关系，验证相邻冲坑之间泄洪洞之间的水舌干扰是否产生水垫作用，并通过调整第一布置参数使得水舌干扰产生的水垫充分发挥作用，减轻下游冲坑深度。
[0033]3、本专利技术通过对第二布置参数岸边流速、冲坑深度、冲坑最深点到冲坑边缘宽度进行验证，调整泄洪洞群布置方法，综本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾冲坑和射流消能的岸边泄洪洞群布置方法，其特征在于，所述方法包括：基于泄洪岸边的最大泄洪量和单个泄洪洞的泄洪量计算泄洪岸边所需要布置的泄洪洞的数量；基于上、下游水位流量关系，设置各个泄洪洞的第一布置参数，所述第一布置参数包括泄洪洞出口体型参数m、泄洪洞出口挑角α、泄洪洞与岸坡的交角θ、相邻泄洪洞间距Δs、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s；基于第一布置参数获取各个泄洪洞的第二布置参数，所述第二布置参数包括岸边流速v
a
、冲坑深度T、冲坑最深点到冲坑边缘宽度b；基于所述第二布置参数验证所述第一布置参数是否符合预设布置条件，若不符合则调整第一布置参数，重新获取第二布置参数进行验证，若符合则基于各个泄洪洞的第一布置参数和泄洪洞数量进行泄洪洞群布置。2.根据权利要求1所述的泄洪洞群布置方法，其特征在于，基于所述第二布置参数验证所述第一布置参数是否符合预设布置条件的具体步骤包括：S1、判断第二布置参数岸边流速v
a
是否大于第一阈值，若岸边流速v
a
大于第一阈值，则调整第一布置参数泄洪洞出口体型参数m、泄洪洞出口挑角α或泄洪洞与岸坡的交角θ、相邻泄洪洞间距Δs，反之，则进入步骤S2；S2、判断第二布置参数冲坑深度T是否大于第二阈值，若冲坑深度T大于第二阈值，则调整第一布置参数相邻泄洪洞间距Δs、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，然后返回步骤S1，若冲坑深度T不大于第二阈值，则进入步骤S3；S3、判断第二布置参数泄洪洞出口与岸坡坡角距离s是否大于第三阈值，若泄洪洞出口与岸坡坡角距离s大于第三阈值，则调整第一布置参数泄洪洞与岸坡的交角θ、泄洪洞出口与岸坡坡角距离s，然后返回步骤S2，若泄洪洞出口与岸坡坡角距离s不大于第三阈值，则第一布置参数符合预设布置条件。3.根据权利要求2所述的泄洪洞群布置方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一阈值为6.0m/s，所述第二布置参数岸边流速v
a
的计算公式如下：其中为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建荣，王宇，赵建钧，辜晋德，方锦涛，阮仕平，赵建平，彭育，薛阳，都辉，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：