弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法及应用技术

本发明专利技术公开了弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法及应用，属于水利工程通航水力学技术领域，本发明专利技术提出的计算方法可以快速计算弯曲河道中船闸下游引航道口门区回流的横向范围，利用来流基本水力特征参数、河道特征参数、下游口门设计参数以及计算参数，可以准确得出弯曲河道中船闸下游引航道口门区的回流长度，计算方法准确且简便，能够真实准确的反映出在河流弯道影响下船闸下游引航道口门区回流的几何特征。本发明专利技术可适用于多弯道的山区河流，方便工程设计人员实现对船闸下游引航道口门区回流长度的快速评判。游引航道口门区回流长度的快速评判。游引航道口门区回流长度的快速评判。

【技术实现步骤摘要】
弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法及应用


[0001]本专利技术涉及水利工程通航水力学
，具体为弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法及应用。

技术介绍

[0002]船闸引航道静水与河道动水交界处的口门区是船舶进出船闸的咽喉要道，口门区通航水流条件的优劣对船舶能否高效安全进出船闸具有重要的影响。在山区河流中，弯曲河道较多顺直河道较少，受自然地理条件限制，闸坝选址布置时其下游口门区经常会遇到河流弯道段。在弯道水流和下游导流堤的双重作用下，口门区可能产生大范围回流，过大的回流可能影响船舶正常出闸。针对此情况，目前尚没有针对弯曲河道的船闸下游引航道口门区回流长度的计算方法，现有研究手段多依赖构建物理模型，向水中播撒粒子进行延时摄影从而观察测量，或者建立二维水动力模型进行数值仿真，耗时过长且研究成本高昂。
[0003]综上所述，山区河流弯曲河道下游引航道口门区回流长度的确定十分必要，对于工程参数设计以及船舶安全通过口门区进出船闸过坝具有重要意义。目前，在弯曲河道影响下的回流长度确定是一个较为复杂的问题，涉及主流流速、水深、河道展宽比、雷诺数等因素。因此，有必要提出一种方便快捷且能够准确反映弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度的计算方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术所存在的问题，本专利技术提出了一种适用于弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法及应用，可以实现对弯曲河道中船闸下游引航道口门区回流长度的快速准确计算。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的其中一个技术方案是：一种适用于弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法，其特征在于，采用以下公式计算船闸下游引航道口门区回流长度，设船闸下游引航道口门区回流长度为L：
[0006][0007]式中为河宽扩展率，b为船闸下游口门宽度，v为河道来流流速，h为船闸下游引航道导流堤尾部的河道断面平均水深，t为导流堤与弯道相对位置系数，g为重力加速度。
[0008]进一步的，利用以下公式计算所述河宽扩展率：
[0009][0010]其中，B为河道总宽度，B
’
为泄流处河道宽度，b为船闸下游口门宽度，
∆
为导流堤宽度。
[0011]进一步的，利用以下公式计算所述导流堤与弯道相对位置系数t：
[0012][0013]其中，T为导流堤堤头到口门外河道弯曲起始点的距离；b为船闸下游口门宽度；
为判断系数，当导流堤堤头伸入弯道时赋值0，当导流堤堤头未伸入弯道时赋值
‑
1。
[0014]本专利技术的另一目的，提出一种弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
[0015]S1、给定来流基本水力特征参数，其中包括：河道来流流速v，船闸下游引航道导流堤尾部的河道断面平均水深h；
[0016]S2、给定河道特征参数，其中包括：河道总宽度B；
[0017]S3、设定下游口门设计参数，其中包括：导流堤宽度
∆
，船闸下游口门宽度b，导流堤堤头到口门外河道弯曲起始点的距离T；
[0018]S4、确定计算参数，其中包括：河宽扩展率，判断系数，导流堤与弯道相对位置系数t；
[0019]S5、根据公式计算弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度L。
[0020]本专利技术为山区河流多弯道河流船闸下游引航道口门区回流长度计算提出了新的计算方法，利用来流基本水力特征参数、河道特征参数、下游口门设计参数以及计算参数，可以准确得出弯曲河道中船闸下游引航道口门区的回流长度，计算方法准确且简便，能够真实准确的反映出在河流弯道影响下船闸下游引航道口门区回流的几何特征。本专利技术可适用于多弯道的山区河流，方便工程设计人员实现对船闸下游引航道口门区回流长度的快速评判。
附图说明
[0021]图1是典型弯曲河道船闸下游引航道口门区概化模型示意图；
[0022]图2是弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度与河宽扩展率的关系曲线图；
[0023]图3是弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度与船闸下游引航道导流堤尾部的河道断面平均水深的关系曲线图；
[0024]图4是弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度与河道来流流速的关系曲线图；
[0025]图5是弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度和导流堤与弯道相对位置系数的关系曲线图；
[0026]图6是弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度公式计算结果与模型实测结果对比图；
[0027]图7是应用实例船闸下游引航道口门区平面布置图；
[0028]图8是本专利技术所述的弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法流程示意图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的技术方案及设计原理更加清晰，以下结合具体实施案例，对本专利技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]本专利技术特提供一种回流长度计算方法及应用，本计算方法简便、实用、准确。利用
本计算方法可以为类似地处弯曲河道的水电枢纽下游口门区回流长度计算提供参考依据。为了进一步说明本专利技术的
技术实现思路
及功效，结合附图详细说明书如下：
[0031]请参阅图1~图7，回流长度主要受扩展率、水深、流速以及导流堤与弯道的相对位置的影响，主要包括的变量有：河道来流流速v；河宽扩展率；船闸下游引航道导流堤尾部的河道断面平均水深h；船闸下游口门宽度b；相对位置系数t，用这些变量来描述船闸下游引航道口门区回流长度，可写成以下形式：
[0032]ꢀꢀ
(1)
[0033]船闸下游导流堤后口门区回流的发育以及回流的几何结构主要受到河面宽度变化的影响，水流在经过导流堤后由于河面宽度突然变宽，过水断面面积突然增大，因水流分离会形成狭长的回流区域。水流在导流堤前后的过水断面面积的增量直接影响着回流发育。
[0034]基于典型弯曲河道船闸下游引航道口门区概化模型（见图1），首要建立过水断面面积与船闸下游引航道口门区回流长度的关系，在概化模型中由于水深一定，过水断面面积的变化率等同于河宽扩展率，故实际上可以建立河宽扩展率与船闸下游引航道口门区回流长度的关系。利用以下公式计算河宽扩展率：
[0035]ꢀꢀ
(2)
[0036]式中，B为河道总宽度，B
’
为泄流处河道宽度，b为船闸下游口门宽度，
∆
为导流堤宽度。
[0037]以不同河宽扩展率为横坐标自变量，弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度为纵坐标，绘制曲线得到图2。可以看出，随着河宽扩展率的增加，弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度也逐渐增大。由于河宽扩展率增加，口门对于河道宽度的占比也更大，这使得河道主流流速增加，水流的恢复距离逐渐变长，进而导致回流长度增加。但随着河宽扩展率的增大，弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度并不成正比增加，增长率逐渐减小。弯曲河道船闸下游本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法，其特征在于，采用以下公式计算船闸下游引航道口门区回流长度，设弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度为L：式中为河宽扩展率，b为船闸下游口门宽度，v为河道来流流速，h为船闸下游引航道导流堤尾部的河道断面平均水深，t为导流堤与弯道相对位置系数，g为重力加速度。2.根据权利要求1所述的一种弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法，其特征在于，利用以下公式计算所述河宽扩展率：其中，B为河道总宽度，B
’
为泄流处河道宽度，b为船闸下游口门宽度，
∆
为导流堤宽度。3.根据权利要求1所述的一种弯曲河道船闸下游引航道口门区回流长度计算方法，其特征在于，利用以下公式计算所述导流堤与弯道相对位置系数t：其中，T为导流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张首元，宋宣茹，丁乐雨，王熔荣，白延杰，梅铃钦，杨蒙，何萌，何玉虹，
申请(专利权)人：张首元，
类型：发明
国别省市：