[發(fā)明專利]單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能評估方法

有效

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• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111651820B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 熊澤斌;孔凡輝;王英奎;黃國兵;胡清義;李偉;楊曉紅;黃元
• 申請（專利權）人: 長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司;長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能評估方法，包括利用單位水體消能率和消能區(qū)基巖抗沖流速兩個水力學指標進行耦合計算，得到消能安全指數(shù)；根據(jù)消能安全指數(shù)的對比確定安全性和經(jīng)濟性好的水利水電工程泄洪消能方案。本發(fā)明提出的消能安全指數(shù)綜合考慮了泄洪消能的兩種影響因素，首次將單位水體消能率和消能區(qū)基巖抗沖流速兩個水力學指標進行耦合計算，可更加系統(tǒng)全面的對泄洪消能安全性與經(jīng)濟性進行評價，利用該消能安全指數(shù)，可在工程設計前期快速判斷泄洪消能安全性及經(jīng)濟性，可盡快明確泄洪消能設計思路及主要設計方向，進而擬定泄洪消能設計方案，減少設計方案比選論證工作量，加快設計進度，降低設計難度及設計成本。

技術領域

本發(fā)明涉及水利水電工程泄洪消能領域，具體為基于單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能安全評估方法。

該方法首次將水利水電工程泄洪消能的單位水體消能率和消能區(qū)基巖抗沖流速兩個水力學指標進行耦合計算，提出了消能安全指數(shù)，可用于評價水利水電工程泄洪消能的安全性與經(jīng)濟性。

背景技術

隨著我國水利水電事業(yè)的發(fā)展，越來越多的水利水電工程已經(jīng)建成或者正在修建。在水利水電工程設計中，泄洪消能是一項極其重要的設計內容，其安全性及經(jīng)濟性直接影響到水利水電工程的運行安全及工程投資。

對于水利水電工程泄洪消能而言，影響其消能效果及安全的主要因素包括消能水體和消能區(qū)基巖兩個方面：

(1)當泄洪水流進入消能區(qū)后，利用水墊塘內水體紊動進行消能；一般而言，消能區(qū)內水體體積越大，水體利用率越高，消能效果越好，通常利用單位水體消能率作為消能區(qū)消能效果的指標，也是泄洪消能設計研究難易程度的一種評價指標。

(2)泄洪水流在消能區(qū)進行消能時，消能區(qū)內水體紊動劇烈，將對消能區(qū)邊坡和底部造成沖刷，從而可能影響邊坡穩(wěn)定及樞紐建筑物運行安全，因此消能區(qū)的抗沖性能是影響泄洪消能安全乃至工程運行安全的重要影響因素，若消能區(qū)巖體抗沖條件較差，則需要采取必要的防護措施以增強消能區(qū)的抗沖性能。

當前，水利水電工程泄洪消能設計過程中，大都利用單位水體消能率和基巖抗沖流速來評價泄洪消能安全，但兩者相互獨立，分別僅僅體現(xiàn)了泄洪消能的某一個方面，無法全面的對水利水電工程泄洪消能的安全性與經(jīng)濟性進行評價，目前尚無綜合考慮這兩方面因素的綜合評價方法。因此有必要提出新的消能評估方法，以便對水利水電工程泄洪消能設計提供技術支撐。

發(fā)明內容

為改善目前水利水電工程泄洪消能安全性與經(jīng)濟性評價方面的欠缺，便于在工程設計前期快速判斷泄洪消能安全性及經(jīng)濟性，以盡快明確泄洪消能設計思路及主要設計方向，進而擬定泄洪消能設計方案，減少設計方案比選論證工作量，加快設計進度，本發(fā)明提出了基于單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能評估方法。

本發(fā)明的目的是通過如下措施來達到的：單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能評估方法，其特征在于它包括：利用單位水體消能率和消能區(qū)基巖抗沖流速兩個水力學指標進行耦合計算，得到消能安全指數(shù)。

(1)計算確定單位水體消能率和消能區(qū)基巖抗沖流速；

根據(jù)工程的樞紐布置和泄洪建筑物設計情況，計算不同工況的下泄流量、泄洪水頭落差、泄洪功率及消能區(qū)水體體積，據(jù)此計算各工況下消能區(qū)的單位水體消能率；

根據(jù)消能區(qū)的地形地質條件以及巖體物理力學性質，明確消能區(qū)巖體的抗沖流速取值；

(2)消能安全指數(shù)計算

對于水利水電工程泄洪消能設計而言，其單位水體消能率越低、消能區(qū)巖體抗沖流速越高，則采用天然水墊消能的安全性越高；基于此，研究提出了基于單位水體消能率和基巖抗沖流速相耦合的消能安全指數(shù)，計算公式如下所示：