[發明專利]分散式挑流消能工沖坑深度的預測方法

有效

• 申請號: 202010464376.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111622187B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 侯冬梅;黃國兵;孔凡輝;胡晗;王英奎;翟靜靜;劉爽;王波
• 申請（專利權）人: 長江勘測規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: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06;E02B1/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

本發明提供一種適用于分散式特殊挑流消能工沖坑深度預測的計算方法，計算公式為：T＝k_rk_wq^0.5H^0.25，式中，T為沖刷坑深度，單位為：m；q為泄洪單寬流量，單位為：m³/s·m；H為泄洪水頭，單位為：m；k_r為基巖沖刷系數；k_w為射流沖刷系數。本發明經多個工程原型泄洪沖刷成果進行驗證，本預測方法相對于從前的預測方法綜合考慮了基巖抗沖性能和挑流水舌縱向拉伸、差動、平面分散等效應，能全面涵蓋分散式特殊消能工工程特征，精度更高。

技術領域

本發明涉及水利工程泄洪消能技術領域，具體是一種適用于分散式挑流消能工沖坑深度預測的方法。

背景技術

在水利水電工程泄洪消能建筑物中，挑流消能的特點是把具有巨大能量的高速水流直接墜入下游河床，對下游河床造成比較嚴重的沖刷破壞，甚至可能引起岸坡崩塌，危及工程安全。所以，挑流消能形成的高速射流對河床巖石的沖刷問題，一直是工程設計高度關注的問題之一。高水頭泄流建筑物的挑射水流，其巨大能量大體上分三部份消耗掉，即空中消能、水墊消能及沖刷基巖消能(另有一小部份能量轉化為尾水動能)。高速挑射水流對河床巖石的沖刷破壞是水利工程界尚未解決的難題之一，其影響因素較多，物理過程復雜，其過程涉及到流體力學、固體力學、巖石力學以及工程水文地質等眾多學科，這也是造成這方面研究諸多、研究進展較慢的原因之一。

隨著挑流消能在各種水利工程中的廣泛采用，沖刷問題倍受人們關注。20世紀20年代以來，世界各國水利科技工作者，從理論分析、模型試驗、原型觀測等多個方面開展了大量工作，提出了各種巖石沖刷理論和各種形式的經驗、半經驗計算公式，為沖刷研究和泄洪消能設計奠定了基礎。

挑流消能造成的大壩下游巖石河床沖刷問題直接關系到壩體的穩定與安全，是水利工程界尚未解決的難題之一。巖石沖刷物理過程較復雜，沖刷破壞機理所涉及的影響因素較多。20世紀年代以來，世界各國學者和水利工程界人士，從理論分析、模型試驗和原型觀測等多個角度開展了大量工作，提出了各種形式的經驗和半經驗沖坑預報公式，但迄今為止還沒有一種成熟的方法能準確對沖坑進行預報。原型觀測資料證明，較好的預報公式誤差也在10～30％。現有的研究通常只側重于某一個方面進行，因此公式的適用性受到一定的限制。特別是對于分散式消能工挑坎所產生的三維擴散水流、多股分層挑跌流、表中孔水舌對撞、左右水舌對撞等復雜流態的挑流消能沖坑的預報，則不能應用現有公式，迄今為止還沒有完全成熟完善的計算式，目前還主要依靠模型實驗和工程類比分析。

鑒于以往方法無法準確預測分散式特殊消能工沖坑深度，本發明對分散式消能工沖坑深度的預測提出了一種全新的預測方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有無法準確預測分散式消能工沖坑深度，對分散式消能工沖坑深度的預測提出了一種全新的評估方法。

現行規范的沖坑深度計算公式為T＝Kq^0.5H^0.25，沖刷系數K與基巖特性相關，q和H與水流能量相關，未考慮水舌形態及分布。

本發明綜合考慮了基巖特性、水流能量、水舌形態及分布等影響因素，完善了分散式消能工沖坑計算理論，提出的分散式消能工沖坑深度計算公式為，填補了行業空白。

本發明綜合提出分散式特殊消能工沖坑深度計算公式：

T＝k_rk_wq^0.5H^0.25

式中，T為沖刷坑深度，單位為：m；

q為泄洪單寬流量，單位為：m³/s·m；

H為泄洪水頭，單位為：m。