[發明專利]采用天然水墊消能的判別方法

有效

• 申請號: 202010464385.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111622188B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 熊澤斌;孔凡輝;王英奎;李偉;王才歡;胡清義;楊曉紅;殷鳴
• 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
• 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

采用天然水墊消能的判別方法，其特征在于分為兩個步驟，步驟一為消能安全指數計算；步驟二為采用天然水墊消能的判別；(1)若工程的消能安全指數W大于或等于4.0，則采用天然水墊消能是可行的；(2)若工程的消能安全指數W小于4.0，則采用天然水墊消能的設計難度較大。本發明方法突破了以往消能方案比選研究過程中僅根據工程類比和實踐經驗進行方案初擬的局限，可幫助工程快速確定泄洪消能設計方案的研究思路及主要研究方向，大幅減小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

本發明涉及高壩工程泄洪消能設計領域，具體為一種天然水墊消能判別方法，該判別標準的技術特征可以概括為“消能安全指數計算，天然水墊消能可行性判別”。

背景技術

隨著我國水利水電事業的發展，越來越多的水利水電工程修建在高山峽谷地區。在高山峽谷地區修建的高壩工程，泄洪消能設計普遍具有“水頭高、流量大、泄洪功率大、河谷狹窄、地質條件復雜”等不利條件，并且需要綜合考慮樞紐布置緊湊可行、消能安全可靠、施工方便、投資節約等多種因素。受地形地質條件限制，窄河谷高壩工程樞紐布置格局一般均比較緊湊，泄洪消能建筑物的布置空間、泄洪消能型式的選擇較為有限。挑流消能作為一種較為常見的消能型式，在窄河谷高壩工程中應用比較廣泛，但很多工程受條件限制，在消能區采用全襯砌人工水墊塘方案的難度較大，且工程投資較大，因此利用消能區天然水墊進行消能成為一種經濟有效的設計方案。

當前，對于窄河谷高壩工程采用天然水墊消能的研究非常有限，尤其是窄河谷高壩工程采用天然水墊消能的可行性，目前尚無一個通用判斷標準，泄洪消能方案存在較大不確定性，消能安全性難以評價。在消能方案的比選研究過程中，現有工程大多根據工程經驗或工程類比來初步擬定比選方案，然后通過水力計算或模型試驗等方法進行驗證確定，論證工作量較大，投入的時間和成本較高。

因此，有必要研究提出窄河谷高壩采用天然水墊消能的可行性判別標準，在泄洪消能設計前期對工程采用天然水墊消能的可行性進行初判，有利于快速確定泄洪消能設計方案的研究思路及主要研究方向，大幅減小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。

發明內容

為改善目前窄河谷高壩工程采用天然水墊消能的可行性判別方法方面的欠缺，便于在泄洪消能設計前期對工程采用天然水墊消能的可行性進行快速初判，以減小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，本發明提出了一種基于消能安全指數的窄河谷高壩采用天然水墊消能的可行性判別標準。

本發明所述的采用天然水墊消能的判別方法，分為兩個步驟。步驟一為消能安全指數計算；步驟二為天然水墊消能可行性判別

步驟一：消能安全指數計算

對窄河谷高壩工程的泄洪規模及消能水力學性能、消能區巖體抗沖條件等進行研究，對消能安全指數進行計算。

(1)單位水體消能率和消能區基巖抗沖流速計算

第一：根據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、泄洪功率及消能區水體體積，據此計算各工況下消能區的單位水體消能率。

第二：根據消能區的地形地質條件以及巖體物理力學性質，明確消能區巖體的抗沖流速取值。

(2)消能安全指數計算

消能安全指數計算公式如下：

其中，W為消能安全指數，無量綱；E為單位水體消能率(kW/m³)；V₀為消能區巖體抗沖流速(m/s)；γ為消能區水的容重(kN/m³)。

步驟二：天然水墊消能可行性判別

基于步驟一中計算得到的消能安全指數W，判別該工程采用天然水墊消能的可行性。判別方法如下：