[發明專利]一種長距離緩坡無壓泄洪洞的防空蝕設計方法

有效

• 申請號: 202110268165.7
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113073616B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 彭育;徐建榮;都輝;薛陽;張石;陶俊佳;蔣明
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明公開了一種長距離緩坡無壓泄洪洞的防空蝕設計方法，通過合理的底坡設計，使泄洪洞內形成一種短壅水接均勻流的水面線，降低流速，降低空蝕風險；通過建立泄洪洞底坡坡度與相對水深增量、水流空化數的函數關系，確定防空蝕設計底坡；通過建立初生空化數與流速的函數關系制定配套的防空蝕控制指標：σ₀＝0.033v?0.451；建立原型不平整度高度tp與模型不平整度高度Δ的換算關系tp/Δ＝λ^0.7，和施工風險安全系數K₁，制定施工不平整度控制標準【t】≤tp/K₁；建立基于施工風險安全系數K₁和設計安全風險K₂的長距離泄洪洞空蝕風險評估指標K＝K₁K₂進行定量預測。該發明可廣泛的在無法采用摻氣減蝕措施的長距離緩坡無壓泄洪洞工程中推廣使用。

技術領域

本發明屬于水利水電工程中的高速水流技術領域，具體涉及一種長距離緩坡無壓泄洪洞的防空蝕設計方法。

背景技術

空蝕是高水頭大流量泄洪洞面臨的主要安全風險，根據國內外泄洪洞工程破壞實例的調查分析，引起空蝕破壞的主要原因包括：泄洪洞體型不合理，導致一些關鍵部位空化數過??；施工誤差造成的錯臺、突體等導致過流面不平整；運行方式不合理或者在沒有達到運行條件時卻被迫參與運行等等。對于常規高速水流泄洪洞來說，采用摻氣減蝕是最有效的防空蝕措施。而對于那些坡度緩(如小于8％)、流速較高(超過25～30m/s)的低Fr數無壓泄洪洞，摻氣設施很難發揮作用，有時可能因空腔回水無法摻氣而形成潛在的空化源，導致發生空蝕破壞。而長距離的泄洪洞因施工不平整度出現概率累積較高，空蝕破壞的風險將大大增加。因此如何避免無法采用摻氣減蝕措施的長距離緩坡無壓泄洪洞的空蝕破壞，將是工程界需要解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提出一種長距離緩坡無壓泄洪洞的防空蝕設計方法。旨在通過合理的底坡設計，使泄洪洞內形成一種短壅水接均勻流的水面線，降低流速，降低空蝕風險；再配套制定防空蝕控制指標和施工不平整度的控制標準，確保泄洪洞運行安全，進一步地，建立長距離泄洪洞空蝕風險評估指標，進行定量預測。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

一種長距離緩坡無壓泄洪洞防空蝕設計方法，其特征在于，包括長距離緩坡無壓泄洪洞底坡設計、制定防空蝕控制指標和制定施工不平整度控制標準組成的成套設計方法，其中，

所述長距離緩坡無壓泄洪洞底坡設計包括以下步驟：

步驟1.1：確定影響泄洪洞底坡的主要因素和適應范圍；

泄洪洞進口流速v₁應不超過35m/s，計算公式如下：

其中，H為泄洪洞進口水頭，為流速系數，g為重力加速度；v₁、h₁分別為進口斷面的流速和水深，h₁＝q/v₁，q為設計單寬流量；

步驟1.2：確定水流邊界條件：h₁≤hh_k；

通過選擇合適底坡坡度使洞內水流形成一種短壅水接均勻流的水面線，以降低洞內水流流速；需滿足的水流邊界條件為：h₁≤hh_k，即沿程水深h應大于等于進口斷面水深h₁，而小于臨界水深h_k，其中，當h＝h₁時，為保持進口流速不變的均勻流流態；

臨界水深按下式計算

h_k＝(q²/g)^1/3 (2)