專利名稱：折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法，特別是涉及一種用于流量大于140m3/s的大 單寬流量、弗汝德數(shù)1.5左右的低弗汝德數(shù)、高尾水位布置條件的折坡式水躍消力池水力設(shè) 計(jì)方法。
背景技術(shù)：
大單寬流量、低弗汝德數(shù)、高尾水位條件下的溢流壩泄洪消能是水利水電工程中經(jīng)常遇 到的問(wèn)題。通常解決問(wèn)題的途徑都是采用寬尾墩、T型墩、大趾墩、消力梁等輔助消能工。 但是，對(duì)于單寬流量為138~289.3m3/s，堰上水頭變化范圍為17.0m~27.6m，下游水位在堰頂 以上的超高為6.5m 18.1m的溢流壩，由于超出現(xiàn)有工程采用前述輔助消能工的適用條件，試 驗(yàn)研究表明上述輔助消能工是不可行的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種用于流量大于140m3/s的大單寬流量、弗汝德數(shù)1.5左右的低弗汝德 數(shù)、高尾水位布置條件的折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法。 本發(fā)明折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案如下本發(fā)明折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法包括以下步驟 -第一步根據(jù)堰頂過(guò)閘單寬流量q和堰上下游水位差A(yù)Z計(jì)算出流能比K，計(jì)算公式如下K= q 式中K一流能比； q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下游水位差，m。第二步K的取值范圍是0.5~3.0時(shí)，將K值代入以下公式可以求得過(guò)堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Le，從池底板起算至躍首水面的高差Ze，躍頭斷面的弗汝德數(shù) Frl,反弧末端的弗汝德數(shù)Fn;和折坡式水躍的消能率l!:<formula>formula see original document page 5</formula>式中K一流能比；Lc一從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m; Pd"堰頂與池底板間的高差，m; Ze—從池底板起算至躍首水面的高差，m;q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2;AZ—堰上下游水位差，m;躍頭斷面的弗汝德數(shù)； Fm—反弧末端的弗汝德數(shù)； Tl—折坡式水躍的消能率。第三步根據(jù)第二步計(jì)算出來(lái)的從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc的值和從池底板起算至躍首水面的高差Zc值，躍頭斷面的弗汝德數(shù)F^和反弧末端的弗汝德數(shù)F^即可以按傳統(tǒng)二元水躍理論計(jì)算池長(zhǎng)的i 丄初擬池長(zhǎng)，條件復(fù)雜或重要工程可以通過(guò)水工模型試3 2驗(yàn)驗(yàn)證確定池長(zhǎng)，從而設(shè)計(jì)出折坡式水躍消力池。本發(fā)明折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法的有益效果在于所述的水力設(shè)計(jì)方法計(jì)算簡(jiǎn)單、 方便，與實(shí)際工程設(shè)計(jì)符合良好；利用所述的水力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)而成的折坡式水躍消力池?zé)o 需輔助消能工，體型布置簡(jiǎn)單，易于工程施工，且下游沖刷輕微。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法從位于壩面上的躍頭斷面到壩下反弧段之間的斜 坡段是折坡式水躍消能的重要區(qū)間，該區(qū)間是折坡式消能工消力池的一部分，當(dāng)水流到達(dá)反 弧處時(shí)己變成緩流，其后的消力池和尾坎主要起調(diào)整水流和防沖的作用，即可解決問(wèn)題，無(wú)需借助輔助消能工。 實(shí)施例若已知堰頂與池底板間的高差Pd-23m;單寬流量q=212m3/s，堰上游水位為362.2m， 堰下游水位為353.4m，堰上下游水位差A(yù)Z-8.8m，代入公式扭15 23因?yàn)镵的取值范圍在0.5 3.0，將其帶入以下公式&-0.93K046 (1)&=0.4K+0.6 (2)& =關(guān) (3) Frc = -0.375Frl2 + 2.217Frl -1.761 (4) "0.33K"0.5 (5) 式中K一流能比；Lc—從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m; Pd"堰頂與池底板間的高差，m;Zc—從池底板起算至躍首水面的高差，HI;q—單寬流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下游水位差，m;Fri—躍頭斷面的弗汝德數(shù)； Fk—反弧末端的弗汝徳數(shù)；ti一折坡式水躍的消能率。 由公式(1)& =0.93 X2.590 46" 1.44 — Lc=1.44Pd=1.44X23=33.12m;由公式(2)& =0.4 X 2.59+0.6=1.636 — Zc=1.636XPd=1.636X23"37.63m由公式(3)2.590J3 由公式(4)Fre = -0.375 X 1.532 + 2.217 X 1.53- 1.761 "0.753由公式(5)"0.33 X2.5ST0 5 "0.205即從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離U為33.12m，從池底板起算至躍首水面的高差 Zc為37.63m,躍頭斷面的弗汝德數(shù)Frl為1.53，反弧末端的弗汝德數(shù)Fre為0.753,折坡式水 躍的消能率為0.205。根據(jù)從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc為33.12m，從池底板起算至躍首水面的高 差Zc為37.63m，躍頭斷面的弗汝德數(shù)Frl為1.53,反弧末端的弗汝德數(shù)Fn;為0.753，即可以按傳統(tǒng)二元水躍理論計(jì)算池長(zhǎng)的1 丄初擬池長(zhǎng)，條件復(fù)雜或重要工程可以通過(guò)水工模型試3 2驗(yàn)驗(yàn)證確定池長(zhǎng)，從而設(shè)計(jì)出折坡式水躍消力池。
權(quán)利要求
1、折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟第一步根據(jù)堰頂過(guò)閘單寬流量q和堰上下游水位差ΔZ計(jì)算出流能比K，計(jì)算公式如下<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>q</mi> <mrow><msqrt> <mi>g</mi></msqrt><msup> <mi>ΔZ</mi> <mn>1.5</mn></msup> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中K-流能比；q-單寬流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下游水位差，m；第二步K的取值范圍是0.5～3.0時(shí)，將K值代入以下公式可以求得過(guò)堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc，從池底板起算至躍首水面的高差Zc，躍頭斷面的弗汝德數(shù)Fr1，反弧末端的弗汝德數(shù)Frc和折坡式水躍的消能率η<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <msub><mi>L</mi><mi>c</mi> </msub> <msub><mi>P</mi><mi>d</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mn>0.93</mn><msup> <mi>K</mi> <mn>0.46</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <msub><mi>Z</mi><mi>c</mi> </msub> <msub><mi>P</mi><mi>d</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mn>0.4</mn><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>0.6</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>Fr1＝2.1/K0.33 (3)Frc＝-0.375Fr12+2.217Fr1-1.761 (4)η＝0.33K-0.5(5)式中K-流能比；Lc-從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離，m；Pd-為堰頂與池底板間的高差，m；Zc-從池底板起算至躍首水面的高差，m；q-單寬流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下游水位差，m；Fr1-躍頭斷面的弗汝德數(shù)；Frc-反弧末端的弗汝德數(shù)；η-折坡式水躍的消能率；第三步根據(jù)第二步計(jì)算出來(lái)的從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離Lc的值和從池底板起算至躍首水面的高差Zc值，躍頭斷面的弗汝德數(shù)Fr1和反弧末端的弗汝德數(shù)Frc即可以按傳統(tǒng)二元水躍理論計(jì)算池長(zhǎng)的 id="icf0004" file="A2009101703100003C1.tif" wi="12" he="11" top= "41" left = "73" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>初擬池長(zhǎng)，條件復(fù)雜或重要工程可以通過(guò)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證確定池長(zhǎng)，從而設(shè)計(jì)出折坡式水躍消力池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種折坡式水躍消力池水力設(shè)計(jì)方法。所述的設(shè)計(jì)方法包括以下步驟第一步根據(jù)堰頂過(guò)閘單寬流量q和堰上下游水位差ΔZ計(jì)算出流能比K；第二步K的取值范圍是0.5～3.0時(shí)，利用公式可以求得過(guò)堰水舌從反弧末端起算至躍首斷面的水平距離L<sub>c</sub>，從池底板起算至躍首水面的高差Z<sub>c</sub>，躍頭斷面的弗汝德數(shù)F<sub>r1</sub>，反弧末端的弗汝德數(shù)F<sub>rc</sub>和折坡式水躍的消能率η；第三步根據(jù)第二步計(jì)算出來(lái)各數(shù)據(jù)即可以設(shè)計(jì)出折坡式水躍消力池。所述的水力設(shè)計(jì)方法計(jì)算簡(jiǎn)單、方便，與實(shí)際工程設(shè)計(jì)符合良好；利用所述的水利設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)而成的折坡式水躍消力池?zé)o需輔助消能工，體型布置簡(jiǎn)單，易于工程施工，且下游沖刷輕微。
文檔編號(hào)E02B8/06GK101672028SQ200910170310
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者喬明秋, 劉琳振, 梅傳勝, 晴 陳, 立 韓, 高永輝 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院