专利名称：折坡式水跃消力池水力设计方法
技术领域：
本发明涉及一种水跃消力池水力设计方法，特别是涉及一种用于流量大于140m3/s的大 单宽流量、弗汝德数1.5左右的低弗汝德数、高尾水位布置条件的折坡式水跃消力池水力设 计方法。
背景技术：
大单宽流量、低弗汝德数、高尾水位条件下的溢流坝泄洪消能是水利水电工程中经常遇 到的问题。通常解决问题的途径都是采用宽尾墩、T型墩、大趾墩、消力梁等辅助消能工。 但是，对于单宽流量为138~289.3m3/s，堰上水头变化范围为17.0m~27.6m，下游水位在堰顶 以上的超高为6.5m 18.1m的溢流坝，由于超出现有工程采用前述辅助消能工的适用条件，试 验研究表明上述辅助消能工是不可行的。发明内容本发明旨在提供一种用于流量大于140m3/s的大单宽流量、弗汝德数1.5左右的低弗汝德 数、高尾水位布置条件的折坡式水跃消力池水力设计方法。 本发明折坡式水跃消力池水力设计方法的技术方案如下本发明折坡式水跃消力池水力设计方法包括以下步骤 -第一步根据堰顶过闸单宽流量q和堰上下游水位差AZ计算出流能比K，计算公式如下K= q 式中K一流能比； q—单宽流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下游水位差，m。第二步K的取值范围是0.5~3.0时，将K值代入以下公式可以求得过堰水舌从反弧末端起算至跃首断面的水平距离Le，从池底板起算至跃首水面的高差Ze，跃头断面的弗汝德数 Frl,反弧末端的弗汝德数Fn;和折坡式水跃的消能率l!:<formula>formula see original document page 5</formula>式中K一流能比；Lc一从反弧末端起算至跃首断面的水平距离，m; Pd"堰顶与池底板间的高差，m; Ze—从池底板起算至跃首水面的高差，m;q—单宽流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2;AZ—堰上下游水位差，m;跃头断面的弗汝德数； Fm—反弧末端的弗汝德数； Tl—折坡式水跃的消能率。第三步根据第二步计算出来的从反弧末端起算至跃首断面的水平距离Lc的值和从池底板起算至跃首水面的高差Zc值，跃头断面的弗汝德数F^和反弧末端的弗汝德数F^即可以按传统二元水跃理论计算池长的i 丄初拟池长，条件复杂或重要工程可以通过水工模型试3 2验验证确定池长，从而设计出折坡式水跃消力池。本发明折坡式水跃消力池水力设计方法的有益效果在于所述的水力设计方法计算简单、 方便，与实际工程设计符合良好；利用所述的水力设计方法设计而成的折坡式水跃消力池无 需辅助消能工，体型布置简单，易于工程施工，且下游冲刷轻微。
具体实施方式
本发明折坡式水跃消力池水力设计方法从位于坝面上的跃头断面到坝下反弧段之间的斜 坡段是折坡式水跃消能的重要区间，该区间是折坡式消能工消力池的一部分，当水流到达反 弧处时己变成缓流，其后的消力池和尾坎主要起调整水流和防冲的作用，即可解决问题，无需借助辅助消能工。 实施例若已知堰顶与池底板间的高差Pd-23m;单宽流量q=212m3/s，堰上游水位为362.2m， 堰下游水位为353.4m，堰上下游水位差AZ-8.8m，代入公式扭15 23因为K的取值范围在0.5 3.0，将其带入以下公式&-0.93K046 (1)&=0.4K+0.6 (2)& =关 (3) Frc = -0.375Frl2 + 2.217Frl -1.761 (4) "0.33K"0.5 (5) 式中K一流能比；Lc—从反弧末端起算至跃首断面的水平距离，m; Pd"堰顶与池底板间的高差，m;Zc—从池底板起算至跃首水面的高差，HI;q—单宽流量，m3/s; g—重力加速度，m/s2; AZ一堰上下游水位差，m;Fri—跃头断面的弗汝德数； Fk—反弧末端的弗汝徳数；ti一折坡式水跃的消能率。 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即从反弧末端起算至跃首断面的水平距离U为33.12m，从池底板起算至跃首水面的高差 Zc为37.63m,跃头断面的弗汝德数Frl为1.53，反弧末端的弗汝德数Fre为0.753,折坡式水 跃的消能率为0.205。根据从反弧末端起算至跃首断面的水平距离Lc为33.12m，从池底板起算至跃首水面的高 差Zc为37.63m，跃头断面的弗汝德数Frl为1.53,反弧末端的弗汝德数Fn;为0.753，即可以按传统二元水跃理论计算池长的1 丄初拟池长，条件复杂或重要工程可以通过水工模型试3 2验验证确定池长，从而设计出折坡式水跃消力池。
权利要求
1、折坡式水跃消力池水力设计方法，其特征在于包括以下步骤第一步根据堰顶过闸单宽流量q和堰上下游水位差ΔZ计算出流能比K，计算公式如下<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-单宽流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下游水位差，m；第二步K的取值范围是0.5～3.0时，将K值代入以下公式可以求得过堰水舌从反弧末端起算至跃首断面的水平距离Lc，从池底板起算至跃首水面的高差Zc，跃头断面的弗汝德数Fr1，反弧末端的弗汝德数Frc和折坡式水跃的消能率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-从反弧末端起算至跃首断面的水平距离，m；Pd-为堰顶与池底板间的高差，m；Zc-从池底板起算至跃首水面的高差，m；q-单宽流量，m3/s；g-重力加速度，m/s2；ΔZ-堰上下游水位差，m；Fr1-跃头断面的弗汝德数；Frc-反弧末端的弗汝德数；η-折坡式水跃的消能率；第三步根据第二步计算出来的从反弧末端起算至跃首断面的水平距离Lc的值和从池底板起算至跃首水面的高差Zc值，跃头断面的弗汝德数Fr1和反弧末端的弗汝德数Frc即可以按传统二元水跃理论计算池长的 id="icf0004" file="A2009101703100003C1.tif" wi="12" he="11" top= "41" left = "73" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>初拟池长，条件复杂或重要工程可以通过水工模型试验验证确定池长，从而设计出折坡式水跃消力池。
全文摘要
本发明公开了一种折坡式水跃消力池水力设计方法。所述的设计方法包括以下步骤第一步根据堰顶过闸单宽流量q和堰上下游水位差ΔZ计算出流能比K；第二步K的取值范围是0.5～3.0时，利用公式可以求得过堰水舌从反弧末端起算至跃首断面的水平距离L<sub>c</sub>，从池底板起算至跃首水面的高差Z<sub>c</sub>，跃头断面的弗汝德数F<sub>r1</sub>，反弧末端的弗汝德数F<sub>rc</sub>和折坡式水跃的消能率η；第三步根据第二步计算出来各数据即可以设计出折坡式水跃消力池。所述的水力设计方法计算简单、方便，与实际工程设计符合良好；利用所述的水利设计方法设计而成的折坡式水跃消力池无需辅助消能工，体型布置简单，易于工程施工，且下游冲刷轻微。
文档编号E02B8/06GK101672028SQ200910170310
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者乔明秋, 刘琳振, 梅传胜, 晴 陈, 立 韩, 高永辉 申请人:中国水电顾问集团北京勘测设计研究院