溢洪道边墙高度的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种溢洪道边墙高度的确定方法。适用于中低水头水利水电工程中溢 洪道控制断面的水深确定。
【背景技术】
[0002] 在溢洪道工程设计中，需要推求设计和校核洪水标准工况下溢洪道的水面线，以 确定闸室后溢洪道边墙高度或护砌高度。而在进行水面线计算时，必须先由水深为已知而 且位置确定的断面为计算的起始断面，这个断面称为控制断面。然后，以控制断面为起点进 行分析和计算。根据溢洪道的工程设计情况，一般溢洪道由引水段、控制段（闸室）、护坦、 泄槽段、消能段和尾水渠组成。由于溢洪道泄槽段一般为陡坡，因此，计算水面线的控制断 面一般选择在护坦与泄槽连接处，在没有护坦情况下，控制断面选择在闸室与泄槽连接处。 根据溢洪道水面线的分析，对控制断面的水深，传统的做法是假定此处的水深为临界水深。 但通过大量的溢洪道水工模型试验发现，在溢洪道工程设计中，大部分工程溢洪道泄槽段 设计水面线与模型试验得到的水面线相差较大，即模型试验水深低于设计计算值，从而导 致溢洪道泄槽段边墙高度设计偏高，出现浪费现象。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种溢洪道边墙高度的 确定方法，从而有助于优化边墙高度，避免出现浪费现象。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种溢洪道边墙高度的确定方法，其特征在于步骤 如下：
[0005] a、试验水深h资料收集：收集n个工程溢洪道的试验资料，包括自由溢流和控制溢 流状态下的单宽流量及其试验水深h，n多6 ;
[0006] b、临界水深1\计算：按下式进行计算
[0007]
[0008] 式中：q为溢洪道泄槽单宽流量，m3/(s? m)，
[0009] a为动能修正系数，
[0010]g为重力加速度，m/s2;
[0011] c、试验水深h与临界水深hk的关系拟定：以步骤a的试验水深h和步骤b的临界 水深h k为依据，进行拟合分析，得出h与h k之间的函数关系式；
[0012] d、确定溢洪道边墙高度：边墙高度H = h+K(hk-h)，K = 0. 3~1. 0，
[0013] 上式K的取值视工程等级、流量综合确定：对于工程等级高、泄流大的工程，K值一 般在0. 6~1. 0中选取；对于工程等级低、泄流小的工程，K值一般在0. 3~0. 5中选取。
[0014] 步骤c在Grapher-4软件中，将临界水深hk设置为横坐标，试验水深h设置为纵 坐标，导入匕和h的数据后，进行拟合分析，进而得出h与h k之间的函数关系式。
[0015] 步骤c中h与hk之间的函数关系式：
[0016] 堰体自由溢流时，h = 5. 32glnhk-4. 43 ;
[0017] 堰体控制溢流时，h = 1. 68glnhk_2. 70。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明结合大量的工程试验数据，拟合了试验水深与临界 水深的函数关系表达式；两者之间的函数关系式简单、易用，可为类似工程的设计提供参考 和借鉴，有助于确定边墙高度，避免浪费材料，降低工程成本。
【附图说明】
[0019] 图1为实施例中堰体自由溢流时h与hk的关系曲线。
[0020] 图2为实施例中堰体控制溢流时h与hk的关系曲线。
【具体实施方式】
[0021] 本实施例为一种溢洪道边墙高度的确定方法，具体步骤如下：
[0022] a、试验水深h资料收集：在涉及到溢洪道的水利水电工程中，一般均要开展溢洪 道的水工模型试验，通过试验中水流的流态、流速、冲刷深度等，来判断溢洪道结构设计的 合理性。在进行水工模型试验时，都要测试溢洪道特征部位的水深，以此为基础绘制溢洪道 槽内的水面线。本实施例收集自由溢流和控制溢流状态下的溢洪道泄槽单宽流量及其试验 水深h资料，对资料进行初步筛选后，选定6个典型工程的资料进行分析，如下表1 :
[0023] 表1典型工程的溢洪道试验资料
[0024]
[0025] b、临界水深hk计算：临界水深h k通过经典的水力学公式进行计算求得，
[0026]
[0027] 式中：q为溢洪道泄槽单宽流量，mV(s ? m);
[0028] a为动能修正系数；
[0029] g为重力加速度，m/s2。
[0030] 通过步骤a中收集的溢洪道泄槽单宽流量资料，按照（1)式计算得到各个工程的 临界水深hk。根据上述收集工程资料，计算得到各工程的临界水深hk，见表2 :
[0031] 表2典型工程的溢洪道资料
[0032]
[0033] c、试验水深h与临界水深hk的关系拟定：通过上述计算分析后，得到大量工程的 试验测试水深h与临界水深h k数据，以此数据为依据，进行拟合分析，利用Grapher-4软件 强大的数字拟合处理功能，探索试验水深h和临界水深hk的函数关系式；在Grapher-4软 件中，将临界水深hk设置为横坐标，试验水深h设置为纵坐标，导入hk和h的数据后，分别 选择双曲线、抛物线、对数函数等拟合后，认为对数函数能够更好的体现两者的函数关系， 拟合曲线与原始曲线更加接近，进而得出h与hk之间的函数关系式：
[0034] 当堰体自由溢流时，两者之间的函数关系表达式：
[0035] h = 5. 32glnhk-4. 43 (2)
[0036] 拟合曲线如图1，拟合曲线与试验数据的分布较好地吻合，相关系数达94. 7% ;
[0037] 当堰体控制溢流时，两者之间的函数关系表达式：
[0038] h = 1. 68glnhk-2. 70 (3)
[0039] 拟合曲线如图2,拟合曲线与试验数据的分布较好地吻合，相关系数达93. 1%。
[0040] 上述拟合的函数方程（2)式、（3)式的回归曲线相关系数均在93%以上，表明所 建立的相关关系显著，拟合方程能够很好地诠释试验水深h与临界水深匕之间的实际相关 性。
[0041] d、确定工程应用中溢洪道边墙高度：得到上述（2)式、（3)式后，可以对溢洪道控 制断面的水深进行计算。通过（2)式、（3)式计算不同下泄模式下的控制断面水深h，由此 计算得到的控制断面水深h作为设计确定溢洪道边墙高度的依据。对于重要工程，溢洪道 边墙高度可适当加高，实际设计中的边墙高度可按照下式（6)控制：
[0042] 由于临界水深hk计算中，考虑了掺气水深he的影响，因此计算成果偏大；实际应 用中溢洪道边墙高度H取值考虑两方面的因数，即试验水深h和安全超高H 1;在水力学中， 高速水流掺气后形成的水、气体混合物，造成断面水深的增加，这部分掺气深度he通常作 为安全超高氏的设计依据。掺气水深初步可按下式计算：
[0043] he = hk-h (4)
[0044] 研究表明：按照上式计算得到的掺气深度he偏大，在进行安全超高氏设计时需要 进行修正，为此，引入修正系数K，安全超高氏按照下式计算：
[0045] 氏=K(h k-h) K = 0? 3 ~1. 0 (5)
[0046] 因此，边墙高度H按照下式计算得到：
[0047] H = h+K (hk-h)，K = 0? 3 ~1. 0 (6)
[0048] 上式K的取值视工程等级、流量综合确定：对于工程等级高、泄流大的工程，K值一 般在0. 6~1. 0中选取；对于工程等级低、泄流小的工程，K值一般在0. 3~0. 5中选取。
【主权项】
1. 一种溢洪道边墙高度的确定方法，其特征在于步骤如下： a、 试验水深h资料收集：收集η个工程溢洪道的试验资料，包括自由溢流和控制溢流状 态下的单宽流量及其试验水深h，η多6 ; b、 临界水深1\计算：按下式进行计算式中：q为溢洪道泄槽单宽流量，m3/(s · m)， α为动能修正系数， g为重力加速度，m/s2; c、 试验水深h与临界水深hk的关系拟定：以步骤a的试验水深h和步骤b的临界水深 hk为依据，进行拟合分析，得出h与h k之间的函数关系式； d、 确定溢洪道边墙高度：边墙高度H = h+K(hk-h)，K = 0. 3~1. 0， 上式K的取值视工程等级、流量综合确定：对于工程等级高、泄流大的工程，K值一般在 0. 6~I. 0中选取；对于工程等级低、泄流小的工程，K值一般在0. 3~0. 5中选取。2. 根据权利要求1所述的溢洪道边墙高度的确定方法，其特征在于：步骤c在 Grapher-4软件中，将临界水深hk设置为横坐标，试验水深h设置为纵坐标，导入h Jp h的 数据后，进行拟合分析，进而得出h与hk之间的函数关系式。3. 根据权利要求1或2所述的溢洪道边墙高度的确定方法，其特征在于：步骤c中h与 hk之间的函数关系式： 堰体自由溢流时，h = 5. 32glnhk-4. 43 ; 堰体控制溢流时，h = I. 68glnhk-2. 70。
【专利摘要】本发明涉及一种溢洪道边墙高度的确定方法。本发明的目的是提供一种溢洪道边墙高度的确定方法，从而有助于优化边墙高度，避免出现浪费现象。本发明的技术方案是：一种溢洪道边墙高度的确定方法，步骤如下：a、试验水深h资料收集：收集n个工程溢洪道的试验资料，包括自由溢流和控制溢流状态下的单宽流量及其试验水深h，n≥6；b、临界水深hk计算：按下式进行计算<maths num="0001"></maths>；式中：q为溢洪道泄槽单宽流量，m3/(s·m)，α为动能修正系数，g为重力加速度，m/s2；c、试验水深h与临界水深hk的关系拟定：以步骤a的试验水深h和步骤b的临界水深hk为依据，进行拟合分析，得出h与hk之间的函数关系式；d、确定溢洪道边墙高度：边墙高度H＝h+K(hk-h)，K＝0.3～1.0。
【IPC分类】E02B8/06
【公开号】CN105064298
【申请号】CN201510474925
【发明人】李强
【申请人】中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月5日