CN108256197A - 消能池内水体滞留时间的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消能池内水体滞留时间的确定方法，利用高浓度盐水作为示踪剂，通过测量加入高浓度盐水后消能池内水体电导率的变化来确定消能池内水体滞留时间；本发明进一步对不同工况条件下测量得到的水体滞留时间进行分析，提出具有普适性的消能池内水体滞留时间预测公式，对消能池内水体滞留时间进行估算；从而为消能池内水体流场研究以及过饱和气体生成研究提供理论依据和基础数据。本发明方法对于任何泄洪建筑，仅需对下泄水流进行常规测量获得相关常规参数，便可预测消能池内水体滞留时间，对水利工程领域消能工的研究具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，涉及泄洪过程中对消能池流场的研究，具体涉及一种消能池内水体滞留时间的确定方法。
背景技术
水舌是指高速水流离开建筑物向空中射出的水股。在水电站泄水过程中，由于水舌入水时流速大，会在进入消能池时形成冲击区；同时受卷吸作用的影响，往往会在主流区两侧形成涡旋区。在水舌上游区域，由于水体流速相对较小，加上水舌阻碍左右，因此在该区域存在较大的回流区，被卷吸进入此区域的水体在消能池滞留时间延长。而在水舌下游的涡旋区，紊动强度较大，在此区域的水体相对于水舌上游水体会更快进入主流水体而进入水舌下游。所以受坝下消能池复杂流场的影响，下泄水体并不会完全通过主流区流经二道坝出口进入下游河道，从而导致难以计算滞留时间，目前也尚未有相关的研究成果。
然而，经研究发现，通过对消能池内水体滞留时间的研究，一方面可以对坝下流场的复杂性进行验证，为坝下流场的研究提供理论依据；另一方面研究所得到的滞留时间也可以为其它研究延展提供科学基础，例如在高坝泄水总溶解气体(TDG)的生成过程中，滞留时间是TDG生成的不可缺少的因素。
综上所述，提供一种能够精准确定消能池内水体滞留时间的确定方法，对于泄洪建筑泄水工程实践和理论研究具有重要的指导意义，也是目前泄水工程研究中丞待解决的一个技术难点。
发明内容
本发明的目的旨在针对上述现有技术的不足之处，提供一种利用高浓度盐水作为示踪剂确定消能池内水体滞留时间的方法，通过这种方法能够较为准确的给出消能池内水体滞留时间，为泄洪建筑泄水工程实践和理论研究提供基础数据和理论依据。
本发明的另一目的旨在基于泄洪建筑的坝前水库水位、泄洪方式以及消能池内水深等动力学条件对消能池内水体滞留时间影响，提出一种能够确定消能池内水体滞留时间的预测方法。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现。
本发明提供的利用高浓度盐水的示踪来测量水体在泄洪建筑坝下消能池中水体的滞留时间的方法，首先将泄洪建筑坝前水库和消能池内的水位调节至稳定不变，然后从泄洪建筑泄洪出口位置的水流中加入高浓度盐水，在消能池出口位置测量水体电导率，通过测量得到的水体电导率随时间的变化确定消能池内水体滞留时间，具体步骤如下：
(S1)调节坝前水库水位稳定；
(S2)调节消能池内水位稳定；
(S3)在泄洪建筑的泄洪出口加入达到饱和状态的高浓度盐水，同时在消能池出口位置测量水体电导率，记录电导率随时间变化；
(S4)待测量的水体电导率稳定后，停止对电导率的记录；
(S5)依据水体电导率稳定后的电导率值σ增加30～70μs/cm后的电导率值σN，σN＝σ+(30～70)μs/cm；电导率随时间变化的电导率值σN对应的时间为有效时间节点tN，则消能池内水体滞留时间式中，σi为检测的第i个电导率，ti为第i个电导率对应的时间，N为从0到有效时间节点tN之间检测的电导率数据点个数。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，首先将坝前水库和消能池内的水位调节稳定，这样可以使流量稳定。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，步骤(S1)中，所述调节坝前水库水位稳定，即将坝前水库水位调节至正常水位与校核水位之间；所述正常水位是指历年达到保持出入不大的水位或工程运行中的正常水位，所述校核水位是指历年高低水位统计计算得到的水位，具体调节水位可以根据不同的泄洪建筑依照不同的水工报告进行设定；在调节坝前水库水位之前，首先确定泄洪方式，依据泄洪方式调节坝前水库水位。本领域中，泄洪方式一般为表孔泄洪、中孔泄洪或表孔与中孔共同泄洪。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，步骤(S1)中，调节坝前水库水位的具体实现方式为：所述泄洪建筑坝前水库底部通过管道与水池内的水泵连接，开启水泵，通过设置在管道上的第一水阀控制水池中的水进入坝前水库的流量，使坝前水库内的水位调整至正常水位和校核水位之间，然后进一步调节第一水阀，使坝前水库进水流量与泄洪流量相等，从而使坝前水库中的水位稳定。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，步骤(S2)中，所述调节消能池内水位稳定的具体实现方式为：通过泄洪建筑消能池后方的排水口上设置的第二水阀调节排水口出水流量至消能池内的水位使其稳定。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，为了有效监测电导率以及不影响泄洪建筑物的下泄流量大小，步骤(S3)中所述加入高浓度盐水的体积为3～5L左右。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，所述泄洪建筑为水工模型时，步骤(S5)得到的滞留时间乘以时间比尺即为实际泄洪建筑的消能池内水体滞留时间。
上述消能池内水体滞留时间的确定方法，依照常规泄洪建筑，以高浓度盐水为示踪剂，依据消能池内水体加入高浓度盐水后的电导率随时间的变化便可以确定消能池内水体的滞留时间；通过调节坝前水库水位、消能池内水位，改变泄洪方式可以获得不同工况下消能池内水体滞留时间，从而为研究消能池的流场提供理论依据。
本发明进一步基于泄洪建筑的坝前水库水位、泄洪方式以及消能池内水深等动力学条件对消能池内水体滞留时间影响，依据上述消能池内水体滞留时间的确定方法得到的不同工况下消能池内水体的滞留时间以及有关滞留时间的机理分析，提出一种具有普适性的消能池内水体滞留时间的确定方法，即通过以下公式估算得到消能池内水体滞留时间：
式中，TR为消能池内水体滞留时间，β为从泄洪出口进入消能池内的泄洪流入水角度，hk为消能池内水深，g为重力加速度,v2为消能池出口处的水流速度,Q为下泄流量,hr为消能池出口处水深，B为消能池出口处水流宽度，l为消能池长度,l0下泄水流的挑距；b0、b1和b3为相关系数，利用上述所述方法中给出的通过高浓度盐水的示踪测量得到的水体在泄洪建筑坝下消能池中的滞留时间的对数与的对数和Fr2的对数之间的关系，通过多元非线性回归拟合得到。本发明中，所述相关系数b0＝27.73，b1＝-1.82，b2＝0.49，因此消能池内水体滞留时间为：
通过上述滞留时间的估算公式，对于任何泄洪建筑，仅需要对下泄水流进行常规测量，获得β、hk、g、Q、hr、B、l、l0等常规参数，便可预测消能池内水体滞留时间，为坝下过饱和总溶解气体的生成过程研究提供了基础数据，对减缓过饱和总溶解气体对生态环境的不利影响有着重要的促进作用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明利用高浓度盐水作为示踪剂，通过测量加入高浓度盐水后水体电导率的变化便可以确定消能池内水体滞留时间；
2、本发明提供的利用高浓度盐水示踪确定滞留时间的方法，可以实现不同工况条件下消能池内水体滞留时间的测量，通过对不同工况下滞留时间的分析，可以从侧面验证消能池内水体流场的复杂性，为消能池内水体流场研究提供理论依据和基础数据；
3、本发明提供的利用高浓度盐水示踪确定滞留时间的方法，操作简单、成本低，易于实现，不仅可以用于泄洪建筑的坝下消能池，也可以用于其他类似研究中(例如：在射流下游水垫塘内滞留时间的研究等)，对水利领域消能工的研究具有十分重要的意义；
4、本发明对不同工况条件下利用高浓度盐水示踪确定的滞留时间进行分析，在此基础上提出了具有普适性的消能池内水体滞留时间的预测公式，可以对消能池内水体滞留时间进行估算，从而为相关研究提供理论依据；例如在过饱和总溶解气体(简称TDG)生成研究中，下泄水体在消能池内的滞留时间将直接影响生成饱和气体的饱和度，因此首先确定消能池内水体滞留时间，可以为过饱和总溶解气体生成研究提供基础数据，对减缓过饱和总溶解气体的不利影响具有显著的促进作用。
附图说明
图1为本发明利用示踪剂确定消能池内水体滞留时间试验装置示意图；其中，1-水泵，2-水池，3-第一水阀，4-坝前水库，5-中孔，6-表孔，7-闸门，8-高浓度盐水，9-消能池，10-电导仪，11-消能池出口，12-排水口，13-第二水阀。
图2为本发明实施例1和实施例2采用的水工模型；其中(a)为杨房沟水工模型，(b)为松塔水工模型。
图3为泄洪建筑的泄洪方式；其中(a)为表孔泄洪，(b)为中孔泄洪，(c)为表孔和中孔共同泄洪。
图4为本发明实施例1和实施例2中不同泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图；其中(a)为杨房沟水工模型中孔泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图，(b)为杨房沟水工模型表孔泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图，(c)为松塔水工模型表孔泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图。
图5为消能池内流场特征示意图。
图6为本发明实施例1和实施例2得到的滞留时间与相关参数关系的分析图；其中(a)为实施例1杨房沟水电站表孔泄洪方式下得到的滞留时间与l0/l关系的分析图，(b)为实施例1杨房沟水电站表孔泄洪方式下得到的滞留时间与Fr2关系的分析图，(c)为实施例1杨房沟水电站中孔泄洪方式下得到的滞留时间与l0/l关系的分析图，(d)为实施例1杨房沟水电站中孔泄洪方式下得到的滞留时间与Fr2关系的分析图，(e)为实施例2松塔水电站表孔泄洪方式下得到的滞留时间与l0/l关系的分析图，(f)为实施例2松塔水电站表孔泄洪方式下得到的滞留时间与Fr2关系的分析图，(g)为实施例2松塔水电站中孔泄洪方式下得到的滞留时间与l0/l关系的分析图，(h)为实施例2松塔水电站中孔泄洪方式下得到的滞留时间与Fr2关系的分析图。
具体实施方式
以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例在水力学与山区河流开发保护国家重点实验室内进行，所采用的试验装置为依托杨房沟水工模型进行，水工模型如图2(a)所示，其几何比尺λL＝50，时间比尺为λt＝7.07。
利用示踪剂确定消能池内水体滞留时间的试验装置如图1所示，包括泄洪建筑坝前水库4、位于坝前水库4下方的水池2以及位于坝下的消能池9；水池2内设置有水泵1，水泵经管道与坝前水库连通，其管道上设置有第一水阀3；坝前水库的中部设计有泄洪中孔5，顶部设计有泄洪表孔6以及用于控制表孔和中孔开度的闸门7，消能池9的尾端为消能池出口11，消能池出口的后方为泄洪建筑的排水口12，与排水口连接的管道上设置有第二水阀13；高浓度盐水8从泄洪建筑的泄洪出口加入；电导仪10放置于消能池出水口11处，用于监测此处水体电导率。
本实施例用于作为示踪剂的高浓度盐水8的配制方法：将NaCl溶解到水中配制NaCl饱和溶液即得到高浓度盐水8，浓度为365g/L左右。
本实施例用于检测水体电导率的设备为电导仪10，其型号为sanxin SX731便携式pH/ORP/电导仪，其测量范围在0.00～9.99μs/cm时，精度为0.01μs/cm；其测量范围在20.0～199.9μs/cm时，精度为0.1μs/cm；其测量范围在200～1999μs/cm时，精度为1μs/cm。
本实施例泄洪建筑的下泄流量可以根据泄洪方式及坝前水库水位来设定，也可以通过查询杨房沟水电站报告得到。
本实施例中消能池内水深为消能池中的相对于泄洪建筑底部(即坝前水库底部)水位高程(消能池内水位高程)与消能池底板高程差，其中消能池底板高程由对应水工报告提供。
本实施例利用上述试验装置分别确定表孔泄洪方式和中孔泄洪方式下的消能池内水体滞留时间；以表孔泄洪为例，试验具体步骤如下：
(S1)开启水泵1，通过设置在管道上的第一水阀3控制水池2中的水进入坝前水库的流量，使坝前水库内的水位调整至位于正常水位和校核水位之间，然后调节水阀3，使坝前水库进水流量与泄洪流量相等，从而使坝前水库4中的水位稳定，记录此时坝前水库水位；
(S2)通过泄洪建筑消能池后方的排水口12上设置的第二水阀13调节排水口出水流量至消能池内的水位稳定，记录此时消能池内水位；
(S3)将电导仪10放置至消能池出水口11处，监测此处电导率至稳定不变，然后在泄洪建筑的泄洪出口加入高浓度盐水8，同时在消能池出口位置测量水体电导率，得到电导率随时间变化；
(S4)待测量的水体电导率稳定后，停止对电导率的记录；
本实施例得到杨房沟水工模型表孔泄洪方式下的电导率随时间的变化曲线，如图4(b)所示，电导率随时间的增长呈现泊松分布。另外，图4(a)为杨房沟水工模型中孔泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图，(c)为松塔水工模型表孔泄洪方式下检测的电导率随时间变化趋势图(对应实施例2中松塔水工模型)；
(S5)电导率随时间的增长呈现泊松分布，考虑到二道坝出口处的出流流量影响，滞留时间可以通过电导率与其对应时间的加权平均得到，具体为：依据水体电导率稳定后的电导率值σ增加30～70μs/cm后的电导率值σN，σN＝σ+(30～70)μs/cm；电导率随时间变化图中电导率值σN对应的时间为有效时间节点tN，则消能池内水体滞留时间式中，σi为检测的第i个电导率，ti为第i个电导率对应的时间，N为从0到有效时间节点tN之间检测的电导率数据点个数。
如图4(b)所示，水体电导率稳定后的电导率值σ为332μs/cm，其增加70μs/cm后的电导率值σN为402μs/cm，从图中看出σN＝402μs/cm对应的时间49s为有效时间节点tN，即tN＝49s，从0到有效时间节点tN之间检测的电导率数据点个数为N＝49(每1s钟测量一个数据)，则消能池内水体滞留时间前面已经给出杨房沟水工模型的时间比尺为λt＝7.07，因此杨房沟水电站的消能池内水体滞留时间为153.37s。
通过调节第一水阀3调整坝前水库中的水位，重复步骤(S1)-(S5)，便可以得到表孔泄洪方式下若干组不同工况对应的消能池内水体滞留时间，见表1所示。
依据上述试验过程，将泄洪方式调整为中孔泄洪，便可得到中孔泄洪方式下，不同工况对应的消能池内水体滞留时间，见表2所示。
表1：杨房沟水电站表孔泄洪方式下不同工况及其对应的消能池内水体滞留时间
注：hl通过试验过程中记录的坝前水库水位乘以几何比尺λL＝50得到，hk通过试验过程中记录的水工模型消能池内水位乘以几何比尺λL＝50再减去消能池底板高程得到，Q、B与l根据通过对应杨房沟水电站水工报告查询得到，hr由消能池内水深hk与二道坝高程hd差计算而得，二道坝hd的高程由对应杨房沟水电站水工报告获得，β根据公式(5)计算得到，l0根据公式(9)计算得到，滞留时间TR由水工模型条件下得到滞留时间tR乘以时间比尺λt＝7.07得到。
表2：杨房沟水电站中孔泄洪方式下不同工况及其对应的消能池内水体滞留时间
注：hl通过试验过程中记录的坝前水库水位乘以几何比尺λL＝50得到，hk通过试验过程中记录的水工模型消能池内水位乘以几何比尺λL＝50再减去消能池底板高程得到，Q、B与l根据通过对应杨房沟水电站水工报告查询得到，hr由消能池内水深hk与二道坝高程hd差计算而得，二道坝hd的高程由对应杨房沟水电站水工报告获得，β根据公式(5)计算得到，l0根据公式(9)计算得到，滞留时间TR由水工模型条件下得到滞留时间tR乘以时间比尺λt＝7.07得到。
实施例2
本实施例在水力学与山区河流开发保护国家重点实验室内进行，所采用的试验装置为依托松塔水工模型进行，水工模型如图2(b)所示，其几何比尺λL＝80，时间比尺为λt＝8.94。
本实施例利用示踪剂确定消能池内水体滞留时间的试验装置结构以及试验步骤与实施例1中的相同。当泄洪方式为表孔泄洪时，重复实施例1中的步骤(S1)-(S5)，便可得到若干组不同工况对应的消能池内水体滞留时间，见表3所示。当泄洪方式为中孔泄洪时，重复实施例1中的步骤(S1)-(S5)，便可得到若干组不同工况对应的消能池内水体滞留时间，见表4所示。
表3：松塔水电站表孔泄洪方式下不同工况及其对应的消能池内水体滞留时间
注：hl通过试验过程中记录的坝前水库水位乘以几何比尺λL＝80得到，hk通过试验过程中记录的水工模型消能池内水位乘以几何比尺λL＝80再减去消能池底板高程得到，Q、B与l根据通过对应杨房沟水电站水工报告查询得到，hr由消能池内水深hk与二道坝高程hd差计算而得，二道坝hd的高程由对应杨房沟水电站水工报告获得，β根据公式(5)计算得到，l0根据公式(9)计算得到，滞留时间TR由水工模型条件下得到滞留时间tR乘以时间比尺λt＝8.94得到。
表4：松塔水电站中孔泄洪方式下不同工况及其对应的消能池内水体滞留时间
注：hl通过试验过程中记录的坝前水库水位乘以几何比尺λL＝80得到，hk通过试验过程中记录的水工模型消能池内水位乘以几何比尺λL＝80再减去消能池底板高程得到，Q、B与l根据通过对应杨房沟水电站水工报告查询得到，hr由消能池内水深hk与二道坝高程hd差计算而得，二道坝hd的高程由对应杨房沟水电站水工报告获得，β根据公式(5)计算得到，l0根据公式(9)计算得到，滞留时间TR由水工模型条件下得到滞留时间tR乘以时间比尺λt＝8.94得到。
实施例3
本实施例考虑到泄洪建筑的坝前水库水位、泄洪方式以及消能池内水深等动力学条件对消能池内水体滞留时间影响，依据实施例1和实施例2得到的水电站不同工况下消能池内水体的滞留时间以及有关滞留时间的机理分析，提出了一种具有普适性的消能池内水体滞留时间的确定方法。
通过滞留时间的机理分析，考虑到影响滞留时间的多个因素(如图5所示)，滞留时间的表达式可以写为
g(TR,l,l0,v2,hk,g)＝0 (1)
式中，TR(s)为下泄水体在消能池中的滞留时间，l(m)为消能池长度,l0(m)为下泄水流的挑距，hk(m)为消能池内水深，g(m/s2)为重力加速度，v2为消能池出口处的水流速度,Q(m3/s)为下泄流量,hr(m)为消能池出口处水深，B(m)为消能池出口处水流宽度，所有相关参数均标注在图5中。
利用量纲分析和π定理得出泄洪建筑下泄水流在消能池滞留时间如式(3)所示。
考虑到下泄水流入水角度β对滞留时间的影响，将cotβ加入其中并定义
式中β的表达式为
式中α为出坎角度，h1为出坎水深，式中Q(m3/s)为下泄流量，bj(m)为第j个泄洪孔的孔宽，n为泄洪孔的数量；v0(m/s)为下泄水流在泄洪建筑物出口流速。
因此滞留时间的表达式可表示为
式(5)中l0可表示为如下(8)式【刘沛清,现代坝共消能防冲原理[M].科学出版社,2010】：
当α为0时，即下泄水流为水平出流时，l0的表达式(8)可简化为：
式(8)和(9)中，v0(m/s)为下泄水流在泄洪建筑物出口流速，Hu(m)为出流鼻坎以上的全水头(为坝前水库中水位减去泄洪孔出坎底高程)，为流速系数，取值范围为0.75～0.95，Hp(m)为泄流孔出坎底高程与消能池内水位高程之差，泄流孔出坎底高程为通过水工报告获得对应水位的多个泄洪孔流量及每个泄洪孔的出坎高程加权平均计算得到，hk(m)是消能池内水深；α为泄流孔出坎角度。
实施例1和实施2中，杨房沟和松塔水电站表孔和中孔泄洪方式下不同工况对应的滞留时间TR的对数与的对数、Fr2的对数关系如图6所示，从图中可以看出，滞留时间TR的对数值随着的对数值增加而减小，而滞留时间TR的对数值随着Fr2的对数值增大而增加。
因此，TR的表达式(7)可以表示为：
结合表1-表4中的数据及图6，通过多元非线性回归得到相关系数b0＝27.73，b1＝-1.82，b2＝0.49，因此滞留时间TR的表达式为：
通过上述滞留时间的公式(12)，对于任何泄洪建筑，仅需要对下泄水流进行常规测量，获得β、hk、g、Q、hr、B、l、l0等常规参数，便可预测消能池内水体滞留时间，为坝下过饱和气体的生成过程研究提供了基础数据，对减缓过饱和气体对生态环境的不利影响有着重要的促进作用。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于利用高浓度盐水的示踪来测量泄洪建筑坝下消能池内水体的滞留时间，步骤如下：
(S1)调节坝前水库水位稳定；
(S2)调节消能池内水位稳定；
(S3)在泄洪建筑的泄洪出口加入达到饱和状态的高浓度盐水，同时在消能池出口位置测量水体电导率，记录电导率随时间变化；
(S4)待测量的水体电导率稳定后，停止对电导率的记录；
(S5)依据水体电导率稳定后的电导率值σ增加30～70μs/cm后的电导率值σN，σN＝σ+(30～70)μs/cm；电导率随时间变化的电导率值σN对应的时间为有效时间节点tN，则消能池内水体滞留时间式中，σi为检测的第i个电导率，ti为第i个电导率对应的时间，N为从0到有效时间节点tN之间检测的电导率数据点个数。
2.根据权利要求1所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于步骤(S1)中，所述调节坝前水库水位稳定，即将坝前水库水位调节至正常水位与校核水位之间。
3.根据权利要求1所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于步骤(S1)中，所述在调节坝前水库水位稳定之前，首先确定泄洪方式，依据泄洪方式调节坝前水库水位。
4.根据权利要求3所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于所述泄洪方式为表孔泄洪、中孔泄洪或表孔与中孔共同泄洪。
5.根据权利要求1所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于步骤(S1)中所述调节坝前水库水位稳定具体方式为：开启试验装置中水泵(1)，通过管道上的第一水阀(3)控制水池中的水进入坝前水库的流量，使坝前水库内的水位至正常水位和校核水位之间，然后调节水阀(3)，使坝前水库进水流量与泄洪流量相等，从而使坝前水库(4)中的水位稳定。
6.根据权利要求1所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于步骤(S2)中所述调节消能池内水位稳定具体方式为：通过泄洪建筑消能池后方的排水口(12)上的第二水阀(13)调节排水口出水流量至消能池(9)内的水位稳定。
7.根据权利要求1所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于步骤(S3)中所述加入高浓度盐水的体积为3～5L。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于当所述泄洪建筑为水工模型时，步骤(S5)中得到的水体滞留时间乘以时间比尺即为实际泄洪建筑的消能池内水体滞留时间。
9.一种消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于通过以下公式估算得到消能池内水体滞留时间如下：
式中，TR为消能池内水体滞留时间，β为从泄洪出口进入消能池内的泄洪流入水角度，hk为消能池内水深，g为重力加速度,v2为消能池出口处的水流速度,Q为下泄流量,hr为消能池出口处水深，B为消能池出口处水流宽度，l为消能池长度,l0下泄水流的挑距；b0、b1和b3为相关系数，利用权利要求1至8任一权利要求所述方法中给出的通过高浓度盐水的示踪测量得到的水体在泄洪建筑坝下消能池内的滞留时间的对数与的对数和Fr2的对数之间的关系，通过多元非线性回归拟合得到。
10.根据权利要求9所述消能池内水体滞留时间的确定方法，其特征在于所述相关系数b0＝27.73，b1＝-1.82，b2＝0.49，则消能池内水体滞留时间为：
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116220148A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-06 | 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 | 一种基于立体拦污栅的河道净化取水系统及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852122A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-02 | 戴会超 | 一种改善气体过饱和的生态友好型二道坝 |
| CN103134643A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 河海大学 | 一种消力池底部渗漏位置的探测方法 |
| CN103969357A (zh) * | 2013-02-06 | 2014-08-06 | 上海阿科玛双氧水有限公司 | 一种利用离子色谱仪检测双氧水中硝酸盐含量的方法 |
| CN104597224A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-06 | 河南理工大学 | 一种探查矿井水文地质的三落程非稳定流放水试验方法 |
| CN105301059A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-02-03 | 中国石油大学(华东) | 测定气液旋流液相停留时间分布的装置和方法 |
| US20160083532A1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-03-24 | Evonik Degussa Gmbh | Superabsorbent polymer production using certain carriers |
| CN106769235A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 厦门大学 | 一种环境污染物时间序列浓度被动式采样装置 |
-
2018
- 2018-01-10 CN CN201810023158.9A patent/CN108256197B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852122A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-02 | 戴会超 | 一种改善气体过饱和的生态友好型二道坝 |
| CN103134643A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 河海大学 | 一种消力池底部渗漏位置的探测方法 |
| CN103969357A (zh) * | 2013-02-06 | 2014-08-06 | 上海阿科玛双氧水有限公司 | 一种利用离子色谱仪检测双氧水中硝酸盐含量的方法 |
| US20160083532A1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-03-24 | Evonik Degussa Gmbh | Superabsorbent polymer production using certain carriers |
| CN104597224A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-06 | 河南理工大学 | 一种探查矿井水文地质的三落程非稳定流放水试验方法 |
| CN105301059A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-02-03 | 中国石油大学(华东) | 测定气液旋流液相停留时间分布的装置和方法 |
| CN106769235A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 厦门大学 | 一种环境污染物时间序列浓度被动式采样装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PERIARD, YANN等: ""Root Water Uptake by Romaine Lettuce in a Muck Soil: Linking Tip Burn to Hydric Deficit"", 《VADOSE ZONE JOURNAL》 * |
| 梁新腾: ""连铸中间包内钢水流动行为的数理模拟研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116220148A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-06 | 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 | 一种基于立体拦污栅的河道净化取水系统及方法 |
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