CN111651820B - 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法 - Google Patents

单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111651820B
CN111651820B CN202010463811.0A CN202010463811A CN111651820B CN 111651820 B CN111651820 B CN 111651820B CN 202010463811 A CN202010463811 A CN 202010463811A CN 111651820 B CN111651820 B CN 111651820B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy dissipation
rate
water body
flood discharge
safety
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010463811.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111651820A (zh
Inventor
熊泽斌
孔凡辉
王英奎
黄国兵
胡清义
李伟
杨晓红
黄元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd, Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission filed Critical Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Priority to CN202010463811.0A priority Critical patent/CN111651820B/zh
Publication of CN111651820A publication Critical patent/CN111651820A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111651820B publication Critical patent/CN111651820B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法，包括利用单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，得到消能安全指数；根据消能安全指数的对比确定安全性和经济性好的水利水电工程泄洪消能方案。本发明提出的消能安全指数综合考虑了泄洪消能的两种影响因素，首次将单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，可更加系统全面的对泄洪消能安全性与经济性进行评价，利用该消能安全指数，可在工程设计前期快速判断泄洪消能安全性及经济性，可尽快明确泄洪消能设计思路及主要设计方向，进而拟定泄洪消能设计方案，减少设计方案比选论证工作量，加快设计进度，降低设计难度及设计成本。

Description

单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程泄洪消能领域，具体为基于单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能安全评估方法。
该方法首次将水利水电工程泄洪消能的单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，提出了消能安全指数，可用于评价水利水电工程泄洪消能的安全性与经济性。
背景技术
随着我国水利水电事业的发展，越来越多的水利水电工程已经建成或者正在修建。在水利水电工程设计中，泄洪消能是一项极其重要的设计内容，其安全性及经济性直接影响到水利水电工程的运行安全及工程投资。
对于水利水电工程泄洪消能而言，影响其消能效果及安全的主要因素包括消能水体和消能区基岩两个方面：
(1)当泄洪水流进入消能区后，利用水垫塘内水体紊动进行消能；一般而言，消能区内水体体积越大，水体利用率越高，消能效果越好，通常利用单位水体消能率作为消能区消能效果的指标，也是泄洪消能设计研究难易程度的一种评价指标。
(2)泄洪水流在消能区进行消能时，消能区内水体紊动剧烈，将对消能区边坡和底部造成冲刷，从而可能影响边坡稳定及枢纽建筑物运行安全，因此消能区的抗冲性能是影响泄洪消能安全乃至工程运行安全的重要影响因素，若消能区岩体抗冲条件较差，则需要采取必要的防护措施以增强消能区的抗冲性能。
当前，水利水电工程泄洪消能设计过程中，大都利用单位水体消能率和基岩抗冲流速来评价泄洪消能安全，但两者相互独立，分别仅仅体现了泄洪消能的某一个方面，无法全面的对水利水电工程泄洪消能的安全性与经济性进行评价，目前尚无综合考虑这两方面因素的综合评价方法。因此有必要提出新的消能评估方法，以便对水利水电工程泄洪消能设计提供技术支撑。
发明内容
为改善目前水利水电工程泄洪消能安全性与经济性评价方面的欠缺，便于在工程设计前期快速判断泄洪消能安全性及经济性，以尽快明确泄洪消能设计思路及主要设计方向，进而拟定泄洪消能设计方案，减少设计方案比选论证工作量，加快设计进度，本发明提出了基于单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法，其特征在于它包括：利用单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，得到消能安全指数。
(1)计算确定单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速；
根据工程的枢纽布置和泄洪建筑物设计情况，计算不同工况的下泄流量、泄洪水头落差、泄洪功率及消能区水体体积，据此计算各工况下消能区的单位水体消能率；
根据消能区的地形地质条件以及岩体物理力学性质，明确消能区岩体的抗冲流速取值；
(2)消能安全指数计算
对于水利水电工程泄洪消能设计而言，其单位水体消能率越低、消能区岩体抗冲流速越高，则采用天然水垫消能的安全性越高；基于此，研究提出了基于单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能安全指数，计算公式如下所示：
Figure BDA0002511854420000031
其中，W为消能安全指数，无量纲；E为单位水体消能率(kW/m3)；V0为消能区岩体抗冲流速(m/s)；γ为消能区水的容重(kN/m3)。
(3)泄洪消能安全性与经济性评价
对于水利水电工程泄洪消能设计而言，单位水体消能率越低、消能区岩体抗冲流速越高，则消能安全指数越大，此时泄洪消能安全性越高，在泄洪消能设计中需采取的结构设计方案及工程措施越少，经济性越好。因此，可将消能安全指数W作为泄洪消能安全性与经济性的评价指标：W越大，工程泄洪消能安全性越高、经济性越好。
本发明与现有技术相比，提出的消能安全指数综合考虑了泄洪消能的两种影响因素：消能水体和消能区基岩，首次将单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，可更加系统全面的对泄洪消能安全性与经济性进行评价，弥补了泄洪消能安全性与经济性评价方面的技术空白。利用该消能安全指数，可在工程设计前期快速判断泄洪消能安全性及经济性，可尽快明确泄洪消能设计思路及主要设计方向，进而拟定泄洪消能设计方案，减少设计方案比选论证工作量，加快设计进度，降低设计难度及设计成本。
具体实施方式
下面详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法，其特征在于它包括：利用单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，得到消能安全指数；
主要技术方案包括：
(1)单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速计算
水利水电工程泄洪消能设计的两个重要水力学指标分别为单位水体消能率和消能区岩体抗冲流速，因此首先需要对两个水力学指标进行计算确定。
第一：根据工程的枢纽布置和泄洪建筑物设计情况，计算不同工况的下泄流量、泄洪水头落差、泄洪功率及消能区水体体积，据此计算各工况下消能区的单位水体消能率。
第二：根据消能区的地形地质条件以及岩体物理力学性质，明确消能区岩体的抗冲流速取值。
其中的单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速计算为现有技术。
(2)消能安全指数计算
对于水利水电工程泄洪消能设计而言，其单位水体消能率越低、消能区岩体抗冲流速越高，则采用天然水垫消能的安全性越高。基于此，研究提出了基于单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能安全指数，计算公式如下所示：
Figure BDA0002511854420000051
其中，W为消能安全指数，无量纲；E为单位水体消能率(kW/m3)；V0为消能区岩体抗冲流速(m/s)；γ为消能区水的容重(kN/m3)。
(3)利用消能安全指数对泄洪消能安全性与经济性评价
对于水利水电工程泄洪消能设计而言，单位水体消能率越低、消能区岩体抗冲流速越高，则消能安全指数越大，此时泄洪消能安全性越高，在泄洪消能设计中需采取的结构设计方案及工程措施越少，经济性越好。因此，可将消能安全指数W作为泄洪消能安全性与经济性的评价指标：W越大，工程泄洪消能安全性越高、经济性越好。
经理论计算并结合施工论证：一般消能安全指数大于4可以直接采用天然水垫塘进行消能区岩体抗冲消能。
本发明首次通过消能安全指数计算来确定水利水电工程泄洪消能的安全性；克服了现有将单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速单独用于泄洪消能安全性评估的缺点；特别是当现有的单位水体消能率低，消能区岩体抗冲流速低；及当现有的单位水体消能率高，消能区岩体抗冲流速高时无法评价水利水电工程泄洪消能的安全性的难题。其它未详细说明的均属于现有技术。

Claims (1)

1.单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法，其特征在于：利用单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速两个水力学指标进行耦合计算，得到消能安全指数；根据消能安全指数的对比确定安全性和经济性好的水利水电工程泄洪消能方案；
具体为：
(1)计算确定单位水体消能率和消能区基岩抗冲流速：
根据工程的枢纽布置和泄洪建筑物设计情况，计算不同工况的下泄流量、泄洪水头落差、泄洪功率及消能区水体体积，据此计算各工况下消能区的单位水体消能率；
根据消能区的地形地质条件以及岩体物理力学性质，明确消能区岩体的抗冲流速取值；
(2)消能安全评估系数计算：
提出了基于单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能安全指数，计算公式如下所示：
Figure FDA0003532345930000011
其中，W为消能安全指数，无量纲；E为单位水体消能率，单位：kW/m3；V0为消能区岩体抗冲流速，单位：m/s；γ为消能区水的容重，单位：kN/m3。
CN202010463811.0A 2020-05-27 2020-05-27 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法 Active CN111651820B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010463811.0A CN111651820B (zh) 2020-05-27 2020-05-27 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010463811.0A CN111651820B (zh) 2020-05-27 2020-05-27 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111651820A CN111651820A (zh) 2020-09-11
CN111651820B true CN111651820B (zh) 2022-04-22

Family

ID=72346879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010463811.0A Active CN111651820B (zh) 2020-05-27 2020-05-27 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111651820B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114150631B (zh) * 2021-12-23 2023-02-03 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种基于河道容量的泄洪枢纽布置方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6443654B1 (en) * 1998-05-05 2002-09-03 Frederick J. Kauppi Hydraulic energy dissipating offset stepped spillway
CN101017516A (zh) * 2007-02-12 2007-08-15 三峡大学 水工水力学的水流精细模拟方法
CN104695390A (zh) * 2015-01-30 2015-06-10 中国水利水电科学研究院 一种组合式超泄消能溢洪单元和方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6443654B1 (en) * 1998-05-05 2002-09-03 Frederick J. Kauppi Hydraulic energy dissipating offset stepped spillway
CN101017516A (zh) * 2007-02-12 2007-08-15 三峡大学 水工水力学的水流精细模拟方法
CN104695390A (zh) * 2015-01-30 2015-06-10 中国水利水电科学研究院 一种组合式超泄消能溢洪单元和方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fuzzy multi-objective simulation-optimization of stepped spillways considering flood uncertainty;Mehrdad Ghorbani,etc;《Water Resources Management》;20190422;P2261-2275 *
出山店水库泄水建筑物消能工优化试验研究;胡涛等;《武汉大学学报(工学版)》;20151001(第05期);P639-644 *
多孔溢流坝水闸组合调度运行方式数值模拟研究;丁磊;《水利科技与经济》;20190731;第25卷(第7期);P20-23 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111651820A (zh) 2020-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204238170U (zh) 一种明渠基岩冲刷模型试验装置
CN108868748A (zh) 一种页岩气水平井重复压裂裂缝开启压力的计算方法
CN111651820B (zh) 单位水体消能率和基岩抗冲流速相耦合的消能评估方法
CN110705795A (zh) 基于综合超前地质预报技术的隧道涌突风险等级模糊预测方法
CN110807576A (zh) 一种基于模糊综合评判法的超深软土基坑安全评价方法
Lei et al. Studying of dynamic bear characteristics and adaptability of support in top coal caving with great mining height
Du et al. Study on the response characteristics of roadway borehole pressure relief surrounding rock under strike-slip high-stress distribution
CN106777629A (zh) 一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型及其应用方法
CN101334486A (zh) 天然气水合物最低经济储量的测算方法
Sun et al. CFD analysis on hydrodynamic characteristics for optimizing Torpedo anchors
CN110675272A (zh) 一种煤炭超大工作面地下开采减损关键参数的确定方法
CN109522626A (zh) 一种用于tbm刀盘减振的设计方法
CN111622188B (zh) 采用天然水垫消能的判别方法
CN111160763B (zh) 水工消力池的安全风险评估方法
Cao et al. Mechanical properties and numerical simulation analysis on large deformation of Jiangluling Carbonaceous Shale Tunnel
CN111929424A (zh) 一种基于尺寸效应的巨跨地下洞室硬质围岩亚分级方法
CN201296633Y (zh) 小位移整体搬迁石油天然气钻机的装置
CN205966448U (zh) 一种颗分实验分级水洗装置
Zhang et al. Simulation of acid fracturing effective distance in fissured carbonate reservoir
Wang The exploration potential of shale oil reservoirs in Jiyang depression, Bohai Bay Basin: Revaluations based on old oil wells data
CN116066066B (zh) 一种筛选氮气吞吐措施井的方法
CN113554088B (zh) 软硬相间陡倾岩体水电工程围岩分类方法
Gong et al. Size optimization and co-operative support mechanism of coal pillar in residual resources recovery working face
Zhou et al. Numerical Simulation Analysis of the Movement and Deformation of Rock Strata in Ascending Mining
CN112926121B (zh) 一种判断拱坝结构不对称性的判别方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant