CN113073616B - 一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法，通过合理的底坡设计，使泄洪洞内形成一种短壅水接均匀流的水面线，降低流速，降低空蚀风险；通过建立泄洪洞底坡坡度与相对水深增量、水流空化数的函数关系，确定防空蚀设计底坡；通过建立初生空化数与流速的函数关系

制定配套的防空蚀控制指标：σ₀＝0.033v‑0.451；建立原型不平整度高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系tp/Δ＝λ^0.7，和施工风险安全系数K₁，制定施工不平整度控制标准【t】≤tp/K₁；建立基于施工风险安全系数K₁和设计安全风险K₂的长距离泄洪洞空蚀风险评估指标K＝K₁K₂进行定量预测。该发明可广泛的在无法采用掺气减蚀措施的长距离缓坡无压泄洪洞工程中推广使用。

Description

一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法

技术领域

本发明属于水利水电工程中的高速水流技术领域，具体涉及一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法。

背景技术

空蚀是高水头大流量泄洪洞面临的主要安全风险，根据国内外泄洪洞工程破坏实例的调查分析，引起空蚀破坏的主要原因包括：泄洪洞体型不合理，导致一些关键部位空化数过小；施工误差造成的错台、突体等导致过流面不平整；运行方式不合理或者在没有达到运行条件时却被迫参与运行等等。对于常规高速水流泄洪洞来说，采用掺气减蚀是最有效的防空蚀措施。而对于那些坡度缓(如小于8％)、流速较高(超过25～30m/s)的低Fr数无压泄洪洞，掺气设施很难发挥作用，有时可能因空腔回水无法掺气而形成潜在的空化源，导致发生空蚀破坏。而长距离的泄洪洞因施工不平整度出现概率累积较高，空蚀破坏的风险将大大增加。因此如何避免无法采用掺气减蚀措施的长距离缓坡无压泄洪洞的空蚀破坏，将是工程界需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提出一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法。旨在通过合理的底坡设计，使泄洪洞内形成一种短壅水接均匀流的水面线，降低流速，降低空蚀风险；再配套制定防空蚀控制指标和施工不平整度的控制标准，确保泄洪洞运行安全，进一步地，建立长距离泄洪洞空蚀风险评估指标，进行定量预测。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，其特征在于，包括长距离缓坡无压泄洪洞底坡设计、制定防空蚀控制指标和制定施工不平整度控制标准组成的成套设计方法，其中，

所述长距离缓坡无压泄洪洞底坡设计包括以下步骤：

步骤1.1：确定影响泄洪洞底坡的主要因素和适应范围；

泄洪洞进口流速v₁应不超过35m/s，计算公式如下：

其中，H为泄洪洞进口水头，

为流速系数，g为重力加速度；v₁、h₁分别为进口断面的流速和水深，h₁＝q/v₁，q为设计单宽流量；

步骤1.2：确定水流边界条件：h₁≤h<h_k；

通过选择合适底坡坡度使洞内水流形成一种短壅水接均匀流的水面线，以降低洞内水流流速；需满足的水流边界条件为：h₁≤h<h_k，即沿程水深h应大于等于进口断面水深h₁，而小于临界水深h_k，其中，当h＝h₁时，为保持进口流速不变的均匀流流态；

临界水深按下式计算

h_k＝(q²/g)^1/3 (2)

步骤1.3：建立泄洪洞底坡的坡度i与相对水深增量h₀/h₁、水流空化数б的函数关系，h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)；

按均匀流计算的底坡的坡度i计算公式如下：

水流空化数计算公式如下：

其中，i为泄洪洞底坡的坡度，n为糙率，h₀为均匀流的正常水深，R为水力半径；σ为水流空化数，h_e为时均动水压力水柱高，可近似用水深h代替，h_a为大气压力水柱高，h_w为水的汽化压力水柱高，v为计算断面的平均流速，g为重力加速度；

将公式(3)转化为：

代入公式(4)，建立泄洪洞底坡的坡度i与水流空化数σ的函数关系为：

对公式(3)通过量纲分析进一步得到：底坡的坡度i与相对水深增量h₀/h₁的函数关系：

步骤1.4：制定水流空化数σ和相对水深增量h₀/h₁的控制指标σ₀和Eh，需满足：

σ＝f(i)>σ₀ (8)

h₀/h₁＝f(i)<Eh (9)

其中，σ₀为水流空化数控制指标。Eh为相对水深增量控制指标；

步骤1.5：进行水力计算，将步骤1.3推导的函数h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)绘制成曲线，得到步骤1.4要求的水流空化数控制指标σ₀和相对水深增量控制指标Eh所对应的界限底坡i_б和i_h；

步骤1.6：确定设计底坡，设计底坡的坡度i应满足i_h<i<i_б，并在此区间选择，获得满足防空蚀要求且经济合理的设计底坡；

所述制定防空蚀控制指标和施工不平整度控制标准，包括以下步骤：

步骤2.1：进行减压模型试验，确定各种施工不平整度的初生空化数，将施工中可能出现的不平整度概化成五种类型(不同形状、不同高度的突体或凹坑)，进行不同流速水流下的过流面不平整度减压模型试验，获得其初生空化数σ_0i随流速v的变化规律，并绘制成曲线；

步骤2.2：建立初生空化数与流速的函数关系，采用函数拟合步骤2.1获得的各种不平整度的初生空化数σ_0i与流速v的函数关系曲线，如公式(10)，其中，Δ为模型不平整度高度；公式适用范围v＝25～35m/s，Δ＝1mm～5mm；

步骤2.3：制定防空蚀控制指标，选择步骤2.2拟合公式(10)中模型不平整度高度Δ＝1mm的初生空化数作为防空蚀水流空化数控制指标σ₀，σ₀随流速变化关系见公式(11)；

σ₀＝0.033v-0.451 (11)

步骤2.4：确定原型不平整度高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系，基于边界层理论推导出原型不平整度高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系为公式(12)，即模型比尺λ的0.7次方；

tp/Δ＝λ^0.7 (12)

如:减压模型试验的模型比尺λ＝25，模型不平整度高度Δ＝1mm换算至原型不平整度高度tp为9.52mm；

步骤2.5：制定施工不平整度控制标准；考虑长距离泄洪洞施工不平整度风险的累积效应，引入施工风险安全系数K₁，制定与防空蚀控制指标配套的施工不平整度控制标准【t】为：【t】≤tp/K₁；

取施工风险安全系数K₁为2.0，则满足步骤2.3防空蚀控制指标σ₀的施工不平整度控制标准为【t】≤4.76mm。超出此标准的施工不平整度均碾磨成1:20～1:30的坡度。

进一步地，本发明建立一种长距离缓坡无压泄洪洞空蚀风险评估指标，对泄洪洞运行安全进行定量预测。其特征在于：：

采用风险评估系数K作为泄洪洞抗空蚀风险安全评估指标，K＝K₁K₂，其中

K₁为施工风险安全系数，K₁＝2【t】/t，t为实际的施工不平整度，当t≤【t】时，则K₁≥2.0；

K₂为设计风险安全系数，当进口流速v₁小于25m/s，或进口流速v₁大于25m/s，但通过设计底坡的坡度选择使洞内形成短壅水接均匀流的水面线，将流速降至v₀<25m/s时，K₂＝1.5；降至25m/s≤v₀≤27m/s时，K₂＝1；降至v₀>27m/s，K₂＝0.75；

风险评估系数K＝K₁K₂，当K>2时，空蚀风险低，K＝2时，空蚀风险较低，但安全余度较小，当K<2时空蚀风险较高。

优选地：考虑长距离施工不平整度风险的泄洪洞防空蚀控制指标为，σ₀＝0.45，对应的设计底坡的均匀流流速不大于27m/s。

优选地：相对水深增量控制指标Eh＝1.25，综合考虑水深增加对工程投资的影响，选择洞高增加幅度不超过25％。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明提供了一种长距离缓坡无压泄洪洞的防空蚀设计方法及其评估指标，包括三个方面的创新，提出了一种长距离缓坡无压泄洪洞底坡的设计方法，通过壅水接均匀流流态控制并降低流速，提高抗空蚀安全度；定量提出了不同施工不平整度的初生空化数与流速的函数关系，建立了基于边界层的模型与原型不平整度的转换系数；为制定防空蚀控制指标，施工不平整度的控制标准提供理论基础。此设计方法，用最简单的结构和设计方法达到最佳抗蚀效果、且施工简便，安全可靠，节省投资，并对评估长距离缓坡无压泄洪洞的空蚀风险提供了定量预测方法。

附图说明

图1为本发明无压泄洪洞水面线示意图；

图2为本发明泄洪洞底坡坡度与水流空化数、底坡坡度与相对水深增量的关系曲线图；

图3为本发明减压模型试验所获得的模型不平整度的初生空化数与流速的关系曲线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供的一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，包括长距离缓坡无压泄洪洞底坡1设计、制定防空蚀控制指标和制定施工不平整度3控制标准组成的成套设计方法。

所述长距离缓坡无压泄洪洞底坡1设计包括以下步骤：

步骤1.1：确定影响泄洪洞底坡1的主要因素和适应范围；主要影响因素为设计单宽流量q、泄洪洞进口水头H，洞长L、进出口高差S等。

适应范围：I＝S/L<8％，泄洪洞进口流速v₁应不超过35m/s，计算公式如下：

本发明适应范围为进口流速v₁不大于35m/s。若流速大于35m/s需改变进口高程或研究掺气减蚀设施。

其中，H为泄洪洞进口水头，

为流速系数，g为重力加速度；v₁、h₁分别为进口断面的流速和水深，h₁＝q/v₁，q为设计单宽流量。

步骤1.2：确定水流边界条件：h₁≤h<h_k。

通过选择合适底坡1的坡度使洞内水流形成一种短壅水21接均匀流22的水面线2，以降低洞内水流流速。需满足的水流边界条件为：h₁≤h<h_k，即沿程水深h应大于等于进口断面水深h₁，而小于临界水深h_k，避免洞内形成缓流影响泄流能力或形成水跃等不利流态；其中，当h＝h₁为特例，为保持进口流速不变的均匀流22流态。

临界水深按下式计算

h_k＝(q²/g)^1/3 (2)

步骤1.3：建立泄洪洞底坡1的坡度i与相对水深增量h₀/h₁、水流空化数б的函数关系，h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)；

按均匀流计算的底坡1的坡度i的计算公式如下：

水流空化数计算公式如下：

其中，i为泄洪洞底坡1的坡度，n为糙率，h₀为均匀流22的正常水深，R为水力半径；σ为水流空化数，h_e为时均动水压力水柱高，可近似用水深h代替，h_a为大气压力水柱高，h_w为水的汽化压力水柱高，v为计算断面的平均流速，g为重力加速度。

将公式(3)转化为：

代入公式(4)，建立泄洪洞底坡1的坡度i与水流空化数σ的函数关系为：

对公式(3)通过量纲分析进一步得到：底坡1的坡度i与相对水深增量h₀/h₁的函数关系：

步骤1.4：制定水流空化数σ和相对水深增量h₀/h₁的控制指标σ₀和Eh，需满足：

σ＝f(i)>σ₀ (8)

h₀/h₁＝f(i)<Eh (9)

其中，σ₀为水流空化数控制指标。Eh为相对水深增量控制指标；

步骤1.5：进行水力计算，将步骤1.3推导的函数h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)绘制成曲线，得到步骤1.4要求的水流空化数控制指标σ₀和相对水深增量控制指标Eh所对应的界限底坡i_б和i_h。

步骤1.6：确定设计底坡1，设计底坡1的坡度i应满足i_h<i<i_б，并在此区间选择，获得满足防空蚀要求且经济合理的设计底坡1。

所述制定防空蚀控制指标和施工不平整度3控制标准，包括以下步骤：

步骤2.1：进行减压模型试验，确定各种施工不平整度3的初生空化数；将施工中可能出现的不平整度3概化成五种类型(条形突体、圆柱型突体、圆柱型凹坑、方形凹坑及凹槽)，每种类型5个模型不平整高度1mm～5mm，进行不同流速水流下的不平整度3减压模型试验，获得其初生空化数σ_0i随流速v的变化规律，并绘制成曲线；其中最易空化的条形突体初生空化数σ_0i随流速v的变化曲线如图3所示。

虽然《溢洪道设计规范》SL253-2018附录A表A.7.2中提供了两种型式不平整度的初生空化数可根据不平整高度与边界层厚度比值查找，由于边界层厚度较难确定，表中数据难以直接采用；更为关键的是其初生空化数未体现与流速的关系。

步骤2.2：建立初生空化数与流速的函数关系，采用函数拟合步骤2.1获得的各种不平整度的初生空化数σ_0i与流速v的函数关系曲线，如公式(10)，其中，Δ为模型不平整度高度；公式适用范围v＝25～35m/s，Δ＝1mm～5mm；

步骤2.3：制定防空蚀控制指标，选择步骤2.2拟合公式(10)中模型不平整度高度Δ＝1mm的初生空化数作为水流空化数防空蚀控制指标σ₀，σ₀随流速的变化关系见公式(11)；

σ₀＝0.033v-0.451 (11)

步骤2.4：确定原型不平整度3高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系，基于边界层理论推导出原型不平整度3高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系为公式(12)，即模型比尺λ的0.7次方；

tp/Δ＝λ^0.7 (12)

如:减压模型试验的模型比尺λ＝25，模型不平整度高度Δ＝1mm换算至原型不平整度3高度tp为9.52mm；

步骤2.5：制定施工不平整度3控制标准。考虑长距离泄洪洞施工不平整度3风险的累积效应，引入施工风险安全系数K₁，制定与防空蚀控制指标配套的施工不平整度3控制标准【t】为：【t】≤tp/K₁；

取施工风险安全系数K₁为2.0，则满足步骤2.3防空蚀控制指标σ₀的施工不平整度3控制标准为【t】≤4.76mm。超出此标准的施工不平整度3均碾磨成1:20～1:30的坡度。

对于上述设计方法，本发明还提供一种考虑长距离施工不平整度3风险的累积效应的长距离缓坡无压泄洪洞空蚀风险安全评估方法，其步骤包括：

采用风险评估系数K作为泄洪洞抗空蚀风险安全评估指标。K＝K₁K₂，其中：

K₁为施工风险安全系数，K₁＝2【t】/t，t为实际的施工不平整度3，当t≤【t】时，则K₁≥2.0；

K₂为设计风险安全系数，当进口流速v₁小于25m/s，或进口流速v₁大于25m/s，但通过设计底坡1使洞内形成壅水21接均匀流22的水面线2，将流速降至v₀<25m/s时，K₂＝1.5；降至25m/s≤v₀≤27m/s时，K₂＝1；降至v₀>27m/s，K₂＝0.75。

风险评估系数K＝K₁K₂。当K>2时，空蚀风险低，K＝2时，空蚀风险较低，但安全余度较小，当K<2时空蚀风险较高。

通过上述技术方案，实现长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀保护。通过控制洞内水流形成短壅水21接均匀流22的水面线2的底坡1设计方法，降低流速，提高抗空蚀安全度，根据长距离流态特征分区和施工不平整度3空化特性定量提出了防空蚀控制指标和施工不平整度3的控制标准，并对评估长距离缓坡无压泄洪洞的抗空蚀风险提供定量预测方法。

具体实施例设计过程如下：

某工程无压泄洪洞设计条件：设计流量Q＝4083m³/s，进口高程770m，进口作用水头H＝62.34m，洞长2.4km，最大底坡1小于5％，无法设置有效的掺气设施，采用龙落尾型式，上平段长2.0km为长距离缓坡无压泄洪洞段，需确定其防空蚀设计底坡1、施工不平整度控制标准，并预测长距离缓坡泄洪洞空蚀风险。

泄洪洞进口控制断面宽15m，高9.5m，设计单宽流量q＝272.2m³/s。

进口流速v₁按公式(1)计算，流速系数

进口水深h₁＝9.5m，

进口流速

属于长距离低Fr数的缓坡段，且流速小于35m/s，可通过本发明的底坡1设计方法，将洞内水流形成壅水21接均匀流22的水面线2，通过壅水21将进口流速降低后再保持均匀流22，降低空蚀风险。

确定水流边界条件：洞内水深h应满足h₁≤h<h_k，临界水深h_k＝(q²/g)^1/3＝19.63m，则9.5m≤h<19.63m。

水流空化数按公式(4)计算，其中时均动水压力水柱高h_e可近似用计算断面水深h代替，如进口断面h_e＝h₁，均匀流22断面h_e＝h₀；大气压力ha＝10.33-▽/900＝9.47m；汽化压力hw＝0.24m，进口断面水流空化数计算为：

按公式(6)和(7)计算不同的底坡1坡度i条件下的均匀流22水流空化数σ和相对水深增量h₀/h₁，并将两函数σ＝f(i)和h₀/h₁＝f(i)绘制曲线于一张图上，如附图2所示。

水流空化数σ和相对水深增量h₀/h₁的控制指标σ₀和Eh，需满足：

σ＝f(i)>σ₀ (8)

h₀/h₁＝f(i)<Eh (9)

根据防空蚀控制指标σ₀＝0.033v-0.451，考虑进口流速达29m/s，选择σ₀＝0.45相应设计底坡1的均匀流22流速为27m/s；同时综合考虑水深增加对工程投资的影响，选择相对水深增量控制指标Eh＝1.25。

根据设计底坡1的界限标准，σ>0.45和h₀/h₁<1.25，计算或从附图2获得

σ＝0.45对应的底坡i_б＝1.75％，h₀/h₁＝1.25对应的底坡i_h＝1.0％；

设计底坡1的坡度i可在1.0％<i<1.75％范围选择；

工程比较了两种底坡1方案，a，按满足防空蚀要求的同时洞高增加最少控制，选择设计底坡1的坡度为i＝1.5％，按附图2查得相对水深增量h₀/h₁＝1.063，即此底坡1坡度对应的均匀流22水深h₀仅为进口水深h₁的1.063倍，基本可以不增加洞高，相应均匀流22流速v₀＝q/h₀＝26.9m/s，均匀流22断面水流空化数为0.52>0.45，满足防空蚀要求，但安全富余较小。在控制施工不平整度小于控制标准的前提下，空蚀风险系数K＝K₁K₂＝2×1＝2，空蚀风险较低，但安全裕度较小。

b，按尽量降低空蚀风险而放宽对洞高增加的限制，选择缓坡段设计底坡1的坡度为i＝1.0％，按附图2查得相对水深增量h₀/h₁＝1.25，即此底坡1坡度对应的均匀流22水深h₀为进口水深h₁的1.25倍，相应洞高增加25％，隧洞工程投资增加较多，但流速可降至v₀＝q/h₀＝23m/s，相应水流空化数为0.78>0.45，满足防空蚀要求，且安全富余较大。空蚀风险系数K＝2×1.5＝3，空蚀风险低。

两种方案均能满足防空蚀要求，最终通过技术经济比较选择。考虑到长距离施工不平整度3概率累积风险，制定了施工不平整度3控制标准【t】≤tp/K₁＝4.76mm，超出标准的突体均碾磨成1:20～1:30的坡度。

Claims (4)

1.一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，其特征在于，包括长距离缓坡无压泄洪洞的底坡(1)设计、制定防空蚀控制指标和制定施工不平整度(3)控制标准组成的成套设计方法，其中，

所述长距离缓坡无压泄洪洞的底坡(1)设计包括以下步骤：

步骤1.1：确定影响泄洪洞的底坡(1)的主要因素和适应范围；

泄洪洞进口流速v₁应不超过35m/s，计算公式如下：

其中，H为泄洪洞进口水头，

为流速系数，g为重力加速度；v₁、h₁分别为进口断面的流速和水深，h₁＝q/v₁，q为设计单宽流量；

步骤1.2：确定水流边界条件：h₁≤h<h_k；

通过选择合适底坡(1)使洞内水流形成一种短壅水(21)接均匀流(22)的水面线(2)，以降低洞内水流流速；需满足的水流边界条件为：h₁≤h<h_k，即沿程水深h应大于等于进口断面水深h₁，而小于临界水深h_k，其中，当h＝h₁时，为保持进口流速不变的均匀流(22)流态；

临界水深按下式计算

h_k＝(q²/g)^1/3 (2)

步骤1.3：建立泄洪洞底坡(1)的坡度i与相对水深增量h₀/h₁、水流空化数б的函数关系，h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)；

按均匀流计算的底坡(1)的坡度i的计算公式如下：

水流空化数计算公式如下：

其中，i为泄洪洞底坡(1)的坡度，n为糙率，h₀为均匀流(22)正常水深，R为水力半径；σ为水流空化数，h_e为时均动水压力水柱高，可近似用水深h代替，h_a为大气压力水柱高，h_w为水的汽化压力水柱高，v为计算断面的平均流速，g为重力加速度；

将公式(3)转化为：

代入公式(4)，建立泄洪洞底坡(1)的坡度i与水流空化数σ的函数关系为：

对公式(3)通过量纲分析进一步得到：底坡(1)的坡度i与相对水深增量h₀/h₁的函数关系：

步骤1.4：制定水流空化数σ和相对水深增量h₀/h₁的控制指标σ₀和Eh，需满足：

σ＝f(i)>σ₀ (8)

h₀/h₁＝f(i)<Eh (9)

其中，σ₀为水流空化数控制指标，Eh为相对水深增量控制指标；

步骤1.5：进行水力计算，将步骤1.3推导的函数h₀/h₁＝f(i)和σ＝f(i)绘制成曲线，得到步骤1.4要求的水流空化数控制指标σ₀和相对水深增量控制指标Eh所对应的界限底坡i_б和i_h；

步骤1.6：确定设计底坡(1)，设计底坡(1)的坡度应满足i_h<i<i_б，并在此区间选择，获得满足防空蚀要求且经济合理的设计底坡(1)的坡度；

所述制定防空蚀控制指标和施工不平整度(3)控制标准，包括以下步骤：

步骤2.1：进行各种不平整度(3)在不同流速水流下的减压模型试验，获得其初生空化数σ_0i随流速v的变化规律，并绘制成曲线；

步骤2.2：建立初生空化数与流速的函数关系，采用函数拟合步骤2.1获得的各种不平整度(3)的初生空化数σ_0i与流速v的函数关系曲线，如公式(10)，其中，Δ为模型不平整度高度；公式适用范围v＝25～35m/s，Δ＝1mm～5mm；

步骤2.3：制定防空蚀控制指标，选择步骤2.2拟合的公式(10)中模型不平整度高度Δ＝1mm的初生空化数作为水流空化数防空蚀控制指标σ₀，σ₀随流速变化关系见公式(11)；

σ₀＝0.033v-0.451 (11)

步骤2.4：确定原型不平整度(3)高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系，基于边界层理论推导出原型不平整度(3)高度tp与模型不平整度高度Δ的换算关系为公式(12)，即模型比尺λ的0.7次方；

tp/Δ＝λ^0.7 (12)

减压模型试验的模型比尺λ＝25，模型不平整度高度Δ＝1mm换算至原型不平整度(3)高度tp为9.52mm；

步骤2.5：制定施工不平整度(3)控制标准；考虑长距离泄洪洞施工不平整度(3)风险的累积效应，引入施工风险安全系数K₁，制定与防空蚀控制指标配套的施工不平整度(3)控制标准【t】为：【t】≤tp/K₁；

取施工风险安全系数K₁为2.0，则满足步骤2.3防空蚀控制指标σ₀的施工不平整度(3)的控制标准为【t】≤4.76mm，超出标准的施工不平整度(3)均碾磨成1:20～1:30的坡度。

2.如权利要求1所述的一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，其特征在于还包括建立一种长距离泄洪洞空蚀风险评估指标，对泄洪洞运行安全进行定量预测；

采用风险评估系数K作为泄洪洞抗空蚀风险安全评估指标，K＝K₁K₂，其中：

K₁为施工风险安全系数，K₁＝2【t】/t，t为实际的施工不平整度(3)，当t≤【t】时，则K₁≥2.0；

K₂为设计风险安全系数，当进口流速v₁小于25m/s，或进口流速v₁大于25m/s，但通过设计底坡(1)的坡度i选择使洞内水流形成短壅水(21)接均匀流(22)的水面线（2），将流速降至v₀<25m/s时，K₂＝1.5；25m/s≤v₀≤27m/s时，K₂＝1；v₀>27m/s，K₂＝0.75；

风险评估系数K＝K₁K₂，当K>2时，空蚀风险低，K＝2时，空蚀风险较低，但安全余度较小，当K<2时空蚀风险较高。

3.如权利要求1所述的一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，其特征在于：考虑长距离施工不平整度风险的泄洪洞防空蚀控制指标为，σ₀＝0.45，对应设计底坡(1)的均匀流流速不大于27m/s。

4.如权利要求1所述的一种长距离缓坡无压泄洪洞防空蚀设计方法，其特征在于：相对水深增量控制指标Eh＝1.25，综合考虑水深增加对工程投资的影响，选择洞高增加幅度不超过25％。

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