[发明专利]一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法

说明书

本发明公开了一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法，属于水利水电技术领域，主要包括以下步骤：建立坝身泄洪孔口的三维空间坐标，以二维高斯分布表示空中单股泄洪水舌的分布形态；以抛物线公式计算水舌空中轨迹及水舌边界；以表深孔水舌空中重叠位置及重叠比例计算碰撞流量；以动量公式计算碰撞后的水舌落水点中心位置，并用二维高斯分布表示碰撞后的水舌入水分布规律；对于表深孔交错布置的复杂水舌碰撞情况，逐一对表深孔进行碰撞情况分析，最后将碰撞后的水舌分布在入水平面叠加，得出泄洪水体总体分布规律；本发明通过计算高坝工程中多层空中水舌碰撞后的入水分布规律，能够为泄洪孔口体型优化和水垫塘防护提供参考。

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，具体公开了一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法。

背景技术

随着我国大型水利水电工程建设的发展，带来较大的社会、经济、环境等方面的综合效益的同时，存在水头很高、下泄流量大的特点，对泄洪消能方式提出了很高的要求。

“分层出流、空中碰撞，坝后水垫塘消能”的消能模式最早在二滩水电站工程中被使用，这种消能模式利用水舌空中碰撞分散水舌，避免了大单宽泄洪水舌在水垫塘内过度集中，实现了窄河谷大单宽流量消能的问题，这种消能模式也被许多高坝工程所采用。随着新建工程的坝高增加，坝身泄量增大，许多工程为了适应自身特点，基于该消能模式做了部分改变，例如局部不对称布置、分组对称布置等等，在高效消能的同时也增加了对水舌入水分布预测的难度；为了解决上述问题，我们提出了一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法，能够更好的估算表深孔水舌空中碰撞后入水分布情况。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分布的估算方法，包括以下步骤：

S1、根据坝身孔口与下游水垫塘的位置建立空间坐标系，以水垫塘长度方向为坐标轴X，以水垫塘宽度方向为坐标轴Y，高度方向为Z轴，记录各泄洪孔口的各特征坐标；

S2、根据流量计算泄洪孔口的出口流速，结合孔口出口水舌中心的坐标（X_出,Y_出,Z_出）与出口挑角θ，按照空中抛物落体计算水舌中心轨迹，记录水舌核心落水点（X_落,Y_落,Z_落）；

S3、根据孔口边界，包括左右边界以及水舌上下边界，按照空中抛物落体计算水舌落水的边缘位置，记录水舌落水边缘点坐标（X_落前,Y_落前,Z_落前），（X_落后,Y_落后,Z_落后），（X_落左,Y_落左,Z_落左），（X_落右,Y_落右,Z_落右）；

S4、以二维高斯分布表示水流在落水范围内的分布量；

S5、对所有泄洪孔口重复以上的步骤，绘出水舌落水点分布图；

S6、根据计算所得水舌空中轨迹绘制水舌空中轨迹图，分析不同孔口水舌碰撞部分所占的体积比,计算参与碰撞的流量，以表深孔碰撞为例，记碰撞流量为Q_碰表和Q_碰深，碰撞点空间坐标（X_碰，Y_碰，Z_碰），记碰撞前的速度矢量V_碰表与V_碰深；