【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利工程设计，尤其涉及一种陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法。
技术介绍
1、陡坡溢洪道作为高坝工程中常用的洪水宣泄设施，在水头高、流速大的情况下，其溢流面常面临着较高的空蚀风险。空蚀是指液体中形成气泡或空洞的现象，可能导致溢洪道结构受损甚至崩溃。因此，当溢流面的水流空化数低于其初生空化数时，必须采取防空蚀措施，以确保溢洪道的安全运行。在溢洪道的防空蚀设计中，溢流面空蚀风险评估是至关重要的第一步。通过对溢流面空蚀风险进行准确评估，可以为后续的防空蚀措施设计提供科学依据，从而保障溢洪道的安全稳定运行，最大限度地减少因空蚀而导致的潜在安全风险。
2、现有溢流面空蚀风险评估方法存在一定的局限性和低效性，主要体现在以下两个方面：
3、首先，初生空化数的确定存在一系列困难。初生空化数是评估溢流面空蚀风险的关键参数之一。然而，目前的测定方法通常需要进行减压箱或高速水流循环水洞试验。这些试验需要昂贵的实验设备和专业技术支持，导致测定成本较高，并且需要高水平的技术支持，包括专业的实验设计和操作技能。由于减压箱试验的建设成本高且技术要求较高，许多工程项目难以进行初生空化数的准确测定。在没有进行减压试验的情况下，通常采用工程经验选取初生空化数，或者用流速指标替代初生空化数指标。然而，目前关于初生空化数指标和临界流速指标的选取标准尚不统一，缺乏一致且实用的空蚀判别标准。
4、其次，水流空化数的测试也面临一定的困难。水流空化数与来流断面压力水头、流速等水力参数相关，需要通过物理模型试验或数值仿真方法进行测
5、综上所述，为提高陡坡溢洪道防空蚀设计效率，急需构建一种方便快捷且较为实用的溢洪道水力特性估算方法和空蚀判别标准，从而快速为溢洪道防空蚀设计提供决策支持。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种解决现有溢流面空蚀风险评估方法存在的初生空化数确定困难和水流空化数测试难的问题的一种陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：
3、s1、确定当地年平均气温和平均海拔高度，根据以下公式计算当地水的密度、汽化压力和当地大气压力：
4、（1）
5、（2）
6、（3）
7、其中，为年平均气温，为平均海拔高度，为水的密度，为汽化压力，为大气压力，为重力加速度；
8、s2、确定溢洪道体型参数和空蚀风险控制工况，所述溢洪道体型参数和空蚀风险控制工况包括溢洪道孔口数量、泄流宽度、泄槽坡角和设计洪水位、设计洪水流量；
9、s3、以溢流堰堰顶位置为计算初始断面，堰顶水位等于水库设计洪水位，采用分段试算法，初步计算溢洪道沿程水面线，所述水面线计算公式为：
10、（4）
11、（5）
12、（6）
13、（7）
14、其中，为分段始、末断面距离；、为分段始、末断面水深；、为分段始、末断面平均流速；、为分段始、末断面流速分布不均匀系数；为坡比，；为分段内平均摩阻坡降；为泄槽槽身阻力系数；为分段平均流速；为分段平均水力半径；
15、s4、计算断面平均流速和水流空化数，计算公式为：
16、（8）
17、（9）
18、（10）
19、其中，为平均流速，为设计洪水流量，为溢洪道孔口数量，为水流空化数，为断面过流面积、为测压管压力、为水深、为坡角；
20、以距堰顶水平距离为横坐标，分别以平均流速和水流空化数为纵坐标，绘制沿程水流流速变化曲线～和沿程水流空化数变化曲线～；
21、s5、以临界流速=30m/s、初生空化数=0.2作为溢流面空蚀风险综合判别标准，评估溢流面是否会发生空蚀破坏，将计算所得的断面平均流速与所述临界流速、水流空化数与所述初生空化数进行对比，若且，溢流面不存在空蚀风险；若有或，溢流面存在空蚀风险。
22、在上述技术方案中，优选的，所述步骤s3中所述水面线计算的方法包括以下步骤：
23、s3.1、以堰顶位置为计算初始断面，将溢流面划分成n个小段，提取相关分段位置处特征断面参数，所述的特征断面参数包括断面号、断面高程、断面宽度、断面距离、坡比、坡角、距堰顶的水平距离；
24、s3.2、计算控制断面水力参数，控制断面为堰顶位置的断面ⅰ，堰顶水位与水库水位相等，则控制断面水力参数分别为：水深、过流面积、平均流速、湿周、水力半径，其中， h为水库水位；
25、s3.3、设定迭代水位增量和允许误差；
26、s3.4、由控制断面向下游试算断面ⅱ水深；
27、s3.5、将计算好的断面作为已知断面，继续试算下一个断面水深，并重复以上试算过程，直到所有断面的水深；
28、s3.6、以距堰顶水平距离为横坐标，以水面高程为纵坐标，绘制沿程水面高程变化曲线～，其中水面高程等于断面高程和断面水深之和，即。
29、在上述技术方案中，优选的，在步骤s3.4中，断面ⅱ水深的试算步骤包括：
30、s3.4.1、假定断面ⅱ的初始水深等于断面ⅰ水深减去水位增量，即，由上述水面线计算公式计算得到断面ⅰ和断面ⅱ距离的；
31、s3.4.2、计算断面距离与实际断面距离的差值，比较断面距离差值与允许误差的大小，若，则初始假定水深不满足，断面ⅱ水深需在前述假定水深基础上继续减去水位增量，即，并重复上述步骤，直至≤，从而求得断面ⅱ的水深。
32、本陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法具有以下优点和效果：
33、首先，本方法提出了一种溢洪道水面线初步估算方法。该方法以溢流堰堰顶位置为计算初始断面，将堰顶水位设定为水库设计洪水位，从而快速获取溢洪道沿程水力参数。具体而言，首先确定溢流堰堰顶位置作为计算初始断面，然后将堰顶水位设定为水库设计洪水位。通过简化的水力学计算方法，可以快速获得溢洪道沿程的水深、流速等水力参数。尽管堰顶实际水位略低于设计洪水位，但在初步设计阶段，这种计算误差是可以接受的。因此，这种初步估算方法不仅简便快速，而且在工程设计的初期阶段具有较高的适用性。
34、其次，本方法提出了陡坡溢洪道溢流面空蚀风险综合判别标准，解决了现有空蚀判别标准不统一的问题。新的判别标准综合考虑了多种因素，包括初生空化数、水流空化数以及溢洪道的气象和设计参数等。通过综合评估这些因素，可以更全面、准确地评估溢流面空蚀风险。此外，该判别标准不仅能够评估空蚀的发生概率，还可以评估空蚀的严重程度，为防空蚀设计提供了更科学的依据。
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【技术保护点】
1.一种陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于：所述步骤S3中所述水面线计算的方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于：在步骤S3.4中，断面Ⅱ水深的试算步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的陡坡溢洪道溢流面空蚀风险评估方法，其特征在于：所述步骤s3中...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐春风，王立群，欧阳群安，李桂青，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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