(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111621755.X (22)申请日 2021.12.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114059501 A (43)申请公布日 2022.02.18 (73)专利权人 中国电建集团华 东勘测设计 研究 院有限公司 地址 310000 浙江省杭州市潮王路2 2号 专利权人 水利部交通 运输部国家能源局南 京水利科 学研究院 (72)发明人 胡亚安　徐建荣　辜晋德　何明杰　 赵建钧　彭育　薛阳　阮仕平　 颜志庆　楚昕颖　王宇　刘精凯　 (74)专利代理 机构 北京保识知识产权代理事务 所(普通合伙) 11874 专利代理师 程一航(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E02B 3/10(2006.01) E02B 8/06(2006.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01) (56)对比文件 CN 111979989 A,2020.1 1.24 SU 1546548 A1,19 90.02.28 SU 1613533 A1,1990.12.15 CN 111501682 A,2020.08.07 RU 2338086 C1,20 08.11.10 丰小玲等.高拱坝水舌作用下 水垫塘流场的 二维数值模拟. 《西安理工大 学学报》 .20 09,第25 卷(第02期), 刘宣烈等.空中水舌 运动特性研究. 《水力发 电学报》 .198 8,(第02期), 审查员 魏洪旭 (54)发明名称 一种表深孔水舌空中碰撞后入水后流量分 布的估算方法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114059501 B 2022.11.29 CN 114059501 B 1.一种表深孔水舌空中碰撞后入水分布的估算方法， 其特 征在于， 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 （ 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、 使用二维高斯分布 表示水流在落水 范围内的分布量； 所述S4中提到的二维高斯分布公式为： 式中：μ1和μ2取水舌核心落水点的坐标， μ1=X落，μ2=Y落，σ1与水舌沿X轴方向长度相关， 取 值为σ1= （1.2~1.5）×6×（X落 前‑X落后） ； σ2与水舌沿Y轴方向长度相关， 取值为 σ1= （1.2~1.5）×6×（Y落右‑Y落左） ， 落水范围内流量 分配的计算公式为： S5、 对所有泄洪孔口重复S1 ‑S4中所述操作， 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； S7、 根据动量方程计算碰撞后的流速方向， 计算公式为： Q并V并=Q表V碰表+Q深V碰深， 再根据碰 撞点坐标 （X碰，Y碰，Z碰） 及碰撞后流速 V并， 计算碰撞后水体核心的落水点 坐标 （X碰 落，Y碰 落，Z碰 落） ； S8、 使用高斯 二维分布 表示碰撞后水流入水的流 量分配； 所述S8中提到高斯 二维分布 表示碰撞后水流入水的流 量分配， 表达式为： 式中，Q=Q并，μ1和μ2取水舌核心落水点的坐标， μ1=X落，μ2=Y落，σ1与水舌沿 X轴方向长度相 关， 取值为 σ1= （1.2~1.5）×6×（X碰落前‑X碰落后） ； 其中 （X碰落前‑X碰落后） 为碰撞部分水流未碰撞时 的 最大纵向落水范围； σ2与水舌沿Y轴方向长度相关， 取值为 σ1= （1.2~1.5）×6×（Y碰 落右‑Y碰 落左） ， 其中 （Y碰 落右‑Y碰 落左） 为碰撞部分水流未碰撞时的最大横向落水 范围； S9、 依次计算各碰撞水舌落水点， 将所有水舌落水范围内的流量叠加， 得出碰撞后的入 水流量分配。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114059501 B 2一种表深孔水舌空中 碰撞后入水后流量分布的估算方 法 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]“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 [0004]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。 [0005]为了实现上述目的， 本发明采用了如下技 术方案： [0006]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： [0007]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； [0008]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） ； [0009]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） ； [0010]S4、 以二维高斯分布 表示水流在落水 范围内的分布量； [0011]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； [0012]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； [0013]S7、 根据动量方程计算碰撞后的流速方向， Q并V并=Q表V碰表+Q深V碰深， 根据碰撞点坐标 （X碰， Y碰， Z碰） 及碰撞后流速V并， 计算碰撞后水体核心的落水点 坐标 （X碰 落， Y碰 落， Z碰 落） ； [0014]S8、 使用高斯 二维分布 表示碰撞后水流入水的流 量分配； [0015]S9、 依次计算各碰撞水舌落水点， 将所有水舌落水范围内的流量叠加， 得出碰撞后说　明　书 1/4 页 3 CN 114059501 B 3