一种狭长空间特定流出条件下滞留水体积计算方法

技术领域

本发明属于水力学计算中狭长空间贮水设施对外供水能力评估技术领域，具体涉及一种狭长空间特定流出条件下滞留水体积计算方法。

背景技术

工程实践中有时会涉及狭长空间贮水的情形，例如利用地下废弃矿井巷道、各类废弃管道贮水，这类贮水设施在对外供水过程中，由于水面坡降的原因及临界流速的限制，不可避免要残留一部分水体在巷道或管道内，但残留量评估非常复杂繁琐。按照常规水力学理论，需要采用明渠非均匀流的计算方法解决，该计算方法存在诸多缺点。

(1)明渠非均匀流存在时间变量，无法采用传统明渠水面线的推演方法简单推演。

(2)仅仅利用临界水深的方法使推演结果偏于不安全。

(3)采用特征线推演方法计算过程非常复杂，单一方案耗时较长，难以满足众多方案优化筛选的效率需求。

发明内容

本发明旨在解决贮水空间形状狭长导致对外放水时出流不畅，造成一定水体滞留，定量评估异常复杂的问题，从而提供一种狭长空间特定流出条件下滞留水体积计算方法，快速、便捷的评估狭长贮水空间运行中最小滞留水体积，提高工作效率。

为实现上述发明目的，本发明提供一种狭长空间特定流出条件下滞留水体积计算方法，首先利用特征线法对宽度尺寸5米～20米，长度尺寸200米～1000米的断面空间不同泄流量下非恒定流水面线推演计算，准备输入数据狭长空间总长度L，断面宽度尺寸，端部出流断面对应临界水深的总出流量Q，以10

然后，根据300个算例结果反推拟合滞留水体当量水深h，得出滞留水体当量水深h的计算公式；

最后，根据滞留水体当量水深h、断面宽度尺寸和狭长空间总长度L计算滞留水体总体积V。

进一步地，所述狭长空间断面包括矩形断面和圆形断面，断面宽度尺寸分别为矩形断面的断面宽度B和圆形断面的断面直径D。

进一步地，所述矩形断面的滞留水体当量水深h的计算公式为：

滞留水体总体积V的计算公式为：

V＝L·B·h

进一步地，所述圆形断面的滞留水体当量水深h的计算公式为：

滞留水体总体积V的计算公式为：

与常规技术相比，本发明的有益效果是：

(1)评估狭长贮水空间运行中最小滞留水体积时，可免除明渠非均匀流水面线推演的困扰，极大提高工作效率。

(2)本发明给出的计算方法可嵌入工程优化方案计算程序中，算法稳定高效，满足海量方案优化筛选要求。

附图说明

图1为狭长贮水空间放水过程中纵剖面示意图；

图2为矩形断面示意图；

图3为圆形断面示意图；

图4为矩形断面拟合曲线；

图5为圆形断面拟合曲线；

其中：L、狭长空间总长度(m)；h、滞留水体当量水深(m)；hk、端部出流断面临界水深(m)；Q、端部出流断面对应临界水深的总出流量(m

具体实施方式

为了更好地了解本发明，下面结合附图，对本发明一种一种狭长空间特定流出条件下滞留水体积计算方法做进一步详细的描述。

本发明的具体实施方式和工作过程包括：

对于矩形断面：

参见图1和图2，准备输入数据狭长空间总长度L，矩形断面的断面宽度B，端部出流断面对应临界水深的总出流量Q，按照下列公式计算断面出现端部出流断面临界水深hk时的滞留水体当量水深h，根据滞留水体当量水深h、矩形断面的断面宽度B和狭长空间总长度L可求滞留水体总体积V。

V＝L·B·h

适用范围200m＜L＜1000m，10m＜B＜20m

上述公式中滞留水体当量水深h计算公式系根据300个算例结果反推拟合，算例利用特征线法对宽度由5米～20米，长度由200米～1000米的矩形断面空间不同泄流量下非恒定流水面线推演计算，以10

对于圆形断面：

参见图1和图3，准备输入数据狭长空间总长度L，圆形断面的断面直径D，端部出流断面对应临界水深的总出流量Q，按照下列公式计算断面出现端部出流断面临界水深hk时的滞留水体当量水深h，根据滞留水体当量水深h、圆形断面的断面直径D和狭长空间总长度L可求滞留水体总体积V。

适用范围200m＜L＜1000m，5m＜D＜20m

上述公式中体积V计算公式为解析法推演，水深h计算公式系根据300个算例结果反推拟合，算例利用特征线法对直径由5米～20米，长度由200米～1000米的圆形断面空间不同流量下非恒定流水面线推演计算，以10