[发明专利]一种河工模型自模拟尾门的设计方法及结构

说明书

本发明公开了一种河工模型自模拟尾门的设计方法及结构，该方法通过设置尾水堰，通过对所述尾水堰堰口的宽度和底缘高度参数的设计，使得所述尾水堰的水位流量关系与尾门断面的水位流量关系一致。该结构包括尾门，所述尾水堰设置在所述尾门沿水流流动方向的前方，且所述尾水堰呈矩形状结构。本方案能实现自行调节尾门断面的水位和流量关系，从而减少因尾门设置对原河道模型产生的影响，进而提高模型试验准确性的目的。

技术领域

本发明涉及河工模型技术领域，具体涉及一种河工模型自模拟尾门的设计方法及结构。

背景技术

河工模型试验是解决水利工程技术难题的重要手段，特别是三峡工程、长江口深水航道工程等大型水利工程必不可少的研究手段。然而，由于受场地、试验周期等限制，河工模型模拟的长度仅局限于工程范围加上必要的进出口调节段，如要模型下游水位控制边界像天然河道自行模拟水位流量关系一样，其下游必须模拟数倍甚至数十倍模型长度的河段(如附图1中的“阻力要求段”)，使其总阻力达到在下游的水位变化时不影响到模型时才能满足要求，这在实际中是难以办到的。因此，模型为了获得正确的下游水位控制边界，往往需设置如附图1中所示的尾门加以人为调节。

与天然河道没有尾门不同，模型设置了尾门后，不仅仅影响到因尾门水位调节费时而延长试验周期，还存在以下问题：

(1)加重动床模型时间变态的影响。目前就如何消除或减弱动床河工模型时间变态的影响虽有较多研究成果，但仍未很好解决，还是需要进一步研究的技术难题。动床试验中，不恰当的尾门调节时机和过程会明显加重时间变态的影响，千差万别的河道必然造就形态万千的河工模型，尾门调节时机和过程是难以掌握的。因此，目前因尾门调节对时间变态的影响仍然存在。

(2)会明显影响非恒定流模型试验的合理性和科学性。时间变态的影响，严格的非恒定流模型，尾门断面应该选在流量充分坦化、不受进口流量变化过程和洪水波传播的影响之处，那模型需要长达百余甚至数百公里，实际上是难以办到的。为此，常采用数学模型的计算结果，来控制短模型的尾门水位变化过程，由此不仅渗入了数值模拟的偏差，尾门调节的时机和水位振荡也会明显影响试验成果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能自行调节尾门断面的水位和流量关系，从而减少因尾门设置对原河道模型产生的影响，进而提高模型试验准确性的河工模型自模拟尾门的设计方法。

另外，本发明还提供一种河工模型自模拟尾门的结构，以实现自行调节尾门断面的水位和流量关系，从而减少因尾门设置对原河道模型产生的影响，进而提高模型试验准确性的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种河工模型自模拟尾门的设计方法，设置尾水堰，所述尾水堰的水位与流量关系的公式为：

H＝Z-Z₀

式中：Q为尾水堰的流量；

m₀为流量常数；

B为尾水堰堰口的宽度；

H为尾水堰堰上水头高度；

Z为尾水堰堰前水位高度；

Z₀为尾水堰堰口底缘高度；

通过对所述尾水堰堰口的宽度和底缘高度参数的设计，使得所述尾水堰的水位流量关系与尾门断面的水位流量关系一致。