[发明专利]一种分洪隧洞出口消力池消能效果分析的数值模拟方法

说明书

本发明公布了一种分洪隧洞出口消力池消能效果分析的数值模拟方法，首先收集分洪隧洞出口段、消力池、护坦、海漫等建筑物设计资料，根据收集的分洪隧洞出口段、消力池、护坦、海漫以及下游河道等相关设计资料利用mike21软件建立消力池以及下游局部河道二维数学模型，模型网格类型采用非结构网格，网格大小根据消力池体型分区域加密处理。利用mike21软件建立的消力池二维数学模型，模拟计算不同体型下的消力池的消能效果，该方法建模简单，计算速度快，避免了传统物理模型试验建模、修改费时、费力、数据测量准确度受人工操作和测量仪器影响的缺点，提高了模型试验工作效率，减少了工作成本，其结果可为消力池优化设计提供科学依据。

技术领域

本发明属于水利工程泄洪技术领域，具体涉及一种分洪隧洞出口消力池消能效果分析的数值模拟方法。

背景技术

有些城市所在地周边靠山，在雨季，洪水山洪汇流快，流域内山洪流经下游平原区后，与平原区涝水汇合，经排涝河道、水闸排入主河道或者入海，随着城市的不断发展，对防洪排涝的要求也不断增加，为保障城市防洪排涝安全，需要构建新的城市防洪体系。

目前，多个城市通过修建分洪隧洞来缓解城市防洪排涝压力，而有些分洪隧洞上下游水头差大，且隧洞长度有限，造成泄洪水流比降大，流速高，水力条件复杂，下游出口消能防冲问题突出。由于地理条件限制，下游出口多采用底流消能。为了能够设计出体型合理，消能效果优良的消力池，多需要配合模型试验进行验证、优化分析。目前来讲，利用物理模型试验能够较为直观的判断消力池水流流态、消能效果，但是物理模型建立周期较长，且需要耗费较高的成本，尤其是需要修改体型时，时间、成本问题尤为突出，另外，消力池区域水流能量大，池内水流运动变化较为剧烈，数据测量准确度受人工操作和测量仪器的影响。

发明内容

(1)要解决的技术问题

消力池消能效果研究多采用物理模型试验，由于消力池区域水流能量大，池内水流运动变化较为剧烈，数据测量准确度受人工操作和测量仪器的影响较大；另一方面，物理模型试验修改优化过程较为费时、费力，增加工作成本。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分洪隧洞出口消力池消能效果分析的数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤1：收集分洪隧洞出口段、消力池、护坦、海漫的建筑物平面和剖面设计资料，分洪隧洞泄洪资料以及下游与内河河道连接段的断面型式相关资料；

步骤2：根据收集的分洪隧洞出口段、消力池、护坦、海漫以及下游河道相关设计资料来建立二维数学模型，模型计算所需要的网格类型采用非结构网格，网格大小根据消力池体型分区域加密处理；

步骤3：根据分洪隧洞出口段、消力池、护坦、海漫以及下游河道等设计资料，对网格文件进行高程赋值，具体包括以下步骤：

(a)根据设计资料，按照某区域内高程是否一致，划分为同高区域Ⅰ、同高区域Ⅱ、同高区域Ⅲ......，变高区域Ⅰ、变高区域Ⅱ、变高区域Ⅲ......；

(b)对于高程相等的区域，在网格文件中选定该区域并根据其实际高程值进行赋值；

(c)对于高程不同的区域，根据坡降分段赋值后，利用软件将该区域高程值插值处理，根据插值后的结果进行局部调整修改，使该区域高程值最终满足要求；

(d)最后，检查整个模型区域的高程值，使其满足要求；

步骤4：设置模型参数，根据分洪隧洞最大下泄流量，模拟消力池消能效果，具体包括以下步骤：

(a)模型糙率根据混凝土衬砌实际糙率进行设置，上游进口设置为流量进口，流量为Q，下游出口通过源的形式设置为流量出口，流出流量同样为Q；

(b)在消力池中心线上布置测点，为了能够准确反映水面线变化情况，每个测点之间间隔要尽量密一些；