(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111526420.X (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 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 申请人 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　 彭育　赵建钧　阮仕平　赵建平　 颜志庆　楚昕颖　黄骏　赵伯闻　 (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 代理人 姚天健 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种考虑河道流速的冲坑预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑河道流速的冲坑预 测方法， 属于水利水电技术领域。 本发明通过结 合河道的水流流速， 估算岸边泄洪洞运行时对河 道的冲刷， 为岸边泄洪洞的运行调度及下游河道 的防护提供参考； 主要包括以下步骤： 根据挑流 鼻坎流速、 上下游水位差等参数计算挑流水舌入 水流速， 计算水舌入水时的特征厚度； 根据水舌 入水流速与特征厚度计算射流水舌在下游水体 中的运行时间， 并考虑河道水流流速作用的额外 附加位移； 计算射流水舌在河道 流速作用下的总 位移， 根据总位移计算时间末的射流平均流速； 结合河道底部堆积体的抗冲流速， 通过试算计算 射流水舌的总位移， 总位移的垂直方向分量即为 射流作用下的冲坑深度。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114154750 A 2022.03.08 CN 114154750 A 1.一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 计算挑流鼻坎位置与下游河道水面高程的总水头H， 总水头H包括鼻坎位置的流速 水头以及下游河道的高程差； S2、 根据总水头 H计算挑流水舌入水平均流速v0； S3、 根据鼻坎体型估算挑流水舌入水宽度S， 对于常规的鼻坎体型， 水舌入水宽度为鼻 坎宽度的2倍； 当鼻坎出口采用扩散体型， 则水舌入水宽度为鼻坎 宽度的2.5～3倍； S4、 基于S2和S3中已得到的挑流水舌入水平均流速v0和挑流水舌入水宽度S， 计算泄洪 水舌入水厚度d0； S5、 采用动量积分的方法， 沿着射 流方向通过动量守恒推算出扩散公式； S6、 将S5中得到的扩散公式应用于斜向射 流过程中进行分析； S7、 根据扩散公式， 分别计算出不考虑河道水流流速时和考虑河道水流流速时的河道 冲坑深度。 2.根据权利要求1所述的一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特征在于： S2中所述的 挑流水舌入水平均流速v0的计算公式为： 其中g为重力加速度， H为鼻坎至下 游水面的总水头， μ为 考虑水流裂散流速折减系数， 取0.5～0.6 。 3.根据权利要求2所述的一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特征在于： S4中所述的 泄洪水舌入水厚度d0的计算公式为： d0＝Q/(v0S)， 其中Q为泄洪流量， v0为挑流水舌入水平 均流速， S为挑流水舌入水宽度。 4.根据权利要求3所述的一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特征在于： S5 中推算扩 散公式的过程如下： 当挑流水舌垂直射流在水中时， 有 其中v0为挑流水舌射流入水时的平均 流速， d0为水舌射流入水时的水舌宽度， v为沿着射流方向与入水点距离为L的断面的平均 流速， d为该断面对应的水舌宽度， θ为射流边界单侧扩散角度； 则水舌射流在水中的水舌宽 度d0与射流在水中的流 程L存在以下关系： d＝d0+2L tanθ， 令tanθ ＝ k， 则有： 取单侧扩散角度θ为14 °， 则k＝0.24； 经过积分变换得到射流入水后扩散流程与时间的 关系式如下： 5.根据权利要求4所述的一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特征在于： S6 中将扩散 公式应用于斜向射 流中的分析 过程如下： 射流入射角度为α， 当下游水垫为静水时， 则射流在下游水体中的扩散轨迹为直线， 射 流在t时刻的位移为 L， 其沿着水平y方向的位移Ly＝L cosα， 垂向位移Lx＝L sinα； 当下游水体以流速 μ水平流动， 则射流在沿程扩散的同时， 受到下游水体带动而整体移权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114154750 A 2动， 若射流从入水到触底的时间过程为t， 则射流轨迹水平移动距离为μt， 射流实际运动轨 迹长度为L’； 横向水流作用下的射 流运动轨迹长度L’可以近似按照 计算， 临底流速v'计算公式如下： 6.根据权利要求5所述的一种考虑河道流速的冲坑预测方法， 其特征在于： S7中计算河 道冲坑深度时， 先根据下游河道散粒体的抗冲流速V计算出河道冲坑平衡深度； 当不考虑河道水流 流速时， 根据 计算出其中的L， 其垂向位移Lx＝L sinα 即为达 到平衡后的河道冲坑深度； 当考虑河道水流 流速时， 根据 其中射流轨迹经过修正后， 得出 通过假定射流时间t进行试算， 当t的取值满足v＝V时， 计算出相应的Lx平衡后的冲坑深 度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114154750 A 3