本發(fā)明針對(duì)弧形閘門過(guò)流的工程計(jì)算方法，具體涉及平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、平面弧形雙開閘門可同時(shí)滿足防洪、擋潮、排澇和通航的綜合需求，已在國(guó)內(nèi)外水利工程中得到了一定的應(yīng)用。但是作為一種新型閘門型式，平面弧形雙開閘門過(guò)流情況與傳統(tǒng)平底閘差別很大，且平面弧形雙開閘門過(guò)流流量影響因素更為復(fù)雜?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)平底閘過(guò)流流量計(jì)算方法無(wú)法適用于平面弧形雙開閘門，目前還沒(méi)有成熟準(zhǔn)確的平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的計(jì)算方法。

2、平底閘過(guò)流包括堰流和孔流兩種（堰流的上下游水面線是光滑的降落曲線，而孔流的上下游水面線是不連續(xù)的），平面弧形雙開閘門過(guò)流屬于平底閘堰流過(guò)流的一種，但是現(xiàn)有的平底閘堰流過(guò)流計(jì)算方法僅適用傳統(tǒng)的擋水面為平面的平面閘門，對(duì)于擋水面為弧形的平面弧形雙開閘門不適用，因?yàn)閾跛鏋榛⌒蔚钠矫婊⌒坞p開閘門的過(guò)流流態(tài)與傳統(tǒng)的擋水面為平面的平面閘門差別很大，且平面弧形雙開閘門過(guò)流流量影響因素更為復(fù)雜，導(dǎo)致?lián)跛鏋榛⌒蔚钠矫婊⌒坞p開閘門的過(guò)流綜合流量系數(shù)和側(cè)收縮系數(shù)等與現(xiàn)有方法差別較大。經(jīng)物理模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)，平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與現(xiàn)有方法計(jì)算值差別較大，現(xiàn)有方法難以準(zhǔn)確計(jì)算平面弧形雙開閘門的過(guò)流流量。

3、cn114896566a?一種計(jì)算閘門過(guò)閘流量的智能高效方法，需要收集實(shí)際閘門的大量運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型才能進(jìn)行過(guò)閘流量的計(jì)算，收集閘門運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的成本比較高且十分耗時(shí)，需要閘門建成運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間，且安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的計(jì)算方法，可快速、準(zhǔn)確地計(jì)算平面弧形雙開閘門的過(guò)流流量值，為河道防洪提供技術(shù)支撐。

2、技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的計(jì)算方法，其步驟如下：

3、（1）收集需計(jì)算平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的河道上下游地形資料、弧形雙開閘門的平面和剖面結(jié)構(gòu)資料、上下游水位基礎(chǔ)資料；

4、（2）根據(jù)基礎(chǔ)資料，確定上游河道寬度 bs、上游河道過(guò)流斷面、閘上底板標(biāo)高d1、閘下底板標(biāo)高d2、閘門開度范圍、上下游水位范圍基礎(chǔ)參數(shù)；

5、（3）依據(jù)閘上底板標(biāo)高d1、閘下底板標(biāo)高d2，以及需計(jì)算的上游水位s1、下游水位s2，計(jì)算閘上總水頭和閘下水深如下：

6、（1）

7、（2）

8、（3）

9、式中： h為以閘上底板為基面的閘上水深，單位米； h 0為閘上總水頭，單位米； h s為以閘下底板為基面的閘下水深，單位米； v 0為上游行進(jìn)流速，，單位米/秒； g為重力加速度，單位米/秒2； q為平面弧形雙開閘門的過(guò)流流量，單位為米3/秒， a為河道上游在 s 1水位下的過(guò)流斷面面積，單位為：米2；

10、（4）根據(jù)閘上總水頭 h 0和閘下水深 h s計(jì)算結(jié)果，依據(jù)平面弧形雙開閘門水工物理模型系列試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，提出綜合流量系數(shù)，并擬合得到其計(jì)算方法，計(jì)算得到平面弧形雙開閘門過(guò)流的綜合流量系數(shù)：

11、（4）

12、式中：m為平面弧形雙開閘門過(guò)流的綜合流量系數(shù)；

13、（5）根據(jù)上游河道寬度和需計(jì)算的閘門開度，依據(jù)平面弧形雙開閘門水工物理模型系列試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，提出側(cè)收縮系數(shù)，并擬合得到其計(jì)算方法，計(jì)算得到平面弧形雙開閘門過(guò)流的側(cè)收縮系數(shù)：

14、（5）

15、式中：為平面弧形雙開閘門過(guò)流的側(cè)收縮系數(shù)； b s為上游河道寬度，單位米； b為閘門開度，單位米。

16、（6）基于平面弧形雙開閘門過(guò)流的綜合流量系數(shù)和側(cè)收縮系數(shù)，建立平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的基本關(guān)系式：

17、?（6）

18、式中： q為平面弧形雙開閘門過(guò)流流量。

19、（7）由式（6）、式（2）及式（4）可推導(dǎo)得到：

20、（7）

21、即可得到流量q。

22、作為優(yōu)選，所述步驟（4）綜合流量系數(shù)計(jì)算方法包含以下步驟：

23、（41）先不考慮平面弧形雙開閘門過(guò)流的側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)平面弧形雙開閘門水工物理模型試驗(yàn)中得到的不同閘門開度情況下的不同閘上和閘下水頭差系列工況試驗(yàn)結(jié)果，建立綜合流量系數(shù)與閘上、閘下相對(duì)水頭差的關(guān)系結(jié)果：

24、（8）

25、式中：為第i組工況的綜合流量系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，為第i組工況的平面弧形雙開閘門過(guò)流流量試驗(yàn)結(jié)果，為第i組工況的平面弧形雙開閘門開度，為第i組工況的閘上總水頭；為第i組工況的閘下水頭；為第i組工況的綜合流量系數(shù)與閘上、閘下相對(duì)水頭差的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

26、（42）分析綜合流量系數(shù) m隨閘上、閘下相對(duì)水頭差的變化趨勢(shì)，建立 m與的公式形式為：

27、（9）

28、式中:和為待定系數(shù)；

29、（43）將式（9）利用對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可得：

30、（10）

31、（44）基于綜合流量系數(shù) m與閘上、閘下相對(duì)水頭差關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果式（8），利用一元線性回歸分析模型，得到式（10）中的系數(shù)和，進(jìn)而確定平面弧形雙開閘門的綜合流量系數(shù) m。

32、作為優(yōu)選，所述步驟（5）平面弧形雙開閘門過(guò)流的側(cè)收縮系數(shù)計(jì)算方法包含以下步驟：

33、（51）根據(jù)平面弧形雙開閘門水工物理模型試驗(yàn)中得到的不同閘門開度情況下系列工況試驗(yàn)結(jié)果，建立側(cè)收縮系數(shù)與閘門相對(duì)開度的關(guān)系結(jié)果：

34、（11）

35、式中：為第j組工況的側(cè)收縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，為第j組工況的平面弧形雙開閘門過(guò)流流量試驗(yàn)結(jié)果，為第j組工況的綜合流量系數(shù)公式(4)計(jì)算結(jié)果，為第j組工況的平面弧形雙開閘門開度，為第j組工況的閘上總水頭； b s為上游河道寬度；為第j組工況的側(cè)收縮系數(shù)與閘門相對(duì)開度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

36、（52）分析側(cè)收縮系數(shù)隨閘門相對(duì)開度的變化趨勢(shì)，建立與的公式形式為：（12）

37、式中:、和為待定系數(shù)；

38、（53）基于側(cè)收縮系數(shù)隨閘門相對(duì)開度關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果，利用一元二次多項(xiàng)式回歸分析模型，得到式（12）中的系數(shù)為、和，進(jìn)而確定平面弧形雙開閘門的側(cè)收縮系數(shù)。

39、作為優(yōu)選，所述步驟（7）中對(duì)公式（7）利用迭代法進(jìn)行求解，定義式（7）右式中的 q= q i、式（7）左式 q=q i+1，重復(fù)幾次該迭代試算過(guò)程，當(dāng)相對(duì)誤差時(shí)，取平面弧形雙開閘門過(guò)流流量 q=q i+1。

40、有益效果：本發(fā)明的平面弧形雙開閘門過(guò)流流量的計(jì)算方法，只需知道平面弧形雙開閘門和河道基礎(chǔ)資料、閘門開度、上下游水位等信息，即可快速、準(zhǔn)確地計(jì)算平面弧形雙開閘門的過(guò)流流量值，可為河道防洪提供技術(shù)支撐。