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琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究

李艳富 韩昌海 李子祥 韩康 余凯文

李艳富,韩昌海,李子祥,等. 琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20211111001
引用本文: 李艳富,韩昌海,李子祥,等. 琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20211111001
(LI Yanfu, HAN Changhai, LI Zixiang, et al. Calculation analysis on the discharge capacity of Piano Key weir and relative influencing factors[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20211111001
Citation: (LI Yanfu, HAN Changhai, LI Zixiang, et al. Calculation analysis on the discharge capacity of Piano Key weir and relative influencing factors[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20211111001

琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究

doi: 10.12170/20211111001
基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(Y121005)
详细信息
    作者简介:

    李艳富(1983—),女,黑龙江鹤岗人,副高级工程师,博士,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail:yfli@nhri.cn

    通讯作者:

    韩昌海(E-mail:chhan@nhri.cn

  • 中图分类号: TV132

Calculation analysis on the discharge capacity of Piano Key weir and relative influencing factors

  • 摘要: 近年来特大洪水和超标准洪水频繁发生,已建水利工程泄流能力不足问题日益突出。琴键堰在适当低水头条件下具有高效泄流效率。归纳了琴键堰主要结构参数对其泄流能力的影响及最佳取值,总结了琴键堰流态对泄流能力的影响,分析了琴键堰发生低水头行为的条件参数。通过对比现有琴键堰泄流能力估算公式,并结合国内外已有试验数据,采用遗传算法拟合推导了基于溢流堰轴线长度堰宽、堰长、堰高、进出水宫室宽度及上下游倒悬长度流量系数计算式,整体误差小于6%。该式计算简单,适用于琴键堰整体泄流能力估算,可根据实际需求选取合适的估算公式。琴键堰主要结构参数的最佳取值及泄流能力的计算方法可为超标准洪水条件下泄流建筑物设计或改建提供估算依据。
  • 图  1  典型琴键堰结构图

    Figure  1.  Typical piano key weir structure view

    图  2  流量系数Cd实测值与H/P的函数关系

    Figure  2.  Relationship between discharge coefficient Cd and H/P from the existing papers

    图  3  引用文献流量Q实测值与堰上水头H的函数关系

    Figure  3.  Relationship between discharge Q and H from existing papers

    图  4  琴键堰流量系数公式计算结果对比

    Figure  4.  Comparison between the calculation results of the coefficient and the experimental data

    图  5  琴键堰试验装置(单位:m)

    Figure  5.  Piano key weir test model layout(unit: m)

    图  6  H/P=0.1时琴键堰流态

    Figure  6.  Flow regime when H/P=0.1

    图  7  本文试验实测结果与计算结果对比

    Figure  7.  Comparison between calculation results of coefficient and experimental data

    表  1  琴键堰结构参数和发生低水头行为时的水力学条件参数

    Table  1.   Structural parameters of five piano key weirs and hydraulic parameters when low head behavior

    文献W/mB/mP/mTs/m低水头行为发生低水头行为的水力学条件
    [21]0.6000.6300.5250.020发生H/P=0.11~0.12, H/Ts=2.89~3.15
    [18]0.9330.4890.1970.013发生H/P=0.1~0.11, H/Ts=1.52~1.67
    [13]0.1690.4120.1550.002-
    [8]0.5000.4000.1500.002-
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    表  2  引用文献中琴键堰参数统计

    Table  2.   Structural parameters of sixteen piano key weirs selected from the existing papers

    文献特征参数文献特征参数
    L/WB/PWi/WoBi/BoNo.L/WB/PWi/WoBi/BoNo.
    [21] 4.15 1.2 1 1 (1) [13] 8.96 2.66 1.2 1 (9)
    5 1.5 1.57 3 (2) [18] 5.19 2.48 1.26 1 (10)
    5 1.5 1.57 1 (3) [8] 4.2 2.67 1 1 (11)
    5 1.5 1.57 0.33 (4) [23] 5 3.75 1.25 1 (12)
    5 4 1.57 3 (5) 5 3.75 1.25 0.67 (13)
    5 4 1.57 1 (6) 5 3.75 1.25 0.5 (14)
    5 4 1.57 0.33 (7) 5 3.75 1.25 0.4 (15)
    [21] 4.29 2.88 1.44 1 (8) 5 3.75 1.25 0.33 (16)
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  • 收稿日期:  2021-11-11

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