(19)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 202210883546.0 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 上海宏波工程咨询管理有限公司 地址 201306 上海市浦东 新区中国 （上海） 自由贸易试验区临港新片区环湖西二 路888号六楼A区北侧、 B区 (72)发明人 徐哲　顾晶　孙春艳　蒋海飞　 朱熠天　陈祥　洪海明　徐翔　 周琦　江志涛　曾祥华　 (74)专利代理 机构 上海三方专利事务所(普通 合伙) 31127 专利代理师 吴玮 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种有压 输水洞洞径的快捷确定方法 (57)摘要 本发明公开一种有压输水洞洞径的快捷确 定方法， 所述方法主要是基于水力学的方法， 引 入水电站引水隧洞的总水头损失公 式， 仅通过计 算水头损失计算公式获得隧洞直径与过水流量 的关系， 最后用于中小型水电站引水隧洞或管道 直径的初选； 本发明的方法与现有技术相比， 本 发明提供的方法在工程设计中由引 水的设计流 量和隧洞或管道的内壁糙率 以及布置线路长度 可以一次性计算出所需直径的值， 无需通过多次 逼近试算确定， 且计算精度好。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115292918 A 2022.11.04 CN 115292918 A 1.一种有压 输水洞洞径的快捷确定方法， 其特 征在于包括 S1.基于水力学的方法， 引入水电站引水隧洞的总水头损失公式， 所述总水头损失公式 为： h＝hf+hw 式中： hf为局部损失， hw 为沿程损失； S2.暂不计入占比很小的局部水头损失hf的影响下， 取h＝hw时， 由水力学得的水头损 失与隧洞直径的关系公式， 所述水头损失与隧洞直径的关系公式为： 式中： h为总水头损失(m),hw为沿程水头损失(m)， λ为沿程水头损失系数， L为引水隧洞 长度(m),D为隧洞直径(m)， V为洞内设计流速(m/s)， g为重力加速度(m/s2)； S3.在圆形断面均匀流态时， 将λ与谢才系数的关系公式代入水头损失与隧洞直径的关 系公式中， 得到总 水头损失与隧洞直径的直接函数公式， 所述的总 水头损失与隧洞直径的 直接函数公式为： 式中:n为洞壁糙率， Q为设计流量(m3/s)， 为了简化计算， 令K＝10.29Ln2Q2， 对于某个设 定的工程是一个常数值， 得到总水头损失与隧洞直径的简化 函数公式为： S4.用函数曲线表达水头损 失与隧洞直径 的函数关系， 再利用函数的微分法对总水头 损失与隧洞直径的简化函数公式进行求导， 最后得到初拟引水隧洞或管道直径的数学模 型， 其中所述的求 导过程为： 取 将D值代入得到： 最后得到的初拟引水隧洞或管道直径的数 学模型为： 2.如权利要求1所述的一种 有压输水洞洞径的快捷确定方法， 其特征在于所述的λ与 谢 才系数的关系公式为： 式中:c为谢才系数， R为水力半径(m)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115292918 A 2一种有压输水洞 洞径的快捷确定方 法 技术领域 [0001]本发明涉及水利水电工程技术领域， 具体来说是一种有压输水洞洞径的快捷确定 方法。 背景技术 [0002]目前， 在我国已建的大量水利水电工程中， 水电站有引水压隧洞多采用圆形断面， 而隧洞的横断面尺寸一般由技术经济计算确定， 因此在设计引水隧洞时， 管道直径的确定 是一个很重要的内容， 根据规范规定， 引水隧洞经济直径按隧洞工程费用和能量损失费用 最低原则 分析确定， 其中前者牵涉到地质因素、 衬砌厚度等因素， 是一个复杂的问题， 而引 水隧洞直径的大小也与动能经济及造价密切相关， 例如： 在隧洞过水流量确定的情况下， 断 面尺寸决定于洞内流速， 流速越 大所需横断面直径就越小， 引水建筑物的投资就越小， 但是 水头损失会变大， 导致电站动力经济效益减小； 反之， 所需横断面直径增大， 那么水头损失 就会减小， 电站动力经济效益会增大， 但是 投资也增加了， 因此， 如何初步选定合理的直径， 使得既满足水头损失小， 又能使投资较小， 是引水式水电站设计的一个重要问题。 [0003]我国水电站引水 隧洞设计， 曾采用抵偿年限的 “经济流速 ”方法来确定洞径， 也采 用国外经验公式 进行试算和经济比较来确定经济洞径， 然而， 这两种方法的计算 结果常与工程 实际相差很大， 目前， 多采用工程类比法选择洞内流速来初步选定内径， 再经 水力计算复核确定， 这种方法的反复计算工作量较大， 需要 进行多次试算才能逼近 。 发明内容 [0004]本发明的目的在于解决现有技术的不足， 公开一种有压输水洞洞径的快捷确定方 法。 [0005]为了实现上述目的， 设计一种有压输水洞洞径的快捷确定方法， 其特征在于所述 方法的步骤如下： [0006]S1.基于水力学的方法， 引入水电站引水隧洞的总水头损失公式， 所述总水头损失 公式为： [0007]h＝hf+hw [0008]式中， hf为局部损失， hw 为沿程损失； [0009]S2.暂不计入占比很小的局部水头损失hf的影响下， 取h＝hw时， 由水力学得的水 头损失与隧洞直径的关系公式， 所述水头损失与隧洞直径的关系公式为: [0010] [0011]式中， h为总水头损失(m),hw为沿程水头损失(m)， λ为沿程水头损失系数， L为引水 隧洞长度(m),D为隧洞直径(m)， V为洞内设计流速(m/s)， g为重力加速度(m/s2)； [0012]S3.在圆形端面均匀流态时， 将 λ与谢才系数的关系公式代入水头损失与隧洞直径说　明　书 1/4 页 3 CN 115292918 A 3