泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法在某水庫(kù)調(diào)洪演算中的應(yīng)用

金美滿

(溫州市金秋建設(shè)工程咨詢有限公司，浙江溫州 325000)

1 引言

水庫(kù)調(diào)洪演算計(jì)算方法有很多種，根據(jù)水量平衡原理而產(chǎn)生的計(jì)算方法有很多種，一般常用的有試算法、半圖解法和簡(jiǎn)化三角形法等方法。

試算法可用于有閘門控制時(shí)的復(fù)雜泄流情況以及時(shí)段Δt內(nèi)有變化時(shí)的情況，其缺點(diǎn)是計(jì)算繁瑣、工作量大，較之筆算更適用于計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。

半圖解法也稱單輔助曲線法、計(jì)算量較試算法小，但為提高輔助曲線的精度，Δt不能過大，并只適用于自由泄流及時(shí)段Δt固定的情況。

簡(jiǎn)化三角形法在復(fù)核小水庫(kù)的防洪能力時(shí)較方便，但由于其前提是假定溢洪道無閘門控制，汛前水位與堰頂平齊，下泄流量過程呈直線變化，入庫(kù)流量過程為曲線型或概化為三角型，易降低計(jì)算結(jié)果的精確度，也不適用于有閘門控制的溢洪道，同時(shí)在由入庫(kù)流量過程線與下泄流量過程線間的面積查q～v關(guān)系曲線得q'm時(shí)，若q'm≠qm，則需另設(shè)qm重新計(jì)算，其工作量較大。這些方法由于或是計(jì)算繁瑣、計(jì)算量大，或是有一定的適用范圍，或是影響精度。鑒此，筆者在黃坡水庫(kù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法進(jìn)行了嘗試。

2 調(diào)洪演算的任務(wù)、目的及基本原理

水庫(kù)調(diào)洪演算一般都是在水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)或下游防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)一定的情況下，針對(duì)擬定的泄洪建筑物類型和尺寸方案進(jìn)行的。通過各種方案所求得的最高洪水位和最大下泄流量，進(jìn)行防洪效益和投資的計(jì)算分析，選擇最優(yōu)方案，從而確定調(diào)洪庫(kù)容、壩高和泄洪建筑物類型、尺寸。其直接目的則是推求一定防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水下，水庫(kù)最高洪水位與最大下泄流量之間的關(guān)系，或調(diào)洪庫(kù)容與最大下泄流量之間的關(guān)系。

水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的基本原理是在時(shí)段Δt內(nèi)，進(jìn)入水庫(kù)的水量與流出水庫(kù)的水量之差，應(yīng)等于該時(shí)段內(nèi)水庫(kù)蓄水量的變化值，即水量平衡原理。用水量平衡方程表示為:

式中:Q1、Q2:時(shí)段始未的入庫(kù)流量(m3/s);

q1、q2:時(shí)段始未的下泄流量(m3/s);

V1、V2:時(shí)段始未的水庫(kù)蓄水量(m3);

Δt:計(jì)算時(shí)段(s);

ΔV:時(shí)段內(nèi)水庫(kù)蓄水變量(m3)。

3 泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法在調(diào)洪演算中的具體應(yīng)用

在某水庫(kù)溢洪道第二方案的設(shè)計(jì)中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，減少調(diào)洪演算工作量，考慮到其特殊的泄流方式，同時(shí)也為嘗試一下新的計(jì)算方法，決定采用泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法做順時(shí)序調(diào)洪演算。

該水庫(kù)其泄流方式擬采用控制泄流與自由泄流相結(jié)合的方式來調(diào)洪，在已計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位H1=79.375m和校核洪水位H2=80.933m之后，對(duì)控制段溢流堰型式、堰頂高程及寬度進(jìn)行了選擇，擬定堰頂高程73.00m，凈寬30m，采用無底坎寬頂堰型。

根據(jù)前期的寬頂堰水力計(jì)算列出水位、庫(kù)容和下泄流量關(guān)系表(見表1)。

表1 某水庫(kù)水位、庫(kù)容和下泄流量關(guān)系表

表1中:h=H－h(huán)堰

式中:h:堰頂水頭(m);

H:水庫(kù)水位(m);

h堰:堰頂高程(m)。

式中:Q:下泄流量(m3/s);

σs:淹沒系數(shù);

B:溢洪道凈寬(m);

Ho:考慮行進(jìn)流速水頭的堰頂水頭(m);

m:流量系數(shù)。

根據(jù)大(2)型水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)頻率和校核頻率分別按0.5%和0.05%計(jì)算，由表1中的庫(kù)容和下泄流量繪Q～V曲線，用泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法作順時(shí)序調(diào)洪演算(見圖1，圖2)

圖1 某水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算Q～V曲線

經(jīng)調(diào)洪演算得最大設(shè)計(jì)泄洪流量qm=767.50m3/s，最大校核泄洪流量qm=1052m3/s。

圖2 某水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算(泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法)

由寬頂堰計(jì)算公式:Q=σsmB

則:設(shè)計(jì)水位時(shí)堰頂水頭h1=6.376(m)

故:H1＇=h堰+h1=73.00+6.376=79.376m≈設(shè)計(jì)水位H1

校核水位時(shí)堰頂水頭h2=7.868m

H2＇=h堰+h2=73.00+7.868=80.868m≈校核水位H2

該方法經(jīng)與試算法比較，其最大設(shè)計(jì)泄洪流量和最大校核泄洪流量分別僅有0.56%、0.78%的差異，該工程設(shè)計(jì)通過上級(jí)主管部門技術(shù)審查，滿足實(shí)際工程需要。

4 結(jié)語

在對(duì)泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法的應(yīng)用中，經(jīng)與試算法、半圖解法、簡(jiǎn)化三角形法相比，有如下特點(diǎn)。

首先，泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法既可用于有閘門控制時(shí)復(fù)雜泄流情況，也可用于無閘門控制的自由泄流情況。同時(shí)，對(duì)時(shí)段變化也無限制。

其次，該方法計(jì)算量小，不需試算，也不需作輔助線用圖解演算，在整個(gè)計(jì)算過程中，只需作一條Q～V曲線，即可在已知洪水過程和時(shí)段未泄量時(shí)，求得初始泄量q。和相應(yīng)的汛前庫(kù)水位即進(jìn)行逆時(shí)序調(diào)洪演算;也可在已知汛前庫(kù)水位及相應(yīng)的初始泄量q。和洪水入流過程Q～t時(shí)，求得最大泄量qm，即進(jìn)行順時(shí)序調(diào)洪演算，使該方法在計(jì)算速度及計(jì)算精度上均能滿足要求并有廣泛的適用性。

通過對(duì)該方法的實(shí)際運(yùn)用及與其它計(jì)算方法的比較，筆者認(rèn)為在大中型水庫(kù)尤其是采用控制泄流或控制泄流與自由泄流相結(jié)合的方式來調(diào)洪并有時(shí)段變化的水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)及編制水庫(kù)控制運(yùn)用方案中，采用泄量庫(kù)容關(guān)系曲線法進(jìn)行調(diào)洪演算是目前較為理想的一種計(jì)算方法。