【《某江水利枢纽堆石坝工程洪水调节计算过程案例》3800字】

某江水利枢纽堆石坝工程洪水调节计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u1871某江水利枢纽堆石坝工程洪水调节计算过程案例 1157641.1调洪演算的方法及原理 1141381.1.1洪水调洪演算原理 1290171.1.2洪水调洪演算方法 362611.2洪水标准分析 36811.3泄水建筑的型式选择 3178231.4计算成果 5188401.5成果分析 61.1调洪演算的方法及原理1.1.1洪水调洪演算原理洪水在水库中，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学基本方程，可以得到以下公式：连续性方程：（4-1）运动方程：（4-2）式中：—过水断面面积（m2）—时间（s）—流量（m3/s）—沿水流方向距离（m）—重力加速度（m/s2）—断面平均流速（m/s）—流量系数（m3/s）通常可以采用简化方法来求解微分方程，通过有限差量来代替微分变量，并进一步简化，就可以近似求解某时刻水流的瞬时流态。瞬时流态法将式（4-1）进行简化而得出的基本公式，从而可以再通过水库库容的特有关系简化基本公式，得出用于调洪演算的实用公式：（4-3）式中：，—计算时段初、末的入库流量（m3/s）—计算时段中的平均入库流量（m3/s），—计算时段初、末的下泄流量（m3/s）—计算时段中的平均下泄流量（m3/s），—计算时段初、末水库的蓄水量（m3）—与之差—计算时段经过简化后得到的公式（4-3）为一个表达水量平衡的方程式，可以理解为在某两个时刻之间水库的水量和下泄水量的差值就是这两个时段内水库水量的变化。由于公式进行了简化，忽略了洪水入库到达泄洪建筑的时间，同时还忽略了入库水流流速的变化对库容的影响，这也是该简化公式存在的局限性。由于已知入库洪水的洪水过程线，则Q1，Q2，Q平均均为已知，而V1，q1则成为计算时段开始时的初始条件。于是，式（4-3）中的未知数仅剩下V2，q2，当求出前一时间段的V2，q2后，则所求得的V2，q2即成为后一时段的V1，q1值，迭代该过程即可完成整个洪水过程的计算。但是仅仅用一个方程是不可能求出唯一的V2，q2值的，至少两个方程才能解出两个未知数，因此必须再有一个方程，q2=f（V2），与式（4-3）联立，才可以解出V2，q2，忽略其他部门所需的引水流量，则下泄流量q是泄水建筑物泄流水头的函数，而当泄水建筑物的型式，尺寸等已确定时，即为堰流或孔流：（4-4）式中：—系数，与泄水建筑物的型式、尺寸。闸孔开度及淹没系数有关。—指数，对于堰流一般等于3/2，对于闸孔出流一般=1/2由水力学公式可知，若确定了过流方式和其他过流参数则与q的关系曲线可求。如果泄流为堰流则为水库上游水位与溢流堰堰顶高程之间的差；如果泄流为闸孔出流即为水库上游水位与闸孔中心线的高程之差。由此可以根据通过水力学公式计算出的与q的关系曲线，进一步求出与q的关系曲线q=f()，同时，由水库上游水位Z，又可以通过查水库水位与库容关系曲线=f()，得到其对应的水库水量容积，则式（4-4）可用下泄流量q与库容的关系曲线代替，即q=f()，与式（4-3）联立方程组，求出所需要的V2，q2。当洪水来临时，水库往往要承担起下游的防洪任务，这时就要求下泄流量q不大于下游允许的最大下泄流量qmax，要通过升降闸门来控制流量q，但在计算时计算的原理和公式都跟上述相同，在此不再赘述。在本设计中采用正槽溢洪道作为该设计的基本泄水建筑物。泄流时水流从堰上过水，为堰流，因此采用水力学公式q=AH3/2。由此公式即可以得到设计洪水位、校核洪水位时下泄流量和上游水位的关系，从而进一步查水位库容曲线得到下泄流量和库容的关系，由于前面已知下泄流量与水头之间的关系，通过不断假设下泄流量q，可利用洪水过程线进行试算求出水库蓄水量，再通过=f()可查出对应的水位，从而得到q=f()曲线，通过两条q—Z曲线最终即能求得所需的设计洪水位、校核洪水位以及最大下泄流量。1.1.2洪水调洪演算方法进行调洪演算计算的方法有很多，其中包括：列表法，半图解法。在本设计中采用的是列表试算法。1.2洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为361.5m3/s，三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。P=0.1%洪峰流量为551.5m3/s，三日洪量为1569万m3。1.3泄水建筑的型式选择在水利工程中，由于存在挡水建筑物雍高水位，因此总要有必要的泄水建筑物来降低水位，降低洪峰。常见的泄水建筑物有河岸溢洪道、导流隧洞，以及河床段的溢流坝、溢流孔等。由于本设计采用的为混凝土面板堆石坝（具体见5.3节），由于土石坝一般不允许坝体过流，因此一般不采用河床泄流方案，即不设置溢流坝段和泄流闸孔。因此根据坝区的地形地质条件泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流通畅，与枢纽其他建筑物无相互干扰无不良影响。隧洞洞轴线宜选择在沿线地质构造相对简单、岩体相对完整稳定、围岩岩性坚硬、其上覆盖岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。在隧洞开挖时应避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层以及可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。由于本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。在前期准备阶段，在坝址区进行了坝区岩石透水性及相对不透水层先导孔压水实验，实验得到左岸相对不透水层埋深10~24m，左岸上层透水层q值为6.7~196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等严重透水层。由于本工程最大坝高52.5m，正常蓄水位276.5m，水位对于山体来说相对较高，由于其相对不透水层埋深很大，地质条件较差，因此要布置隧洞的话，隧洞要挖在相对不透水层以下，这就会延长隧洞的长度，同时加大开挖难度和工程量，所以不宜布置泄洪隧洞。溢洪道一般布置在河岸，分为正常溢洪道和非常溢洪道，非常溢洪道由于存在自溃的特性，因此在此不作讨论亦不进行布置。正常溢洪道的位置可以布置在拦河坝的坝肩，也可以布置在离坝体较远的适宜泄水的位置，具体位置应按地质资料确定。同时正常溢洪道也主要分为两种布置形式，正槽溢洪道和侧槽溢洪道，其中正槽溢洪道其过堰水流方向与下游泄槽轴线方向一致，其水力特性相对较好，受力容易分析；侧槽溢洪道的特点是水流经过溢流堰后要进行90°的转弯，再经过泄槽下泄，由于轴线的转折，就导致侧槽溢洪道的受力条件较为复杂，在设计时要进行论证分析。溢洪道由于其受到下泄水流的力，因此溢洪道的稳定对其尤为重要，更因此溢洪道要布置在坚硬的基岩上，如果只能布置在较差的地基上，要做好防护和衬砌，有条件的话应该远离坝体，下泄水流对坝体的稳定造成影响。对于堆石坝由于堆石体有着较好的受力能力，较低的弹性模量，因此将溢洪道与堆石坝体相连布置，是可行的。因此，在本设计中为满足泄流要求，在结合了地形地质条件后泄水建筑物采用河岸溢洪道。在河岸溢洪道的选择中，正槽溢洪道由于其水力特性简单，结构简单，容易布置，往往是在布置中作为首选，缺点是在某些地形条件下，溢洪道的开挖工程量可能会偏大。侧槽溢洪道的特点在于由于其对过堰水流方向较为宽松，就可以将侧槽溢洪道布置在离坝体较远且避免山体较陡的部位，同时由于其布置位置的灵活性，就可以更好的利用地质条件来减少开挖工程量，可以通过控制溢流前缘宽度来控制坝顶高程等参数，其缺点在于受力条件复杂，如果设计不慎在工程容易产生高速水流从而产生空化空蚀等水力学问题。通过地形地质的分析，在本设计中将溢洪道布置在左岸（说明见5.4节)，左岸山体雄厚坡度较陡，本应布置侧槽溢洪道来解决该问题，但由于考虑到侧槽溢洪道的水力学复杂性，以及可能产生的高速水流和结构问题，在泄流时水流对泄槽的冲刷力度较大，水流现象极为复杂。由于侧槽溢洪道布置的风险相对较大，再加之本工程坝址区的地质条件较差，布置侧槽溢洪道可能会存在隐患，因此本设计中不采用侧槽溢洪道，此外由于本工程高度较小，即便溢洪道布置在左岸，其开挖工程量相对来说也不会很大，因此采用正槽溢洪道是可行的。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。1.4计算成果1.1.1调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量：假定不同的下泄流量，由洪水过程线求出库容，由库容，查水位—库容曲线，找出相对应的水位，从而，对于每一组情况下可作出一条曲线；根据公式，又可作出一条曲线；对应于每一种情况，可从图中确定相应交点的和值。1.1.2计算公式计算采用公式：（4-6）式中：—侧收缩系数；—流量系数，=0.502；—溢流孔口净宽；—堰上水头；—闸墩系数；—边墩系数。起调流量：式中：—堰前水头。1.1.3计算结果计算结果见表4-1：表4-1调洪方案汇总表方案前缘宽度（m）堰顶高程（m）设计洪水位（m）设计流量（m3/s）校核洪水位（m）校核流量（m3/s）1B=7271.5277.30213.21278.64292.622272.5277.95191.9279.03255.823273.5278.34163.03279.45222.594B=8271.5277.02227.05278.44320.445272.5277.69207.15278.85280.086273.5278.24180.92279.27242.857B=9271.5276.81241.4278.26346.58272.5277.46217.6278.68302.719273.5278.15197.87279.12262.8810B=10271.5276.34251.5278.14371.4311272.5277.28228.93278.53321.0412273.5278.03210.93278.99281.491.5成果分析从调洪演算结果来看，拟定的方案中有7组能够满足下泄流量<300m3/s的要求，从