溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)的開發(fā)和應(yīng)用

熊 將， 孔 彩 粉， 敬 書 珍

(中國(guó)電建北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024)

0 引 言

溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)包括堰面曲線計(jì)算、泄流能力計(jì)算、側(cè)槽段水力計(jì)算、泄槽水力計(jì)算和消能計(jì)算等，具有計(jì)算工程量大、數(shù)據(jù)多和計(jì)算繁瑣等特點(diǎn)，而且前期設(shè)計(jì)中方案會(huì)有多次的方案調(diào)整和優(yōu)化，這就需要重新計(jì)算，大大增加了設(shè)計(jì)人員的工作量。針對(duì)這些問(wèn)題，本團(tuán)隊(duì)以VB6.0為開發(fā)工具編制了溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)，較為方便地解決這些問(wèn)題。該系統(tǒng)依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行的規(guī)范和手冊(cè)，針對(duì)正槽式、側(cè)槽式兩大溢洪道型式和開敞式WES實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰、帶胸墻孔口式實(shí)用堰、帶胸墻孔口式平底閘五大堰型，實(shí)現(xiàn)了溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)中的堰面曲線計(jì)算、泄流能力計(jì)算、側(cè)槽段水力計(jì)算、泄槽水力計(jì)算和消能計(jì)算等功能；可適用于不同規(guī)模的溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 編制原則

溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)的編制原則為：(1)符合國(guó)家現(xiàn)行的規(guī)范及有關(guān)規(guī)程；(2)適應(yīng)行業(yè)特點(diǎn)，滿足行業(yè)規(guī)范要求；(3)程序的輸入、輸出界面清晰、直觀，操作使用方便，利于推廣。

1.2 編制依據(jù)

溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)主要依據(jù)國(guó)家相關(guān)的規(guī)范，行業(yè)部門出版的設(shè)計(jì)手冊(cè)等。具體為：(1)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范(DL5166-2002)》；(2)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范(SL253-2000)》；(3)《水力計(jì)算手冊(cè)(第二版)》(武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)流體力學(xué)教研室 李煒 主編)。

1.3 系統(tǒng)流程

程序的系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

1.4 總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用vb語(yǔ)言編制，由文件、型式、堰型、側(cè)槽、泄流能力、堰面曲線、泄槽水力計(jì)算、消能和幫助等模塊組成，各功能模塊之間互有聯(lián)系，由系統(tǒng)自動(dòng)控制，由主菜單(下拉式中文菜單)對(duì)各子功能模塊進(jìn)行集中控制調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、計(jì)算、成果輸出等功能。程序的總體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

2 適用范圍

本程序適用于正槽式、側(cè)槽式兩大溢洪道型式和開敞式WES實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰、帶胸墻孔口式實(shí)用堰、帶胸墻孔口式平底閘五大堰型的水力學(xué)設(shè)計(jì)，包括堰面曲線計(jì)算、泄流能力計(jì)算、側(cè)槽段水力計(jì)算、泄槽水力計(jì)算和消能計(jì)算等。

3 程序特點(diǎn)

3.1 適用面廣、內(nèi)容全

本程序根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和手冊(cè)進(jìn)行編制，分設(shè)計(jì)和校核兩種工況進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算。正槽式和側(cè)槽式兩大溢洪道型式均能計(jì)算；開敞式WES實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰、帶胸墻孔口式實(shí)用堰和帶胸墻孔口式平底閘五大堰型均包括在程序里面。

3.2 界面友好、操作方便

本程序的主窗體采用中文下拉式菜單方式，通過(guò)鼠標(biāo)就可以操作各菜單項(xiàng)的全部?jī)?nèi)容，操作方便快捷。

3.3 計(jì)算速度快，省時(shí)省力

圖1 系統(tǒng)流程圖

圖2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

在實(shí)際設(shè)計(jì)中一個(gè)溢洪道水力學(xué)計(jì)算的的工作量需要3～4天的時(shí)間，而使用本程序只需要半個(gè)小時(shí)即可。節(jié)省時(shí)間98%以上，大大提高了工作效率。

3.4 便于管理，隨時(shí)調(diào)用

設(shè)計(jì)計(jì)算的主要成果在程序界面上顯示，計(jì)算過(guò)程及數(shù)據(jù)可以以Excel保存為電子表格，便于顯示、閱讀和編輯。

4 主要功能模塊

4.1 型式、堰型

本部分功能為選擇溢洪道型式和堰型。溢洪道型式有正槽式溢洪道和側(cè)槽式溢洪道兩種；溢洪道堰型有：開敞式WES實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰、帶胸墻孔口式實(shí)用堰和帶胸墻孔口式平底閘五種。

4.2 側(cè)槽

側(cè)槽模塊的功能是計(jì)算側(cè)槽式溢洪道溢流堰前沿長(zhǎng)度和側(cè)槽段水面線，該模塊能夠完成基本數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存等任務(wù)。其子菜單有：控制堰參數(shù)輸入、溢流堰前沿長(zhǎng)度、溢流堰前沿長(zhǎng)度計(jì)算表格、側(cè)堰段和調(diào)整段體形參數(shù)、側(cè)槽段水面線和側(cè)槽段水面線計(jì)算表格。

在選擇溢洪道型式為側(cè)槽式時(shí)，本模塊才可以操作。

4.3 泄流能力

泄流能力計(jì)算的主要功能是實(shí)現(xiàn)溢洪道泄流能力的自動(dòng)計(jì)算，該模塊能夠完成基本數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存等任務(wù)。其子菜單有：控制堰參數(shù)輸入、泄流能力計(jì)算和泄流能力計(jì)算表格。用戶只需按照控制堰參數(shù)輸入所列項(xiàng)目完成基本數(shù)據(jù)的輸入即可進(jìn)行計(jì)算，并且保存泄流能力計(jì)算表格。

4.4 堰面曲線

堰面曲線模塊的功能是實(shí)現(xiàn)堰面曲線的自動(dòng)計(jì)算，能夠完成計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存等任務(wù)。其子菜單有：下游堰面WES冪曲線、上游堰面曲線、駝峰堰堰面曲線、下游堰面拋物線和堰面曲線計(jì)算表格。其中上游堰面曲線又包括二級(jí)子菜單：?jiǎn)螆A曲線、雙圓弧曲線、三圓弧曲線和橢圓曲線。該模塊能夠根據(jù)用戶選擇的堰型來(lái)自動(dòng)顯示供用戶可以選擇的堰面曲線。

4.5 泄槽

泄槽模塊的功能是實(shí)現(xiàn)泄槽部分水力學(xué)的計(jì)算，同樣能夠完成計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存等任務(wù)。其子菜單有：縱坡選擇、起始斷面水深、收縮段、急流彎道段、底坡連接曲線、水面線、摻氣水深、泄槽計(jì)算表格。

4.6 消能

消能模塊的功能是計(jì)算溢洪道的消能，同樣能夠完成基本數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存等任務(wù)。其子菜單有：挑流消能、底流水躍消能和消能計(jì)算表格。其中挑流消能又包括二級(jí)子菜單：等寬連續(xù)挑坎、窄縫挑坎；底流水躍消能也包括二級(jí)子菜單：等寬矩形斷面、等寬矩形斷面下挖式、漸擴(kuò)式矩形斷面。

5 成果形式及運(yùn)行環(huán)境

5.1 成果形式

溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)是以VB6.0為開發(fā)工具開發(fā)的，采用綠色免安裝版本，無(wú)需安裝，使用方便。執(zhí)行程序文件HDSS.exe即可使用。

5.2 運(yùn)行環(huán)境

溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)對(duì)硬件的要求不高，目前一般的電腦均可使用。本程序可脫離VB編程環(huán)境直接運(yùn)行，推薦在中文Windows XP下運(yùn)行。由于可以保存電子表格，需要安裝Office2003/2007(Excel)。

6 結(jié) 語(yǔ)

在程序的開發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，一直結(jié)合實(shí)例來(lái)測(cè)試和調(diào)試程序，來(lái)檢驗(yàn)運(yùn)行的合理性、正確性，并從用戶角度出發(fā)，測(cè)試程序操作的方便性和實(shí)用性。溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)現(xiàn)已應(yīng)用于五郎河流域南瓜坪水電站、勐野江水電站、去學(xué)水電站和柬埔寨額勒賽水電站等多個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)，計(jì)算成果合理、準(zhǔn)確。溢洪道水力學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HDSS)歷經(jīng)計(jì)劃、總體設(shè)計(jì)、建模、編程、實(shí)施和測(cè)試等階段，歷時(shí)2年多，通過(guò)應(yīng)用和測(cè)試表明，該程序能在規(guī)定的范圍內(nèi)應(yīng)用于不同規(guī)模溢洪道的水力學(xué)設(shè)計(jì)，目前已在我院內(nèi)推廣使用，收到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL5166-2002，溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]。

[2] SL263-2000，溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]。

[3] 李煒. 水力計(jì)算手冊(cè)(第二版) [M].北京: 中國(guó)水利水電出版社：2006。