泄量庫容關系曲線法在某水庫調洪演算中的應用

金美滿

(溫州市金秋建設工程咨詢有限公司，浙江溫州 325000)

1 引言

水庫調洪演算計算方法有很多種，根據水量平衡原理而產生的計算方法有很多種，一般常用的有試算法、半圖解法和簡化三角形法等方法。

試算法可用于有閘門控制時的復雜泄流情況以及時段Δt內有變化時的情況，其缺點是計算繁瑣、工作量大，較之筆算更適用于計算機程序計算。

半圖解法也稱單輔助曲線法、計算量較試算法小，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段Δt固定的情況。

簡化三角形法在復核小水庫的防洪能力時較方便，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，入庫流量過程為曲線型或概化為三角型，易降低計算結果的精確度，也不適用于有閘門控制的溢洪道，同時在由入庫流量過程線與下泄流量過程線間的面積查q～v關系曲線得q'm時，若q'm≠qm，則需另設qm重新計算，其工作量較大。這些方法由于或是計算繁瑣、計算量大，或是有一定的適用范圍，或是影響精度。鑒此，筆者在黃坡水庫設計中應用泄量庫容關系曲線法進行了嘗試。

2 調洪演算的任務、目的及基本原理

水庫調洪演算一般都是在水工建筑物的防洪標準或下游防護對象的防洪標準一定的情況下，針對擬定的泄洪建筑物類型和尺寸方案進行的。通過各種方案所求得的最高洪水位和最大下泄流量，進行防洪效益和投資的計算分析，選擇最優方案，從而確定調洪庫容、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計標準的洪水下，水庫最高洪水位與最大下泄流量之間的關系，或調洪庫容與最大下泄流量之間的關系。

水庫調洪計算的基本原理是在時段Δt內，進入水庫的水量與流出水庫的水量之差，應等于該時段內水庫蓄水量的變化值，即水量平衡原理。用水量平衡方程表示為:

式中:Q1、Q2:時段始未的入庫流量(m3/s);

q1、q2:時段始未的下泄流量(m3/s);

V1、V2:時段始未的水庫蓄水量(m3);

Δt:計算時段(s);

ΔV:時段內水庫蓄水變量(m3)。

3 泄量庫容關系曲線法在調洪演算中的具體應用

在某水庫溢洪道第二方案的設計中，為簡化計算，減少調洪演算工作量，考慮到其特殊的泄流方式，同時也為嘗試一下新的計算方法，決定采用泄量庫容關系曲線法做順時序調洪演算。

該水庫其泄流方式擬采用控制泄流與自由泄流相結合的方式來調洪，在已計算設計洪水位H1=79.375m和校核洪水位H2=80.933m之后，對控制段溢流堰型式、堰頂高程及寬度進行了選擇，擬定堰頂高程73.00m，凈寬30m，采用無底坎寬頂堰型。

根據前期的寬頂堰水力計算列出水位、庫容和下泄流量關系表(見表1)。

表1 某水庫水位、庫容和下泄流量關系表

表1中:h=H－h堰

式中:h:堰頂水頭(m);

H:水庫水位(m);

h堰:堰頂高程(m)。

式中:Q:下泄流量(m3/s);

σs:淹沒系數;

B:溢洪道凈寬(m);

Ho:考慮行進流速水頭的堰頂水頭(m);

m:流量系數。

根據大(2)型水庫防洪標準，其設計頻率和校核頻率分別按0.5%和0.05%計算，由表1中的庫容和下泄流量繪Q～V曲線，用泄量庫容關系曲線法作順時序調洪演算(見圖1，圖2)

圖1 某水庫調洪計算Q～V曲線

經調洪演算得最大設計泄洪流量qm=767.50m3/s，最大校核泄洪流量qm=1052m3/s。

圖2 某水庫調洪計算(泄量庫容關系曲線法)

由寬頂堰計算公式:Q=σsmB

則:設計水位時堰頂水頭h1=6.376(m)

故:H1＇=h堰+h1=73.00+6.376=79.376m≈設計水位H1

校核水位時堰頂水頭h2=7.868m

H2＇=h堰+h2=73.00+7.868=80.868m≈校核水位H2

該方法經與試算法比較，其最大設計泄洪流量和最大校核泄洪流量分別僅有0.56%、0.78%的差異，該工程設計通過上級主管部門技術審查，滿足實際工程需要。

4 結語

在對泄量庫容關系曲線法的應用中，經與試算法、半圖解法、簡化三角形法相比，有如下特點。

首先，泄量庫容關系曲線法既可用于有閘門控制時復雜泄流情況，也可用于無閘門控制的自由泄流情況。同時，對時段變化也無限制。

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

通過對該方法的實際運用及與其它計算方法的比較，筆者認為在大中型水庫尤其是采用控制泄流或控制泄流與自由泄流相結合的方式來調洪并有時段變化的水庫規劃設計及編制水庫控制運用方案中，采用泄量庫容關系曲線法進行調洪演算是目前較為理想的一種計算方法。