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逆时序计算法实现与应用

【摘要】:推求防洪限制水位的逆时序计算法,仍是依据G5.2中介绍的调洪计算原理,所不同的是将当年允许最高水位Z允作为起始条件,其相应的泄流量和蓄水量作为第一个时段末的值q2、V2,逆时序调节计算求逐时段初的q1、V1,进而得到防洪限制水位。逆时序逐时段调洪计算。

推求防洪限制水位的逆时序计算法,仍是依据G5.2中介绍的调洪计算原理,所不同的是将当年允许最高水位Z作为起始条件,其相应的泄流量和蓄水量作为第一个时段末的值q2、V2,逆时序调节计算求逐时段初的q1、V1,进而得到防洪限制水位。具体方法可采用列表试算法、半图解法。

由水量平衡方程和蓄泄方程可得逆时序调节计算的半图解法的公式为

通常式(G8.4)表示为关系线q—(V/Δt-q/2),称为辅助曲线。

以控制泄流与自由泄流相结合的泄流方式为例,介绍逆时序调洪计算的方法步骤如下:

(1)确定调洪计算的时段Δt,计算并绘制辅助曲线q—(V/Δt-q/2)。具体方法与顺时序调洪计算相似。

(2)确定调洪计算的起始条件。在当年允许最高洪水位已定时,闸门全开的最大溢洪水头Hm=Z-Z,即当年允许最高洪水位和溢洪道堰顶高程之差。当淹没系数、侧收缩系数均等于1时,利用溢洪道出流公式(G5.3),由最大溢洪水头Hm可以求得水库的最大下泄流量qm,即

其中

式中 M1——也称为流量系数;

其他符号含义同前。

因此,当年允许最高洪水位相应的蓄水量及qm,则分别为最后一个时段(也为逆时序计算的第一个时段)末的值V2、q2

(3)逆时序逐时段调洪计算。由q2=qm,在入流过程线Q—t的退水段,找到qm=Q时刻,记tm,如图G8.4所示。若tm在时段分界处,则由公式(G8.3)可计算V1/Δtq1/2,并由此值查辅助曲线q—(V/Δt-q/2),得该时段初的值q1。若tm不在时段分界处,则应采用试算法,求时段初的值q1、V1

将q1作为前一时段末的q2,用半图解法依次可求得逐时段初的流量q1,直至某一时刻的泄流量等于涨水段的某一入流量Q时为止,如图G8.4中的b点。但往往b点不在时段Δt的分界点上,因此需用试算法或由Q—t线和q—t线的交点得出该点流量。当b点的泄流量qb求得以后,即可由溢洪道的泄流量公式反求出相应堰顶水头Hb,进而求得防洪限制水位Z=Z+Hb,或利用Z—q关系查得Z

图G8.4 某水库入流与出流曲线

【例G8.1】 某水库溢洪道设有闸门,下游无防洪要求。水库防洪设计标准为1%,相应设计洪水位为61.72m,校核标准为0.2%,校核洪水位为62.50m;工程已按规划设计时的标准运行。其他有关资料如下:

(1)水库容积关系见表G8.1。

表G8.1 水位—容积关系表

(2)溢洪道堰顶高程57.48m,堰宽B=35m,流量系数M1=img=1.77。

(3)经分析汛期分为前汛期(主汛期)6月1日至8月15日,后汛期(尾汛期)8月16日至9月30日。后汛期p=1%的设计洪水过程线见表G8.2中的第(1)、(2)栏。

图G8.5 某水库img辅助曲线

试推求后汛期防洪限制水位。

计算过程如下:

(1)确定调洪计算时段Δt=1h,从堰顶以上开始,对某一水位计算q、(V/Δt-q/2)(限于篇幅,计算过程不一一列出),然后绘制辅助曲线q—(V/Δt-q/2),如图G8.5所示,其中V为堰顶以上库容。

(2)确定调洪计算的起始条件。对于本例,设计条件下,当年允许最高洪水位为设计洪水位,闸门全开的最大溢洪水头Hm=Z-Z=61.72-57.48=4.24(m),由式(G8.5)求得:

根据qm查辅助曲线,得V2/Δt-q2/2=3140m3/s。

(3)逆时序逐时段调洪计算。由q2=qm,在入流过程线Q—t的退水段,找到qm≈Q的时刻为7h,由式(G8.3)可计算V1/Δt-q1/2=V2/Δt-q2/2-img=3140-620+541=3061(m3/s),由此值查辅助曲线q—(V/Δt-q/2),得q1=525m3/s。依次逐时段计算结果见表G8.2。相应于时间1h的泄流量大于入流量,显然是不合理的,说明在时段1h~tb应控制泄流,q=Q。由Q—t线和q—t线的交点得出tb点流量qb=220m3/s,如图G8.4所示。进而求得

Z=Z+Hb=57.48+[220/(1.77×35)]2/3=59.81(m)

表G8.2 逆时序半图解法调洪计算表

需要指出,当水库年允许的最高水位低于设计条件下的校核洪水位时,求得的当年主汛期的防洪限制水位有可能低于堰顶高程,此种情况下,则需结合流域暴雨特性和水库堰顶高程以下的泄流能力分析其可行性,特别是要分析发生连续洪水时,防洪限制水位与堰顶高程之间的蓄水量的泄放时间应不大于发生连续洪水的时间间隔,且应留有余地。