水位流量关系分析大纲

FCD 11030 FCD 水利水电工程初步设计阶段

设计断面水位流量关系曲线拟定

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水利水电勘测设计标准化信息网

1996年3月

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水电站初步设计阶段

设计断面水位流量关系曲线拟定大纲

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勘测设计研究院

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目次

1. 引言 (4)

2. 设计依据文件和规范 (4)

3. 基本资料 (5)

4. 设计内容与方法 (6)

5.专题研究 (8)

6.应提供的设计成果 (9)

7.附录A (10)

8.附录B (12)

9.附录C (14)

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1. 引言

1.1 工程与河道概况

工程位于省(区) 市(县) 乡村河(江)上。工程设计标准为, 设计洪水流量为m3/s; 校核标准为, 校核洪水流量为

m3/s。坝址以上流域位于东经～; 北纬～之间。坝址以上河道长度km, 集水面积km2, 纵比降。

坝址河段形势:

提示：顺直或弯曲, 扩散或收缩, 急滩或石梁, 漫滩或分流, 回水顶托以及堤坝、桥梁, 分

洪、决口等情况。

断面情况:

提示：断面形状的单式或复式, 断面宽深比, 死水、回流, 河床组成及床面特性, 岸壁特性。

两岸滩地及其宽度, 滩地平面、纵面、横面形态, 床质及植被等。

1.2 基本要求

(1) 设计断面水位流量关系曲线的绘制, 应以一定的实测资料为依据, 绘制所得的为工程修建前天然情况下的水位流量关系曲线。

(2) 水位流量关系曲线的高程应与工程设计采用同一基面。

(3) 本阶段所拟定的设计断面水位流量关系, 应在坝址待机实测低、中、高各级水位下的流量对其进行验证, 如较前一设计阶段成果改变较大时, 应有充分的论证。

(4) 工程修建后水位流量关系曲线的修正, 必要时应列专题作为专题研究内容。

2. 设计依据文件和规范

2.1 有关本工程(或专业)的文件

(1) 本工程预可行性研究报告及审批文件;

(2) 本工程可行性研究报告及审批文件;

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(3) 水工、施工等专业提出的要求。

2.2 设计规范

(1) DL 5020-93 水利水电工程可行性研究报告编制规程;

(2) DL 5021-93 水利水电工程初步设计报告编制规程;

(3) SL 58-93 水文普通测量规范;

(4) SDJ 214-83 水利水电工程水文计算规范;

(5) SD 244-87 水文年鉴编印规范;

(6) SL 77-94 小型水力发电站水文计算规范;

(7) GB 50179-93 河流流量测验规范。

2.3 参考资料

(1) 洪水调查资料审编刊印试行办法, 水利电力部颁发, 水利电力出版社,

1976年10月;

(2) 洪水调查, 水利电力部东北勘测设计院主编, 水利电力出版社, 1977

年2月;

(3) 水利水电量和单位实用手册, 水利电力出版社, 1988年11月;

(4) 水文资料整编方法, 水利电力部水文局编, 1958年10月。

3. 基本资料

3.1 河段平面图

提示:(1)图面比例尺, 根据工程所在河段范围大小, 采用12000110000, 特殊情况的可用125000。

(2)河道平面图可用以分析水面比降变化与设计断面河段及上下游河段地形、地貌的密

切关系, 有助于水面线的绘制与分析。

3.2 横断面图

提示:(1)断面的数量及位置, 应根据工程设计要求及推算流量方法不同来决定。如用水面曲线法推流, 断面应在水面坡降转折、或河谷发生变化的地方。一般为工程设计所要求的位置。

(2)高程一般至历年最高洪水位以上24m, 平原河流尾闾地区至历年最高洪水位以上

0.5m。

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3.3 纵断面图

3.4

地形资料

3.5

3.6 洪、枯水调查资料

3.7 水面线资料

3.8 河道糙率资料

4. 设计内容与方法

4.1 天然情况下设计断面水位流量关系曲线的拟定

4.1.1 设计断面单一水位流量关系曲线的拟定

4.1.2 设计断面单一水位流量关系曲线的延长

4.1.3 设计断面非单一性的水位流量关系曲线的拟定及延长

4.1.4 水位流量关系曲线评价

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4.2 工程修建后设计断面水位流量关系曲线的修正

4.2.1 施工弃碴对电站尾水水位流量关系曲线影响的修正

提示:施工弃碴不合理或工程竣工后下游围堰拆除不彻底, 都将抬高电站尾水位。因此在施

工过程中, 必须做出合理的堆碴规划。

根据规划的弃碴方案, 分析沟道弃碴进入河道使河床抬高值, 其步骤为:

(1)绘制河道纵横断面图;

(2)确定水面线计算的起始断面, 该断面不受弃碴影响, 能作出天然情况下水位流量关

系;

(3)确定弃碴后的计算糙率。

(4)采用明渠恒定渐变流方程逐段计算水面线,算得不同流量的各堆碴方案电站尾水水

位, 修正原尾水水位流量关系曲线。

4.2.2 射流增差作用对电站下游水位流量关系曲线影响的修正

提示:(1)枢纽泄洪时, 将水流的巨大位能转换成高速水流集中向下游河道中冲射,造成坝址下

游的局部冲刷坑, 把电站的尾水位压低, 水面相应出现倒比降, 形成射流增差。

(2)根据枢纽采用的消能方式, 分别采用动量方程或能量方程估算射流增差值

(1) 动量方程法

根据工程实践, 当枢纽采用挑流消能时, 射流增差效果比较大, 可以根据入射水流上下游断面河道动量的变化, 考虑高速水流的掺气影响, 按动量平衡原理计算水位增差值Z。

(2) 能量方程法

当枢纽采用其他消能方式时, 进入下游河道的动量减小, 则射流增差作用小, 应选取冲刷坑下游河段, 按能量方程估算增差值Z。

4.2.3 分流河段上修建工程后设计断面水位流量关系曲线的修正

提示:分流河段上受工程建设影响的水位流量关系曲线, 有两江分流、三江分流及多江分流等

情况, 推求的方法基本上是一致的。两江分流情况下, 只考虑一个参数(总流量Q)即可推求左

右河道的水位流量关系曲线; 而在三江分流的情况下, 除总流量这一参数外, 尚需考虑三江

分流不同的因素。即两江分流中某一条水位流量关系曲线, 在三江分流时可能因分流大小不

同而变成一组曲线。此外仅以两江分流的推求方法示例。该时的水位流量曲线是以总流量为

参数的一束曲线组。因受工程影响后的水位流量关系曲线较天然情况下的曲线平缓得多, 能

求得曲线起点、天然情况分流点和曲线终点三个控制点即可确定该条曲线。

一般情况下求得以上三个特征点, 即可作出总流量为Q时分流河道断面处的水位流量关系曲线, 用同样方法可以推求出另一分流河道断面处的水位流量关系曲线。

按上述推求曲线组中某一流量Q情况下的一条曲线同样的方法, 推求出曲线组中总流量为Q1、Q2、Q3, ……Q n情况下的水位流量关系曲线。详见《红水河》1993年第3期。

4.2.4 下游河道修建闸、坝、桥梁、港口、码头工程后对设计断面水位流量关系曲线影响的

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修正

4.2.5 河道整治后对设计断面水位流量关系曲线影响的修正

5. 专题研究

6. 应提供的设计成果

提供的设计成果, 主要有计算书、报告书、附图及附表等。

(1) 设计断面水位流量关系曲线拟定计算书;

(2) 设计断面水位流量关系曲线拟定报告书;

(3) 专题研究报告;

(4) 天然情况下设计断面水位流量关系曲线表;

表1 水位流量关系曲线表

(5) 施工堆碴及计入射流增差的水位流量关系曲线表;

表2 堆碴后计入射流增差水位流量关系曲线表

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(6) 工程修建后设计断面水位流量关系曲线表, 表的格式参考表2;

(7) 设计河段平面图;

(8) 设计断面实测横断面图;

(9) 设计河段实测和调查水面线图;

(10)设计断面及主要控制站水位流量关系曲线图。

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附录A 设计断面单一水位流量关系曲线的拟定

根据设计河段水位、流量、水面线资料和上、下游邻近水文站的实测资料情况, 选用下列相应方法拟定设计断面单一的水位流量关系曲线。

A1 当设计断面实测水位流量资料比较充分时, 可直接根据实测水位流量资料绘制。

A2 当设计断面有实测水位和水面线资料, 其上、下游有实测流量资料, 区间又无较大支流, 则可将上、下游流量经适当修正(当设计断面与设计依据站集水面积相差超过3, 但小于15, 降雨量和下垫面条件相差不大时, 则应按面积比的指数关系修正)后移用到设计断面。借用上、下游修正后的流量与设计断面的相应水位, 绘制设计断面的水位流量关系曲线。A3 当设计断面水位资料短缺, 又无水面线资料, 但上、下游流量资料经适当修正后能移用到设计断面, 应在设计断面处设水尺观测水位, 并施测设计河段不同水位级的水面线。借用上、下游修正后的流量与设计断面的相应观测水位, 绘制设计断面水位流量关系曲线。

A4 当设计断面水位资料短缺, 无水面线资料, 并且其上、下游流量资料短缺或不能移用时, 应在设计断面设站观测水位, 施测设计河段不同水位级的水面线, 并在设计断面施测流量。根据施测的水位、流量绘制设计断面水位流量关系曲线。

A5 当设计断面无任何实测水位流量资料, 其上、下游又无流量资料可以移用, 也无条件设站观测水位流量时, 应在设计河段进行洪、枯水面线调查及河段纵断面图、设计断面横断面图施测。然后根据河段纵断面图和设计断面横断面图, 参照主槽河底平均比降和洪、枯水调查的水面比降, 以及根据河道特征参照天然河道糙率, 采用比降法估算各级假定水位下相应流量, 绘制“计算的”水位流量关系曲线。

A5.1 若河段顺直均整, 上下断面形态及断面面积接近, 河床稳定, 可近似地用稳定均匀流公式即:

Q A

n R I

2312

//(A1)计算各级假定水位下相应的流量, 据以点绘水位流量关系曲线。

式中:Q洪峰流量, m3/s;

n河道糙率;

I水面比降;

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A 有效过水断面面积, m 2; R

水力半径, m 。

A5.2 若设计河段内断面沿水流方向逐渐扩散或逐渐收缩时, 应采用稳定非均匀流公式计算各级假定水位下相应的流量, 即 Q K

H

L g K A K

A =-

±-?122

122

2

2ζ() (A2)

式中:H 沿程水头损失, m; L 河段长度, m;

K 上下两断面输水率平均值, m 3/s; A 1、A 2上下两断面的有效过水面积, m 2; 局部水头损失系数。断面收缩时

=0.1或0; 断面突然扩散时

=0.5 1.0; 逐渐扩散时=0.30.5。收缩河段为1+

; 扩散河段为1-。

如果设计河段较长, 调查洪痕点较少, 河段内河底坡降及横断面的变化较大, 不能由少数洪痕联成直线确定水面比降时, 一般用水面曲线法推求洪峰流量。常用计算方法有试算法和图解法(详细计算可参见“洪水调查”一书)。

根据假定水位及相应流量点绘水位流量关系曲线。