河道水位流量关系曲线和水面线的设计计算_工程水力学几个问题之二_茹建辉VIP免费

编者按:作者曾在本刊2005年第6期发表了《矮堰淹没出流过流能力计算———工程水利学几个问题之一》,从水力学的基本方程──能量方程出发,分析了现矮堰淹没出流过流能力计算习用方法中存在的问题及原因,提出了较准确计算方法的建议。本文属作者在工程水利学研究方面的系列之作,指出现行水面线和水位流量关系曲线设计计算方法存在的问题,并提出改进建议,值得有关工程技术人员借鉴。河道水位流量关系曲线和水面线的设计计算———工程水力学几个问题之二茹建辉(广东省水利厅,广东广州510635)摘要:该文通过对水文实测资料、试验资料和河道变化规律的分析,指出现行水面线和水位流量关系曲线设计计算方法存在的问题,提出用水位流量关系可能值设计的概念和一些计算方法的改进建议,供工程技术人员参考。关键词:水位流量关系;可能值设计;水面线;倾斜分割;实测断面修正中图分类号:TV133文献标识码:A文章编号:1008-0112(2008)01-0001-07收稿日期:2007-12-26作者简介:茹建辉,男,广东省水利厅原总工程师。水工建筑物下游水位流量关系和河道水面线的设计计算,是几乎所有涉水的水利水电工程设计都需解决的课题,是保证工程设计安全和经济合理的重要前提。由于水工建筑物下游水位流量关系和河道水面线确定失当,导致工程局部破坏甚至危害主体建筑物安全等事故经常发生。较完整地了解水位流量关系和河道水面线的特性以及它的可靠计算和选用方法,最大限度地减少乃至防止由此造成工程事故或浪费,应当是水利工程技术人员必备的技术素质。本文的讨论仅限于河道中无明显的急滩和跌水的缓流河段。1天然河道水位流量关系的特点及其应用水文观测资料证明,河道中任何断面的水位与流量关系,都不是单一曲线,而是一多值对应的曲线族。对同一场洪水过程而言,在来水流量持续增加的涨水期,由于下游河道的槽蓄作用,使水位的升高滞后于流量的增加,水位较低;而在来水流量逐渐减少的退水期,同样因下游河槽的作用,使水位的下降滞后于流量的减少。故对同一流量而言,退水段水位较涨水段高,每一次洪水过程的水位流量关系是流量与水位双值对应的“绳套”状曲线。“绳套”的位置和张开度不仅与该次洪水特性有关,还与前期水文条件有关。若前期发生过较大洪水,河槽刷深,“绳套”位置较低;当前期连续干旱,河道部分淤高,“绳套”位置较高;当该次洪水历时较长和总量较大,“绳套”的张开度较小;反之则张开度较大。如果只分析较低水位部分的水位流量关系,会发现这是在一定范围内的无确定相关关系的点群,规律性更差。图1为海南龙塘水文站在20世纪70年代的3次水位流量过程线,由图1可见,因20世纪70年代该水文站所在河段的河床相对稳定,“绳套”位置变化不大;这几次洪水总量不大,“绳套”的张开度小、位置亦较低。自20世纪最后的10多年中,由于河沙大量被开·1·第1期2008年2月广东水利水电GUANGDONGWATERRESOURCESANDHYDROPOWERNo.1Feb2008采,有些河流河沙年开采量超过自然补给量10倍以上;加上部分水土流失严重地区己受一定的控制,来砂开始减少,河床普遍下切,河道水位亦普遍降低。图2为广东省水文局点绘的20世纪80年代中期以来,化州水文站几次较大洪水过程的水位流量关系的“绳套”。由图2可见,自1991—2001年的10a间,化州水文站的水位降低近2m,这是广东省江河普遍存在的现象。笔者在1990年参加普宁市乌石拦河坝改建工程审查时,当地技术人员己反映,榕江下游近年因河沙被大量采挖,河床下切,河道水位已下降且仍在发展,要求将根据实测断面推算出的下游水位流量关系曲线降低2m作为设计依据,但当时大家对过量采砂引起河槽下切和水位降低的趋势未有足够的认识,仅同意将计算的水位流量关系曲线降低1m。在确定消力池底高程和长度时,笔者曾将对消力池设计影响最大的、被审查单位确认的、下游水位流量关系曲线中的、中小流量部分再降低1.5m进行复核,水跃淹没系数仍大于1.1。然而,到20世纪90年代末,在中、枯水流量时,该工程下游实际发生的尾水位已较设计值约低6m,被迫再建二级消力池。与此同时,由于河床普遍下切,广东省内很多建于沙基上的拦河闸坝都因尾水位降低,消能工发生不同程度破坏,成批地进行改建和加固。这些沉痛的教训证明:我们与之打交道的江...