岗南水库正常溢洪道泄量曲线修订及问题分析

1、岗南水库正常溢洪道泄量曲线修订及问题分析摘要】岗南水库正常溢洪道：初建于1960年，为河岸开敞式溢流堰，共4孔闸门，每孔净宽12米，安设12×12.3米弧形钢闸门，先后经过初建、续建、改造等几个阶段，特别是在20212021年岗南水库实施了除险加固工程建设。工程建设竣工后水库工程设施发生了很大的变化，加固以后，原来的泄量曲线已经不能满足目前的运用，此论文利用水力学公式对正常溢洪道进行重新计算，并对在计算中出现的问题进行分析，从而求出一个更具准确性和完整性的结果。【关键词】泄量曲线计算修正；堰流；闸孔出流；结果分析1、岗南水库正常溢洪道概况岗南水库正常溢洪道修建于1960年，位于水库左

2、岸0号副坝处，为河岸开敞式溢流堰，共4孔闸门，每孔净宽12米，安设12×12.3米弧形钢闸门，堰型为驼峰堰，堰顶高程191.0米，最大泄量6640m3/s。由于正常溢洪道闸室根底后部有软弱夹泥层，1989年8月对正常溢洪道进行了加固，撤除旧挑坎并延长陡坡段140米。2021年岗南水库实施了正常溢洪道改建工程，改建了启闭机室，更新了启闭机，同时对工程区内的变配电设施进行了全面的更新改造。20212021年岗南水库除险加固工程，对4孔弧形闸门和埋件进行了更新改造。2、泄量曲线计算修正原因岗南水库在修建的过程中，由于受当时社会环境的影响，工程根本上是边设计边施工。正常溢洪道在经过初建、续建

3、、改造等几个阶段，特别是20212021年岗南水库实施了除险加固工程竣工后水库设施发生了很大的变化，水库大坝高程由原来的209m加高到210.5m，库容由原来的15.71亿m3，增大到17.01亿m3，水库的特征值相应也发生了一些变化；而现在所用的泄量曲线依旧是初建时计算，最高水位为209m对应的泄量。加固以后校核洪水位为209.59m，水位泄量曲线表中查询不到水位210m时的泄量；且水库库水位是以“米为单位，水位中相对应的每米之间的泄量是通过直线形式内插计算而得，这样得到的泄流量数据相对来说并不精确。所以，在使用时已不能完全满足查询及有关计算的需要。另外由于原来的计算机技术的落后，给计算带来

4、很大的困难，现在计算机的运用使计算更为简单，为了更精确也更全面的的掌握正常溢洪道的泄流情况，对现有泄量曲线进行了重新计算修订并繪制。3、单孔闸门不同开度泄量计算分析3.1堰型确定岗南水库正常溢洪道堰型为驼峰堰，1989年加固工程对正常溢洪道溢流挑坎曲线做了局部修改，修改后的曲线更加圆滑平顺，如下图。如下列图，经计算比较可知：泄水闸孔堰顶厚度在0.67H0.75条件下单孔不考虑，双孔按0.45计算。边墩形状系数k确实定，根据?水力学?河海大学成教院P43表8.3可知，边墩平面形状为圆弧形时，系数按0.7计算。淹没系数2确实定经分析可知：正常溢洪道提闸泄流时，水跃发生位置较远，下游水位对过堰流量不

5、构成影响，因此，计算时淹没系数可以按“1处理。由于行近水头比较小，可忽略不计，因此本次计算中用H代替H0，取相应的水头进行计算。流量系数m确实定正常溢洪道初建以后，在1989年续建过程中对溢流堰面挑坎曲线进行了局部修改，使之更加圆滑平顺，2021年改建加固中，堰面及底坎堰型未发生变化，故本次计算中，有关堰流局部计算的流量系数m仍然选用初建计算时的数据，采用0.42。3.3.2闸孔出流计算公式实用堰的闸孔出流的孔口处水流不仅在外表有垂直收缩，而且底部也有垂向收缩，实验说明当e/H0.75时水正常流溢洪道出流为闸孔出流，流量公式采用：闸孔出流流量计算根本公式?水力计算手册?P53淹没系数1确实定和

6、堰流计算相同：正常溢洪道提闸泄流时，水跃发生位置较远，下游水位对过堰流量不构成影响，计算时淹没系数仍然按“1处理。另外，在实际泄流过程中，由于行近水头比较小，可忽略不计，因此本次计算中用H代替H0。流量系数0确实定查?水力计算手册?4、计算过程及结果比较分析4.1计算过程本次正常溢洪道泄流曲线修订包括单孔闸门不同开度泄量计算，双孔闸门不同开度泄量计算及4孔闸门不同开度泄量，在计算过程中使用的公式是一样的，所以双孔及4孔开度的泄量公式和计算不再具体介绍。本次所有计算数据均通过excel计算得出，在0.10.75条件下采用堰流公式1-1来计算。在本次计算过程中将水库水位-泄量的中水位单位精度由“米

7、提高到“厘米。而且在计算下泄流量时过程中，每一个水位对应的泄量都通过公式计算所得。同时在使用闸孔出流公式时，原来的流量系数m0在水位为每一米时对应一个流量系数，而在此次修订过程中对每一米之间的流量系数进行了内插，从而使计算结果更加精确和合理。4.2计算过程中问题的分析与处理本次计算正常溢洪道泄流曲线过程中，如果按照严格的理论公式来计算的话，即在e/H=0.75的临界状态下，e/H略小于等于0.75时对应的公式应该使用孔流公式计算，而到达e/H略大于0.75时那么采用堰流公式计算结果，按照理论值应该前一个流量结果小于下一个流量结果，而此时按照计算所得结果却出现了相反的情况，也就是统一开度情况下水

8、位低比水位高的相对应的泄量还要小，这种情况实际上是不合理的，所以在计算过程中我们对e/H=0.75附近的计算数值进行了调整，使泄流曲线的计算结果更接近真實数据，泄量曲线的绘制相应选用修正计算中的数据结果来绘制。4.3计算结果分析正常溢洪道水位泄量经过重新计算和修正，到达了两个结果：泄量曲线由原来的最高水位209m对应的泄量提高到210m对应的泄量，使原来的泄量曲线更加完整。在本次计算过程中将水库水位-泄量的中水位单位精度由“米精确到“厘米，提高了精度。而且在计算下泄流量时过程中，舍弃了原来的直线内插，保证每一个结果都通过公式来计算所得，提高了计算的准确度。对本次正常溢洪道泄量曲线修订过程中也出

9、现的问题进行分析：从结果来看，双孔泄量与原有的泄量曲线是一致的。单孔和四孔泄量曲线从计算结果上看与原来的所用的泄量曲线有些出入，当水库在低水位泄流时用闸孔出流及堰流公式所计算的泄量与原有的水位泄量表中的结果根本吻合；当水位超过204m，开度超过6m以后，堰流公式所计算的泄量与原有的泄量结果开始出现不一致的情况，而且是随着开度的增大，以及水位的增高，差值越来越大，由一开始相差20m3/s流量到最大差值到达500m3/s的流量，最大到达相差8%。经过分析认为出现较大差值的原因可能与所选的流量系数m有关系。通过查阅大量的档案资料，只有在1988年修订的曲线上查到正常溢洪道所选的m取值为固定值0.42

10、，但是用0.42代入当时所采用堰流公式中，并不能计算得到与之相符的泄量结果。经查阅相关水力学书籍发现流量系数与水头、堰高、总水头、设计水头等很多因素有关，实际泄流时，水头超过设计水头时，水舌与坝面轮廓脱离，脱离局部的空气不断被水头带走，形成真空，从而使有效水头增加，这时的流量系数m就会大于设计流量系数，而且真空现象是不稳定的，经常会出现正负交替显现的情况，从而导致流量系数的不稳定。通常在这种情况下，一般要通过水力学实验来获取流量系数m的取值。目前，对于已经建成多年的水库来说，要进行这种水力学实验还是很困难的。5、结语岗南水库大坝加高后，通过对正常溢洪道泄量曲线进行修订，提高了原有泄量曲线的完整性和精度。但是在计算过程中我们也发现了一些问题，就是堰流公式所计算的泄量与原有的泄量数值出现不一致的情况。分析认为：水力学公式中流量系数、淹没系数及侧收缩系数在不同的水利工程中很难直接确定，而流量系数又与水头、堰高、总水头、设计水头等很多因素有关，许多数据无法用理论计算来解决，有些是运用经验值来获得，有些只能在