n?4.8082F?L?2?0.2698?J?0.5287 (3-21)
⑦根据设计净雨过程的平均净雨强度,计算m1,i和参数K:平均净雨强度的计算为净雨量Rc除以净雨历时tc;
Ri?Rc (3-22) tc?b?Ri?m1,i?m1,10??10?? (3-23)
??K?m1,in (3-24)
⑧根据参数n,K和t=1小时,算出各时段的t/K值,由n和t/K在S(t)曲线表查出各时段的S(t)值。将S(t)移后一个时段即得S(t-1)值。由各时段的S(t)减去S(t-1)即可求得t=1小时的时段单位线纵坐标值μ(1,t);
⑨根据设计净雨过程,用时段单位线μ(1,t)推求设计地面径流过程;
⑩推求设计洪水流量过程:由稳定入渗量形成的地下径流深计算地下径流的洪峰流量QD,设计洪水流量为地面径流与地下径流之和。
QD?0.1852RgFtD (3-25)
?1三、水面线
1、雍水
一维恒定非均匀流的基本方程:
Z2??2V222g?Z1??1V122g?hf?hj
式中:Z2、Z1为计算段上、下游断面水位;V2、V1为计算段上、下游断面平均流速,?2、?1为计算段上、下游断面的动能修正系数;hf为沿程水头损失;hj为局部水头损失。
(1)动能修正系数α
α是以总流的断面平均流速V代替过水断面上各点的点流速Vi来计算断面的平均单位动能,为校正误差而引入的修正系数,理论上可按下式计算:
???AVidA3V3A
式中:Vi为断面单元流速(m/s);V为断面平均流速(m/s)。
?是个大于1.0的数值,其值取决于断面上流速分布不均匀的程度,流速分布越不均匀,?值越大。本次计算过程中,取?=1.05。
(2)沿程水头损失
水流在流动过程中,由于克服河床的阻滞作用,边壁的低流速层对高流速层产生的阻力而消耗的能量,就是沿程阻力损失损失hf,主要决定于均匀流的坡降,可表示为:
Q2n2Q2Lhf?JL?2L?4/32KRA
式中:L为计算段上下游断面间距(m),K为流量模数,K?CAR,一般采用:
111?2?2KK1K21C?Ryn,K1、K2是上下两断面的流量模数;C为谢才系数,,
n为糙率,y可取1/4~1/6。
(3)局部水头损失
局部水头损失即为河道的河床断面沿程不均匀引起的水头损失。局部阻力系数与河槽形态、收缩或放宽的比例以及水流情况有关,特别是在跨河桥梁河段特别明显,局部水头损失hf可按下式计算:
VVhj??(1?2)2g2g
式中:?为局部阻力系数。对于逐渐扩散段,取?=-0.3~-0.5;对于急剧扩散段取?=-0.5~-1.0;对于收缩段?=0。
222、回水
水库回水:河道修建闸坝形成水库后库区水位雍高的现象。 逐段试算法:恒定流能量方程
(1) 基本方程式––––伯努力方程
对伯努力方程变换得如下方程:
?Z?Z2?Z1?1(1??)2(ifi?if2)??l?(V1?V22)?hf??hv?hj 22g式中:if?Q2K2?Q2CAR22,C?11/6R n其起始断面的Z1、ifi、V1各值为已知,终端断面Z2、if2、V2各值为未知,需试算确定。
计算所需基本资料有:①库区实测纵横断面资料或水库地形图;②库区河道糙率资料;③坝址及入库设计洪水成果;④水库调洪计算成果;⑤水库泥沙淤积计算成果。工程设计需推求某标准洪水最高回水线,应计算许多组不同坝前水位与相应入库流量的回水线取其外包线。
四、调洪演算
水库调洪计算的基本公式是水量平衡方程式:
12(Qt?Qt?1)?t?12(qt?qt?1)?t?Vt?1?Vt
式中: ?t—计算时段长度(s);
Qt,Qt?1—t时段初、末的入库流量(m3/s); qt,qt?1—t时段初、末的出库流量(m3/s); Vt,Vt?1—t时段初、末水库蓄水量(m3)。
当已知水库入库洪水过程线时,Qt,Qt?1均为已知;Vt,qt则是计算时段t开始的初始条件。于是,式中仅Vt?1,qt?1为未知数。必须配合水库泄流方程q=f(V)与上式联立求解Vt?1,qt?1的值。当水库同时为兴利用水而泄放流量时,水库泄流量应计入这部分兴利泄流量。假设暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下游的流量,若泄洪建筑物为无闸门表面溢洪道,则下泄流量q的计算公式为:
q1??mBh12gh1 (3-2)
式中: ε 侧收缩系数; m 流量系数;
B 溢洪道宽; h1 堰上水头。
若为孔口出流,则泄流公式为: q2???2gh2 (3-3) 式中: μ 孔口出流系数;
ω 孔口出流面积; h2 孔口中心水头。
由式(3-2)或(3-3)所反映泄流量q与泄洪建筑物水头h的函数关系可转换为泄流量q与库水位Z的关系曲线q=f(Z)。借助于水库容积特性V=f(Z),可进一步求出水库下泄流量q与蓄水容积V的关系,即
q =f(V) (3-4)
图中Q~t为入库洪水过程线;q~t为水库调洪计算需要推求的出库流量过程线。设?t为计算过程的面临时段,由入库洪水资料可知时段初、末的流量
Qt,Qt?1的数值,Vt,qt为该时段已知的初始条件。图中阴影线的面积表示该时段
水库蓄水量的增量ΔV,求解时段末的水库蓄水量Vt+1和相应的出库流量qt+1。前
一个时段的Vt?1,qt?1求出后,其值即成为后一时段的Vt,qt值,使计算有可能逐时段地连续进行下去。必须指出,上述水库调洪计算中采用的泄流函数式q=f(v)是基于泄洪设施为自由溢流的条件建立的。所谓自由溢流是指泄洪设施不设闸门,或虽设有闸门,但闸门达到的开度不对水流形成制约的情况。
水库调洪计算常用的算法有试算法(迭代法)和图解法。试算法可达到对计算结果高精度的要求,但以往靠人工计算时,此法计算工作量大;图解法是为了避免繁琐的试算工作而发展起来的,它实用于人工操作,可大大减轻试算法的人工计算工作量。随着计算机科学技术的迅速发展,上述水库调洪计算的试算法很适合编制电算程序,即在计算机上进行迭代计算,不必再提倡采用图解法来完成调洪计算。在进行迭代计算时,可先假定计算时段末的出库流量的qt+1值,求出式中待定的时段末水库蓄水量Vt?1的值;也可先假定Vt?1的值, 求出式中待定的qt+1值。最后,在迭代过程中算出满足精度的解。
1、迭代算法
(1)初步假设计算时段末的出库流量qt?1的值,代入式(3-1),可初步求出式中待定的时段末水库蓄水量Vt?1的值。
(2)利用q?f(V)关系,用初求的Vt?1值,按插值法求出对应的出库流量q。 (3)检验步骤(1)所假设的时段末的出库流量qt?1步骤(2)得到的出库流量q的相符合情况。若设定的允许误差为?,qt?1?q??,则满足计算精度要求,结束该时段计算,时段末出库流量qt?1及水库蓄水量Vt?1即为计算的结果。否则,重新假设qt?1=(qt?1+q)/2,返回步骤(1)进行下一轮迭代计算。
2、图解法(简化三角形法)
该法的基本假定是:入库洪水过程线Q-t可以概化为三角形,下泄流量过程线的上涨线能近似地简化为直线。入库流量过程线Q-t,其高为Qm,底宽为过程线的历时T,三角形的面积即为入库洪水流量W=2QmT,所以调洪库容V洪为
11QmTqm
V洪=QmT?qmT=(1?)
222Qm
1