恒定非均勻流法計(jì)算水庫(kù)回水時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
——以落久水利樞紐工程為例

楊慶文

（廣西壯族自治區(qū)柳州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣西柳州 545005）

恒定非均勻流法計(jì)算水庫(kù)回水時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
——以落久水利樞紐工程為例

楊慶文

（廣西壯族自治區(qū)柳州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣西柳州 545005）

水利水電工程的建設(shè)會(huì)壅高河道水位，造成庫(kù)區(qū)淹沒(méi)。庫(kù)區(qū)回水計(jì)算是確定庫(kù)區(qū)淹沒(méi)范圍的主要依據(jù)，是庫(kù)區(qū)征地移民規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。恒定非均勻流是計(jì)算水庫(kù)回水的常用方法之一。結(jié)合同行經(jīng)驗(yàn)，本文以落久水利樞紐工程為例，歸納提出采用恒定非均勻流法計(jì)算水庫(kù)回水時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，以提高水庫(kù)回水計(jì)算的精度。

庫(kù)區(qū)淹沒(méi)；回水計(jì)算；恒定非均勻流；落久水利樞紐工程

根據(jù)水利計(jì)算規(guī)范，計(jì)算水利水電工程庫(kù)區(qū)回水的方法有：分段恒定流方法、非恒定流方法。在一般山區(qū)河道，恒定非均勻流法仍是常用的回水計(jì)算方法，廣泛應(yīng)用于山區(qū)河道水庫(kù)工程庫(kù)區(qū)回水計(jì)算。推算出汛、枯期各種不利組合的回水水面線，以其外包線作為回水成果，作為確定庫(kù)區(qū)淹沒(méi)范圍的依據(jù)。

結(jié)合同行經(jīng)驗(yàn)，本文以落久水利樞紐工程為例，歸納提出采用恒定非均勻流法計(jì)算水庫(kù)回水應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，以提高水庫(kù)回水計(jì)算的精度。

1 恒定非均勻流法的原理和公式

恒定非均勻流法計(jì)算回水，常采用分段試算法。①將庫(kù)區(qū)河段劃分成一定數(shù)量的河段，剖測(cè)出各斷面的水位～面積～水力半徑參數(shù)；②根據(jù)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算過(guò)程，確定各種不利情況下的壩前水位～流量組合，作為起推參數(shù)；將率定后的斷面糙率等參數(shù)輸入回水計(jì)算公式，向上游逐斷面推算回水水位。

（1）計(jì)算公式——伯努利方程：

由（1）、（2）、（3）式推得：

式中：Z1，Z2——下游、上游斷面的水位（m）；

α1，α2——下游、上游斷面的流速不均勻系數(shù)；

V1，V2——下游、上游斷面的流速（m/s）；

g——重力加速度（9.81m/s2）；

hf，hj——沿程、局部水頭損失（m）；

if、△l——上、下斷面間的水力坡度、河段長(zhǎng)度（m）；

Q——計(jì)算河段的流量（m3/s）；

（2）試算過(guò)程

①根據(jù)已知的下游斷面水位Z1查水位～面積、水位～水力半徑、水位～糙率成果曲線，得到下游斷面A1、R1、n1，計(jì)算下游斷面K1、V1均。

②假定上游斷面Z2假定，查出A2、R2、n2，計(jì)算上游斷面K2、V2均。

④根據(jù)上、下游的流速V1均、V2均判斷局部水頭損失系數(shù)ξ的取值。

⑤將各參數(shù)帶入（4）式，計(jì)算上游斷面水位Z2推求。

⑥判斷：若 Z2假定-Z2推求<0.001m，則滿足精度要求，計(jì)算結(jié)束，上游斷面水位取Z2假定；若 Z2假定-Z2推求>0.001m，則不滿足精度要求，需轉(zhuǎn)入步驟②重新計(jì)算，采用二分法重新假定上游斷面水位，直至成果滿足精度要求。

2 應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

采用試算法計(jì)算庫(kù)區(qū)回水水面線，應(yīng)注意處理好幾個(gè)問(wèn)題：

（1）河段合理劃分和斷面合理布設(shè)。

①河段劃分原則是使計(jì)算河段上下兩斷面水利因素的平均值基本能代表該河段情況。當(dāng)有較大支流匯入時(shí)，需在匯入口設(shè)置斷面，劃分出支流匯入口上、下游河段，分別采用支流洪水匯入前、后流量作為河段流量。

②下游的河道斷面間距可遠(yuǎn)些，使上下游斷面水位差在1m左右；隨著河道比降的增加，中上游河道斷面間距要適當(dāng)縮小，確保下游斷面水位高過(guò)上游斷面河床高程一定高度，避免試算出錯(cuò)。若出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)增加斷面重新計(jì)算。

綜上所述，對(duì)肺結(jié)核疾病患者以及患者家屬同時(shí)進(jìn)行健康宣教，能夠有效改善患者生活質(zhì)量以及心理狀態(tài)，并且實(shí)施該種干預(yù)方式，能夠增強(qiáng)患者對(duì)自身疾病的認(rèn)知，從而更好對(duì)自身疾病進(jìn)行有效防治，既減輕了患者自身心理負(fù)擔(dān)，患者生活質(zhì)量也具有明顯改善。

③斷面布設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量選擇斷面形狀規(guī)則、河道順直的位置，確保上下游斷面的形狀、尺寸、岸坡形式無(wú)劇烈變化。如遇到河道狀變化劇烈、有較多彎道、急灘時(shí)，應(yīng)加密斷面。

（2）合理考慮局部水頭損失。

一般情況下，河道順直、斷面變化不大時(shí)，可不考慮局部水頭損失。但山區(qū)河道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)河道突然縮窄、突然擴(kuò)大、急彎段、出現(xiàn)特大礁石或石梁等情況，會(huì)引起渦旋等復(fù)雜流態(tài)，產(chǎn)生較大的局部水流阻力。此時(shí)，局部水頭損失較大，需要考慮局部水頭損失。

（3）合理率定斷面糙率

斷面糙率在回水計(jì)算時(shí)十分敏感，是最重要的影響因素之一。確定糙率的方法有查天然河道糙率表、水文站糙率分析和實(shí)測(cè)洪水水面線率定等。實(shí)測(cè)洪水水面線率定法資料要求最多，能很好反映實(shí)際情況，反推的糙率精度高。應(yīng)盡可能采用該方法率定糙率。

①進(jìn)行詳細(xì)地歷史洪水調(diào)查，確定可靠洪痕點(diǎn)，測(cè)出歷史洪水水面線。條件允許的情況下，應(yīng)盡可能調(diào)查多場(chǎng)次、不同量級(jí)的洪水水面線。

②自下游向上游逐斷面假定斷面糙率分布曲線，擬合各場(chǎng)次歷史洪水水面線，反復(fù)率定出合適的斷面糙率。

3 落久水利樞紐回水計(jì)算

廣西柳江防洪控制性工程——落久水利樞紐工程位于廣西柳州市融水苗族自治縣境內(nèi)的柳江流域融江支流貝江下游，距下游融水縣城約13km，距下游柳州市約121km。落久水利樞紐工程是以防洪為主，兼顧灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等效益的綜合利用工程。落久水庫(kù)正常蓄水位153.5m，水庫(kù)防洪高水位161.0m，汛期限制水位142m，總庫(kù)容3.46億m3，防洪庫(kù)容2.5億m3，興利調(diào)節(jié)庫(kù)容1.14億m3。樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、欖口副壩和灌溉、供水引水系統(tǒng)等組成。

（2）回水計(jì)算

①河段劃分

落久水利樞紐庫(kù)區(qū)有三條較大支流——香粉河、都郎河、新寨河，其中香粉河與都郎河都在四榮鄉(xiāng)匯入干流。因此，將庫(kù)區(qū)干流劃分為三個(gè)河段：壩址～四榮鄉(xiāng)河段、四榮鄉(xiāng)～新寨河河段、新寨河上游河段。

根據(jù)貝江干支流的河道情況，干流布設(shè)65個(gè)斷面，三條支流布設(shè)149個(gè)斷面，斷面間距在0.047～2.282km。水庫(kù)回水河段分段示意見圖1。

圖1 水庫(kù)回水河段分段示意圖

②局部水頭損失系數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，河道收縮時(shí)（即V1>V2時(shí)），局部水頭損失很小，可忽略；當(dāng)河道逐漸擴(kuò)散（即V1

③糙率率定

由于貝江兩岸居民點(diǎn)較高，僅調(diào)查到“1996年7.16”特大洪水水面線。結(jié)合柳州水文站1996年“7.16”洪水水面線調(diào)查和我院2009年、2013年補(bǔ)充調(diào)查，共調(diào)查15個(gè)可靠洪痕點(diǎn)，作為貝江96年洪水水面線。

采用1996年洪水水面線對(duì)各斷面糙率進(jìn)行率定：①以勾灘水文站（一）站斷面為起推斷面，確定起推水位（128.93m）和洪峰流量（6280m3/s），假定壩址斷面糙率。②從下游往上游逐個(gè)假定各個(gè)斷面的糙率，帶入水面線計(jì)算程序中試算，算出各斷面的擬合水位。③若擬合水位與1996年水面線水位相差大于設(shè)定的精度（本次設(shè)為0.3m），重新假定糙率，再次試算，直至擬合水位與1996年水面線水位相差小于設(shè)定精度，假定糙率即為所求斷面糙率，成果見表1、圖2。

（3）回水成果合理性分析

在對(duì)以上注意問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析基礎(chǔ)上，計(jì)算出落久水庫(kù)回水成果。經(jīng)對(duì)比分析，回水成果具有以下特點(diǎn)：①庫(kù)區(qū)回水高于天然水面線，水面比降較平緩。②同一壩前水位，小流量水面線低于大流量水面線；流量越大，坡降越陡，回水末端越近；流量越小則反之。③同一流量，壩前水位低的水面線低于壩前水位高的水面線；壩前水位越高，坡降越緩，回水末端越遠(yuǎn)。④同一斷面，較高壩前水位的兩個(gè)設(shè)計(jì)流量的水位差，小于較低壩前水位的水位差；兩個(gè)斷面在同一流量的兩個(gè)不同壩前水位時(shí)，上游斷面的水位差小于下游斷面的水位差。⑤同一壩前水位和流量，回水水面線離壩址越近越平緩，并以壩前水位水平線和同一流量天然水面線相交線為漸近線。

表1 擬合1996年洪水水面線及糙率率定成果

圖2 糙率率定后擬合1996年洪水水面線圖

回水成果符合水面線計(jì)算的一般規(guī)律，合理可用，通過(guò)審查。

4 結(jié)語(yǔ)

采用恒定非均勻流法計(jì)算山區(qū)河道回水，方法成熟簡(jiǎn)單，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程，可快速試算出回水成果。關(guān)鍵在于各項(xiàng)參數(shù)的合理確定，上文提出注意的河道劃分、局部水頭損失、糙率率定等問(wèn)題，應(yīng)科學(xué)、實(shí)際地分析處理，使回水計(jì)算成果準(zhǔn)確合理，為確定庫(kù)區(qū)淹沒(méi)影響范圍提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

[1]李煒.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院、水力學(xué)流體力學(xué)教研室.《水利計(jì)算手冊(cè)》.中國(guó)水利水電出版社，2006，6.

[2]電力工業(yè)部成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院主編.水能設(shè)計(jì).電力工業(yè)出版社，1981.

TV133

A

1004-7344（2016）15-0106-02

2016-5-10

楊慶文（1982-），男，漢族，廣西融安人，中級(jí)工程師，本科，主要從事水文及水利規(guī)劃工作。