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三哥抑郁客-高山流水的博客

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改进仕阳水库溢洪闸流量观测方法的探讨  

2013-05-28 15:09:14|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  改进仕阳水库溢洪闸

流量观测方法的探讨

提要:针对莒县仕阳水库溢洪闸观测方法的不足之处,结合十几年的具体观测实践,提出了更为精确地泄流观测方法,在实践中予以对比使用,确保了水文观测数据的精确度。

关键词:溢洪闸;泄流;观测;流量;误差

1工程概况

1.1工程概况

    小仕阳水库是一座以防洪灌溉为主,结合发电养殖于一体的综合利用的多年调节的大(二)型水库,它位于莒县城东北28km处的沭河支流袁公河中游上,即国道206桩号417km处正东3.5km处,枢纽工程包括大坝、放水洞、水电站和溢洪闸道六大部分。大坝又分主坝和副坝,主坝全长967km,最大坝高25.3m,坝顶高程159.30m,坝顶宽9.3m,为宽粘土心墙砂壳坝;副坝全长382m,位于主坝正北1.5km处,最大坝高11.8m,坝顶高程159.80m,坝顶宽5.0m,为亚粘土均质坝;溢洪闸道分主坝溢洪闸和副坝溢洪闸道,溢洪闸位于主坝北端,溢洪闸闸底高程147.50m,净宽50m,溢洪道位于副坝北端,溢洪道堰项高程154.08m,净宽158m,堰长2.5m,为浆砌块石梯形堰,左岸与副坝裹头相接,右岸为自然山坡。枢纽控制流域面积281km2,总库容1.2554亿m3,其中兴利库容6834m3,死库容300m3,防洪库容5420m3.100年一遇设计洪水位155.80m10000年一遇校核洪水位157.54m警戒水位155.80m,汛限水位152.50m,兴利水位153.50m,设计灌溉面积5000hm2,有效灌溉面积3000hm2,历年平均实灌2000hm2

溢洪闸与溢洪道在溢洪闸轴线下游85m处相汇,与下游尾水河槽相接,溢洪闸与尾水河槽轴线交角为135.7°,尾水河槽底宽60m,长860m,比降1/1000,糙率约0.035~0.05,两岸边坡坡比为1:1.5,河槽底部为粗糙沙砾岩石。

1.2下游防洪保护对象

下游防洪保护区县域部分85km2,保护耕地16333hm2,保护人口30万。西南距招贤镇8km,保护流量800m3/s,距莒县城30km,保护流量4700m3/s,距临沂市110km;南距兖石铁路68km,距陇海铁路139km,距胶新铁路23km;南距335省道30km,距日竹高速公路38km,西距206国道3.5km,对它们均有一定的防洪保护作用。

2 溢洪闸泄流观测

2.1闸结构

溢洪闸工程于1985年春竣工并投入运行,该闸为开敞式宽顶堰型式,堰顶高程147.50m10×7m平板钢闸五孔,闸室单孔净宽10m,闸门高7m。闸前引水段长20m,两岸为浆砌料石镶面扭面挡土翼墙;闸室长10m,闸室以后接比降1/10的长45m的陡坡,下游接挑流鼻坎,反戽半径18m,挑射角?=30°,该段长11.8m。上下游铺盖、护坦等均为250#钢筋砼结构。

2.2设计泄流观测方法

根据闸前水头h,利用宽顶堰泄流公式(1)或者式(2)当场计算可得。式(1)敞泄自由流。

q=μ0×n×b×h3/2=1.55×5×10×h3/2=77.5h3/2    1

q=μ×n×b×e×[2g(h-εe)]1/2=5×10×e×ε×Ф×[2g(h-εe)]1/2=50×e×ε×Ф×[2g(h-εe)]1/2   (2)

两式中e为闸门开度、量纲为mh为闸前净水头、量纲为mg为重力加速度、取9.81、量纲为m/s2ε为垂直收缩系数,无量纲,与e/h有关,可查有关《水力学》或防汛水文手册取之,μ为流量系数,无量纲,可据e/h的不同而用不同式计算。式(2μ=ε×ФεФ都与闸门开度e与净水头h有关,分别是垂直收缩系数和流速系数。e可从控制仪表中读取,数为00.511.5... ...7m,最小读数标距为2.5可估读到0.05mФ值取0.97~1εe/h查有关闸孔出流表格。建成运行以来共溢洪18次,用之调水10次,经水文观测证实,上述测流方法精度偏低,误差较大,特别是高水头低开度时尤为明显。

3   测流法改进

3.1结构工艺原理

设备有最小读数为1mm的游标钢尺一根,直径0.5mm的柔性钢丝绳15m1kg重的铅球一个,一只定滑轮,40×40×4mm(即4#角钢)的角铁三脚架一个高1.5m,彩色标识符7个。三角架、定滑轮、钢丝绳、铅球与闸门均在同一铅球垂平面上,三角架固定于启闭机底座上,定滑轮安装在三角架上,钢丝绳一端固定于闸门顶部,一端穿越定滑轮与铅球相接,铅球起平衡牵引作用、与闸门同步运行,游标钢尺固定与钢丝绳一侧的机房地面上,其零点起始位置与柔性钢丝绳零点位置重合,可从其上读取毫米、厘米、分米读数,在柔性钢丝绳上零点以下,以整米为单位做好彩色标识,结构布置见流量观测示意图。

3.2测流法的改进

完成了上述工作后,在控制运用时,工作人员合上控制盘上的电源开关,即可一人在启闭机前操作按钮启闭,一人从钢丝绳和游标钢尺上读取闸门开度e的读数,同时根据式(1)或式(3)或式(4)计算出泄流量来,省却了下游实测之工序。

q=μ×n×b×e2gh1/2=50×e×(0.6-0.158×e/h

   ×(2gh1/2           0<e/h0.1        (3)

q=μ×n×b×e2gh1/2=50×e×(0.6-0.176×e/h

   ×(2gh1/2           0.1<e/h<0.65       (4)

4误差分析

4.1设计法误差

流量测次观测成果见表1,误差结果见表2

由于从控制仪表中读取的闸门开度e只能精确到0.05m,故据式(2)计算所得流量数普遍大于下游实测数,只有两次偏小,相对误差大于1%的有9次,占观测次数的75%,相对误差大于4%的有2次,占观测次数75%,相对误差大于4%的有2次,占观测次数16.7%,相对误差大于5%的有1次,占观测次数的8.3%

4.2改进法误差

由于闸门开度e读数的准确,以及计算公式据e/h的不同而异的优化,使观测成果的绝对误差相对减小,更趋近下游实测值。相对误差大于1%的有7次,占观测次数的58.3%,相对误差大于4%的有2次占观测次数的16.7%,相对误差大于5%的有1次占观测次数8.3%

5结语

5.1  此法简单可靠,省工省力,全部启闭观测工作只需2人即可同步完成,省去了下游尾水河槽的实测,因为防汛调洪时水文观测人员尤其紧缺、紧张、繁忙。

5.2  此法精度在相同条件下比原设计法有所提高,相对误差的精度百分数从最小0提高到最大100%,平均提高29,9%,使测验在总精度上超过了95%的规范要求。且下游实测数由于为假定的明渠均匀流计算而得,并非100%正确。故本法即足以满足测报要求,符合水文测报规范。

5.3  若调洪,则事先nbhq已故,故可现场求得闸门开度e,以便准确提升闸门,避免多次变动闸门。

5.4  若为预泄或腾库迎洪,则hnbe已故,ε可据e/h查的,即可现场求
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