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1、水利水电工程 初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996年3月水电站初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲主 编 单 位:主编单位总工程师:参 编 单 位:主 要 编 写 人 员:软 件 开 发 单 位:软 件 编 写 人 员:勘测设计研究院年月目次1. 引 言 42. 设计依据文件和规范 43. 基本资料 54. 设计内容与方法 65. 专题研究 86. 应提供的设计成果 97. 附录 A 108. 附录 B 129. 附录 C 141. 引 言1.1 工程与河道概况工程位于省(区)市(县)乡村河(江)上。工程设计标准为,设计洪水流 量为 3/
2、S；校核标准为,校核洪水流量为m3/s。坝址以上流域位于东 ;北纬之间。坝址以上河道长 km,集水面积km2,纵比降。坝址河段形势:提示：顺直或弯曲，扩散或收缩，急滩或石梁，漫滩或分流，回水顶托以及堤坝、桥梁，分洪、决口等情况。断面情况:提示：断面形状的单式或复式，断面宽深比，死水、回流，河床组成及床面特性，岸壁特性。 两岸滩地及其宽度，滩地平面、纵面、横面形态，床质及植被等。1.2 基本要求(1) 设计断面水位流量关系曲线的绘制， 应以一定的实测资料为依据， 绘制所得的为工程修建前 天然情况下的水位流量关系曲线。(2) 水位流量关系曲线的高程应与工程设计采用同一基面。(3) 本阶段所拟定的设
3、计断面水位流量关系， 应在坝址待机实测低、中、高各级水位下的流量对其 进行验证， 如较前一设计阶段成果改变较大时， 应有充分的论证。(4) 工程修建后水位流量关系曲线的修正， 必要时应列专题作为专题研究内容。2. 设计依据文件和规范2.1 有关本工程(或专业)的文件(1) 本工程预可行性研究报告及审批文件;(2) 本工程可行性研究报告及审批文件;(3) 水工、施工等专业提出的要求。2.2 设计规范(1)DL 5020-93水利水电工程可行性研究报告编制规程;(2)DL 5021-93水利水电工程初步设计报告编制规程;(3)SL 58-93水文普通测量规范;(4)SDJ 214-83水利水电工程
4、水文计算规范;(5)SD 244-87水文年鉴编印规范;(6)SL 77-94小型水力发电站水文计算规范;(7) GB 50179-932.3 参考资料河流流量测验规范。(1) 洪水调查资料审编刊印试行办法, 水利电力部颁发, 水利电力出版社, 1976年 10 月;(2) 洪水调查, 水利电力部东北勘测设计院主编, 水利电力出版社, 1977 年2 月;(3) 水利水电量和单位实用手册, 水利电力出版社, 1988 年 11 月;(4) 水文资料整编方法, 水利电力部水文局编, 1958年 10月。3. 基本资料3.1 河段平面图提示:图面比例尺，根据工程所在河段范围大小，采用1:2000-
5、1:10000,特殊情况的可用 1:25000。(2) 河道平面图可用以分析水面比降变化与设计断面河段及上下游河段地形、地貌的密 切关系，有助于水面线的绘制与分析。3.2 横断面图提示:(1)断面的数量及位置，应根据工程设计要求及推算流量方法不同来决定。如用水面曲 线法推流，断面应在水面坡降转折、或河谷发生变化的地方。一般为工程设计所要求的位 置。(2) 高程一般至历年最高洪水位以上24m，平原河流尾闾地区至历年最高洪水位以上0.5m。(3) 注意河道整治工程对过水面积的影响。3.3 纵断面图提示:在纵断图上标有横断面位置；绘有河底线、测时水面线、各大洪水年(历史洪水及近期 洪水)水面线。3.
6、4 地形资料提示:当工程所在河段无实测纵、横断面图时，应尽量搜集已有的各种比例尺的地形成果， 如为整治河道、修筑堤坝而施测的专用河道图等。3.5水位、流量资料提示:水位、流量资料包括厂、坝区实测水位、流量资料；上、下游水文站的实测水位流量资 料等。3.6 洪、枯水调查资料提示:包括洪水、枯水调查资料及计算成果。3.7 水面线资料提示:(1)包括设立水尺施测的设计河段不同水位级的水面线和在设计河段调查的历史洪水水 面线及近年大洪水的水面线。(2) 注意河道整治工程对水面线的改变。3.8 河道糙率资料提示:根据设计河段具体资料情况，选择以下方法确定河道糙率；(1) 利用设计河段和邻近上下游水文站实
7、测资料，分析水位(或流量)与糙率的关系，对高水 则外延水位糙率关系确定糙率值；(2) 如果没有上述资料，则可根据河床组成、床面特性、河段平面形态、水流流态、岸壁 特性、水深及含沙量情况，参考天然河道糙率表选取糙率值；(3) 利用设计河段的同时水面线或调杳的大洪水水迹线，应用试算法反求糙率值。4. 设计内容与方法4.1 天然情况下设计断面水位流量关系曲线的拟定提示:当设计断面河段顺直，河床比较稳定，不受下游变动回水影响，测站控制条件良好，同一 水位下各有关水力因素均保持不变，或者各因素虽有变化，但能集中反映在断面面积和断面 平均流速两因素能互相补偿，使同一水位只有一个相应流量，其关系就成为稳定的
8、单一线；当测站控制条件较差，各有关水力因素不能保持不变，又不能互相补偿时，则形成不稳定 的非单一水位流量关系线。4.1.1 设计断面单一水位流量关系曲线的拟定提示：(1)若设计断面(坝址、厂房尾水出口、导流洞进出口、引水渠进口、料场区等，下同)有 实测水位流量资料，可直接根据实测资料点绘水位流量关系。(2)当设计断面无实测水位流量资料，应尽早在该河段设立专用水文站或水位站，施测不 同水位级水面线和流量。有条件时还应进行洪、枯水调查。当取得设计断面一定的水位流量(或 仅有水位)观测资料后，可按附录A拟定设计断面单一的水位流量关系。4.1.2 设计断面单一水位流量关系曲线的延长提示:设计断面单一水
9、位流量关系曲线的高水延长，应注意分析河道情况，水面比降、河道 糙率、断面特性等因素随水位升高而变化的情况，如外延幅度较大，用几种不同方法互相印 证，采取合理的方法。常用的外延方法有：(1) 外延水位流速关系；(2) 用曼宁公式作高水延长；J(3) 用Q AR曲线法延长；(4) 顺趋势延长水位流量关系曲线；(5) 以断流水位为控制作低水延长。 具体延长方法和步骤可参见附录B。4.1.3 设计断面非单一性的水位流量关系曲线的拟定及延长提示:对于非单一性的水位流量关系曲线，应分析其成因，提出反映不同水力条件的水位流 量关系曲线。根据其主要影响因素，其水位流量关系可分以下几种：(1) 受洪水涨落影响的
10、水位流量关系；(2) 受变动回水影响的水位流量关系；(3) 受冲淤影响的水位流量关系；(4) 受水生植物影响的水位流量关系；(5) 受结冰影响的水位流量关系；(6) 受潮汐影响的水位流量关系；(7) 受混合影响的水位流量关系。受各种影响的水位流量关系曲线的拟定及延长方法参见附录C。4.1.4 水位流量关系曲线评价提示：(1)对拟定的设计断面水位流量关系曲线，应从基本资料、参数选用、计算方法等方面 估计其可能误差范围，并作出评价。(2)本阶段拟定的设计断面水位流量关系曲线如与前一设计阶段成果有较大改变时，应 有充分的论证。4.2 工程修建后设计断面水位流量关系曲线的修正4.2.1 施工弃碴对电站
11、尾水水位流量关系曲线影响的修正提示:施工弃碴不合理或工程竣工后下游围堰拆除不彻底，都将抬高电站尾水位。因此在施 工过程中，必须做出合理的堆碴规划。根据规划的弃碴方案，分析沟道弃碴进入河道使河床抬高值，其步骤为：(1) 绘制河道纵横断面图；(2) 确定水面线计算的起始断面，该断面不受弃碴影响，能作出天然情况下水位流量关 系；(3) 确定弃碴后的计算糙率。(4) 采用明渠恒定渐变流方程逐段计算水面线，算得不同流量的各堆碴方案电站尾水水 位，修正原尾水水位流量关系曲线。4.2.2 射流增差作用对电站下游水位流量关系曲线影响的修正提示:(1)枢纽泄洪时，将水流的巨大位能转换成高速水流集中向下游河道中冲
12、射，造成坝址下 游的局部冲刷坑，把电站的尾水位压低，水面相应出现倒比降，形成射流增差。(2)根据枢纽采用的消能方式，分别采用动量方程或能量方程估算射流增差值(1) 动量方程法根据工程实践， 当枢纽采用挑流消能时， 射流增差效果比较大， 可以根据入射水流上下游断面河道 动量的变化，考虑高速水流的掺气影响，按动量平衡原理计算水位增差值AZ。(2) 能量方程法当枢纽采用其他消能方式时， 进入下游河道的动量减小， 则射流增差作用小， 应选取冲刷坑下游河 段，按能量方程估算增差值AZ。4.2.3 分流河段上修建工程后设计断面水位流量关系曲线的修正提示:分流河段上受工程建设影响的水位流量关系曲线，有两江分
13、流、三江分流及多江分流等 情况，推求的方法基本上是一致的。两江分流情况下，只考虑一个参数(总流量Q)即可推求左 右河道的水位流量关系曲线；而在三江分流的情况下，除总流量这一参数外，尚需考虑三江 分流不同的因素。即两江分流中某一条水位流量关系曲线，在三江分流时可能因分流大小不 同而变成一组曲线。此外仅以两江分流的推求方法示例。该时的水位流量曲线是以总流量为 参数的一束曲线组。因受工程影响后的水位流量关系曲线较天然情况下的曲线平缓得多，能 求得曲线起点、天然情况分流点和曲线终点三个控制点即可确定该条曲线。一般情况下求得以上三个特征点，即可作出总流量为Q时分流河道断面处的水位流量 关系曲线，用同样方
14、法可以推求出另一分流河道断面处的水位流量关系曲线。按上述推求曲线组中某一流量Q情况下的一条曲线同样的方法，推求出曲线组中总流 量为Q、Q：、Q3,Q”情况下的水位流量关系曲线。详见红水河1993年第3期。123n4.2.4 下游河道修建闸、坝、桥梁、港口、码头工程后对设计断面水位流量关系曲线影响的修正提示:当设计断面下游河道修建闸、坝、桥梁、港口、码头工程后设计断面的水位流量关系 曲线应以工程修建后的河道(或水库)断面、糙率，用水面线计算方法对原水位流量关系曲线 进行修正。4.2.5 河道整治后对设计断面水位流量关系曲线影响的修正提示:(1)河道整治包括截弯工程、护岸工程、导流工程、束窄工程和
15、渠化工程等。(2)可根据河道整治后河道断面形态的改变(裁弯、护岸、束窄、导流等)、河床比降和水 面比降以及河床组成的变化情况，分析确定河道整治后各断面的过水断面面积、水面比降及 河道糙率等因素，通过水面线计算的方法修正原水位流量关系曲线。5. 专题研究提示:必要时应进行射流增差计算的研究，以便估算电站运行后泄洪水流的射流增差作用6. 应提供的设计成果提供的设计成果, 主要有计算书、报告书、附图及附表等。(1) 设计断面水位流量关系曲线拟定计算书;(2) 设计断面水位流量关系曲线拟定报告书;(3) 专题研究报告;(4) 天然情况下设计断面水位流量关系曲线表;表1 一水位流量关系曲线表水位，m流量，m3/s(5) 施工堆碴及计入射流增差的水位流量关系曲线表;表2堆碴后计入射流增差水位流量关系曲线表流量m3/s原河道水位m堆碴后水位m堆碴后计入射流增差
