水位流量關(guān)系分析大綱

1、FCD 11030FCD歡迎下載9水利水電工程初步設(shè)計階段設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線擬定大綱范本水利水電勘測設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化信息網(wǎng)1996年3月水電站初步設(shè)計階段設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線擬定大綱主編單位:主編單位總工程師： 參編 單位:主要編寫人員： 軟件開發(fā)單位： 軟件編寫人員：勘測設(shè)計研究院年月1. 弓I言 42. 設(shè)計依據(jù)文件和規(guī)范 43. 基本資料 54. 設(shè)計內(nèi)容與方法 65. 專題研究86. 應(yīng)提供的設(shè)計成果97. 附錄A108. 附錄B129. 附錄C141.1 工程與河道概況_工程位于 _省(區(qū))_市(縣)_ 鄉(xiāng)_村_河(江)上。工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為 _, 設(shè)計洪水流量為 m3/s；校核標(biāo)準(zhǔn)

2、為 ,校核洪水流量為 m3/s。壩址以上流域位于東經(jīng) ;北緯之間。壩址以上河道長度 km,集水面積 km2,縱比降。壩址河段形勢：提示：順直或彎曲，擴(kuò)散或收縮，急灘或石梁，漫灘或分流，回水頂托以及堤壩、橋梁，分 洪、決口等情況。斷面情況：提示：斷面形狀的單式或復(fù)式，斷面寬深比，死水、回流，河床組成及床面特性，岸壁特性。 兩岸灘地及其寬度，灘地平面、縱面、橫面形態(tài)，床質(zhì)及植被等。1.2 基本要求(1) 設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線的繪制，應(yīng)以一定的實測資料為依據(jù)，繪制所得的為工程修建前天然情況下的水位流量關(guān)系曲線。(2) 水位流量關(guān)系曲線的高程應(yīng)與工程設(shè)計采用同一基面。(3) 本階段所擬定的設(shè)計斷面

3、水位流量關(guān)系，應(yīng)在壩址待機(jī)實測低、中、高各級水位下的流量對其進(jìn)行驗證，如較前一設(shè)計階段成果改變較大時，應(yīng)有充分的論證。(4) 工程修建后水位流量關(guān)系曲線的修正，必要時應(yīng)列專題作為專題研究內(nèi)容。2. 設(shè)計依據(jù)文件和規(guī)范2.1 有關(guān)本工程(或?qū)I(yè))的文件(1) 本工程預(yù)可行性研究報告及審批文件(2) 本工程可行性研究報告及審批文件(3) 水工、施工等專業(yè)提出的要求。2.2 設(shè)計規(guī)范(1)DL 5020-93水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程DL 5021-93水利水電工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程SL 58-93水文普通測量規(guī)范；(4) SDJ 214-83(5) SD 244-87(6) SL 77-

4、94(7) GB 50179-932.3 參考資料水利水電工程水文計算規(guī)范水文年鑒編印規(guī)范；小型水力發(fā)電站水文計算規(guī)范河流流量測驗規(guī)范。(1) 洪水調(diào)查資料審編刊印試行辦法，水利電力部頒發(fā)，水利電力出版社1976 年 10 月;(2) 洪水調(diào)查，水利電力部東北勘測設(shè)計院主編，水利電力出版社，1977年2月； 水利水電量和單位實用手冊，水利電力出版社，1988年11月； 水文資料整編方法，水利電力部水文局編，1958年10月。3. 基本資料3.1 河段平面圖提示:(1)圖面比例尺，根據(jù)工程所在河段范圍大小，采用1 2000 1 10000,特殊情況的可用1 25000。(2) 河道平面圖可用以分

5、析水面比降變化與設(shè)計斷面河段及上下游河段地形、地貌的密切關(guān)系，有助于水面線的繪制與分析。3.2 橫斷面圖提示:(1)斷面的數(shù)量及位置，應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計要求及推算流量方法不同來決定。如用水面曲線法推流，斷面應(yīng)在水面坡降轉(zhuǎn)折、或河谷發(fā)生變化的地方。一般為工程設(shè)計所要求的位 置。(2) 高程一般至歷年最高洪水位以上2 4m,平原河流尾閭地區(qū)至歷年最高洪水位以上0.5m。(3) 注意河道整治工程對過水面積的影響。3.3 縱斷面圖提示:在縱斷圖上標(biāo)有橫斷面位置；繪有河底線、測時水面線、各大洪水年(歷史洪水及近期 洪水)水面線。3.4 地形資料提示:當(dāng)工程所在河段無實測縱、橫斷面圖時，應(yīng)盡量搜集已有的各種比

6、例尺的地形成果 如為整治河道、修筑堤壩而施測的專用河道圖等。3.5 水位、流量資料提示:水位、流量資料包括廠、壩區(qū)實測水位、流量資料；上、下游水文站的實測水位流量資料等。3.6 洪、枯水調(diào)查資料提示:包括洪水、枯水調(diào)查資料及計算成果。3.7 水面線資料提示:(1)包括設(shè)立水尺施測的設(shè)計河段不同水位級的水面線和在設(shè)計河段調(diào)查的歷史洪水水 面線及近年大洪水的水面線。(2) 注意河道整治工程對水面線的改變。3.8 河道糙率資料提示:根據(jù)設(shè)計河段具體資料情況，選擇以下方法確定河道糙率；(1) 利用設(shè)計河段和鄰近上下游水文站實測資料，分析水位(或流量)與糙率的關(guān)系，對高水則外延水位糙率關(guān)系確定糙率值；(

7、2) 如果沒有上述資料，則可根據(jù)河床組成、床面特性、河段平面形態(tài)、水流流態(tài)、岸壁特性、水深及含沙量情況，參考天然河道糙率表選取糙率值；(3) 利用設(shè)計河段的同時水面線或調(diào)查的大洪水水跡線，應(yīng)用試算法反求糙率值。4. 設(shè)計內(nèi)容與方法4.1 天然情況下設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線的擬定提示:當(dāng)設(shè)計斷面河段順直，河床比較穩(wěn)定，不受下游變動回水影響，測站控制條件良好，同一 水位下各有關(guān)水力因素均保持不變，或者各因素雖有變化，但能集中反映在斷面面積和斷面平均流速兩因素能互相補(bǔ)償，使同一水位只有一個相應(yīng)流量，其關(guān)系就成為穩(wěn)定的單一線； 當(dāng)測站控制條件較差，各有關(guān)水力因素不能保持不變，又不能互相補(bǔ)償時，則形成不

8、穩(wěn)定 的非單一水位流量關(guān)系線。4.1.1設(shè)計斷面單一水位流量關(guān)系曲線的擬定提示:(1)若設(shè)計斷面(壩址、廠房尾水出口、導(dǎo)流洞進(jìn)出口、引水渠進(jìn)口、料場區(qū)等，下同)有實測水位流量資料，可直接根據(jù)實測資料點繪水位流量關(guān)系。(2)當(dāng)設(shè)計斷面無實測水位流量資料，應(yīng)盡早在該河段設(shè)立專用水文站或水位站，施測不同水位級水面線和流量。有條件時還應(yīng)進(jìn)行洪、枯水調(diào)查。當(dāng)取得設(shè)計斷面一定的水位流量(或 僅有水位)觀測資料后，可按附錄A擬定設(shè)計斷面單一的水位流量關(guān)系。4.1.2設(shè)計斷面單一水位流量關(guān)系曲線的延長提示:設(shè)計斷面單一水位流量關(guān)系曲線的高水延長，應(yīng)注意分析河道情況，水面比降、河道糙率、斷面特性等因素隨水位升高

9、而變化的情況，如外延幅度較大，用幾種不同方法互相印證,采取合理的方法。常用的外延方法有 ：(1) 外延水位流速關(guān)系；(2) 用曼寧公式作高水延長；用QaJR曲線法延長；(4) 順趨勢延長水位流量關(guān)系曲線；(5) 以斷流水位為控制作低水延長。具體延長方法和步驟可參見附錄B。4.1.3設(shè)計斷面非單一性的水位流量關(guān)系曲線的擬定及延長提示:對于非單一性的水位流量關(guān)系曲線，應(yīng)分析其成因，提出反映不同水力條件的水位流 量關(guān)系曲線。根據(jù)其主要影響因素，其水位流量關(guān)系可分以下幾種：(1) 受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系；(2) 受變動回水影響的水位流量關(guān)系；(3) 受沖淤影響的水位流量關(guān)系；(4) 受水生植物影

10、響的水位流量關(guān)系；(5) 受結(jié)冰影響的水位流量關(guān)系；(6) 受潮汐影響的水位流量關(guān)系；(7) 受混合影響的水位流量關(guān)系。受各種影響的水位流量關(guān)系曲線的擬定及延長方法參見附錄C。4.1.4水位流量關(guān)系曲線評價提示:(1)對擬定的設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線，應(yīng)從基本資料、參數(shù)選用、計算方法等方面估計其可能誤差范圍，并作岀評價。(2)本階段擬定的設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線如與前一設(shè)計階段成果有較大改變時，應(yīng)有充分的論證。4.2 工程修建后設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線的修正4.2.1施工棄碴對電站尾水水位流量關(guān)系曲線影響的修正提示:施工棄碴不合理或工程竣工后下游圍堰拆除不徹底，都將抬高電站尾水位。因此在施工過

11、程中，必須做岀合理的堆碴規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃的棄碴方案，分析溝道棄碴進(jìn)入河道使河床抬高值，其步驟為：(1) 繪制河道縱橫斷面圖；(2) 確定水面線計算的起始斷面，該斷面不受棄碴影響，能作出天然情況下水位流量關(guān) 系；(3) 確定棄碴后的計算糙率。(4) 采用明渠恒定漸變流方程逐段計算水面線，算得不同流量的各堆碴方案電站尾水水 位，修正原尾水水位流量關(guān)系曲線。422 射流增差作用對電站下游水位流量關(guān)系曲線影響的修正提示:(1)樞紐泄洪時，將水流的巨大位能轉(zhuǎn)換成高速水流集中向下游河道中沖射，造成壩址下游的局部沖刷坑，把電站的尾水位壓低，水面相應(yīng)出現(xiàn)倒比降，形成射流增差。(2)根據(jù)樞紐采用的消能方式，分別采

12、用動量方程或能量方程估算射流增差值(1) 動量方程法根據(jù)工程實踐，當(dāng)樞紐采用挑流消能時，射流增差效果比較大，可以根據(jù)入射水流上下 游斷面河道動量的變化，考慮高速水流的摻氣影響，按動量平衡原理計算水位增差值Z。(2) 能量方程法當(dāng)樞紐采用其他消能方式時，進(jìn)入下游河道的動量減小，則射流增差作用小，應(yīng)選取沖 刷坑下游河段，按能量方程估算增差值Z。4.2.3分流河段上修建工程后設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線的修正提示:分流河段上受工程建設(shè)影響的水位流量關(guān)系曲線，有兩江分流、三江分流及多江分流等情況，推求的方法基本上是一致的。兩江分流情況下，只考慮一個參數(shù)(總流量Q)即可推求左右河道的水位流量關(guān)系曲線；而在三

13、江分流的情況下，除總流量這一參數(shù)外，尚需考慮三江 分流不同的因素。即兩江分流中某一條水位流量關(guān)系曲線，在三江分流時可能因分流大小不同而變成一組曲線。此外僅以兩江分流的推求方法示例。該時的水位流量曲線是以總流量為參數(shù)的一束曲線組。因受工程影響后的水位流量關(guān)系曲線較天然情況下的曲線平緩得多，能求得曲線起點、天然情況分流點和曲線終點三個控制點即可確定該條曲線。一般情況下求得以上三個特征點，即可作出總流量為Q時分流河道斷面處的水位流量關(guān) 系曲線，用同樣方法可以推求出另一分流河道斷面處的水位流量關(guān)系曲線。按上述推求曲線組中某一流量 Q情況下的一條曲線同樣的方法，推求岀曲線組中總流量為Qi、Q2、Q3，Q

14、n情況下的水位流量關(guān)系曲線。詳見紅水河 1993年第3期。4.2.4 下游河道修建閘、壩、橋梁、港口、碼頭工程后對設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線影響 的修正提示:當(dāng)設(shè)計斷面下游河道修建閘、壩、橋梁、港口、碼頭工程后，設(shè)計斷面的水位流量關(guān)系曲線應(yīng)以工程修建后的河道(或水庫)斷面、糙率，用水面線計算方法對原水位流量關(guān)系曲線 進(jìn)行修正。4.2.5河道整治后對設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線影響的修正提示:(1)河道整治包括截彎工程、護(hù)岸工程、導(dǎo)流工程、束窄工程和渠化工程等。(2)可根據(jù)河道整治后河道斷面形態(tài)的改變(裁彎、護(hù)岸、束窄、導(dǎo)流等 卜河床比降和水面比降以及河床組成的變化情況，分析確定河道整治后各斷面的過水

15、斷面面積、水面比降及 河道糙率等因素，通過水面線計算的方法修正原水位流量關(guān)系曲線。5. 專題研究提示:必要時應(yīng)進(jìn)行射流增差計算的研究，以便估算電站運行后泄洪水流的射流增差作用6. 應(yīng)提供的設(shè)計成果提供的設(shè)計成果，主要有計算書、報告書、附圖及附表等。(1) 設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線擬定計算書；(2) 設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線擬定報告書；(3) 專題研究報告；(4) 天然情況下設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線表；表1水位流量關(guān)系曲線表水位，m流量，m3/s(5) 施工堆碴及計入射流增差的水位流量關(guān)系曲線表表2堆碴后計入射流增差水位流量關(guān)系曲線表流量m3/s原河道水位m堆碴后水位m堆碴后計入射流增差水位m采

16、用水位m備注(6)工程修建后設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線表，表的格式參考表2;(7) 設(shè)計河段平面圖；(8) 設(shè)計斷面實測橫斷面圖；(9) 設(shè)計河段實測和調(diào)查水面線圖；(10) 設(shè)計斷面及主要控制站水位流量關(guān)系曲線圖。根據(jù)設(shè)計河段水位、流量、水面線資料和上、下游鄰近水文站的實測資料情況，選用下 列相應(yīng)方法擬定設(shè)計斷面單一的水位流量關(guān)系曲線。A1當(dāng)設(shè)計斷面實測水位流量資料比較充分時，可直接根據(jù)實測水位流量資料繪制。A2 當(dāng)設(shè)計斷面有實測水位和水面線資料 ,其上、下游有實測流量資料,區(qū)間又無較大支流 則可將上、下游流量經(jīng)適當(dāng)修正(當(dāng)設(shè)計斷面與設(shè)計依據(jù)站集水面積相差超過 3，但小于 15 ,降雨量和下墊

17、面條件相差不大時 ，則應(yīng)按面積比的指數(shù)關(guān)系修正 )后移用到設(shè)計斷面。 借用上、下游修正后的流量與設(shè)計斷面的相應(yīng)水位，繪制設(shè)計斷面的水位流量關(guān)系曲線。A3 當(dāng)設(shè)計斷面水位資料短缺,又無水面線資料，但上、下游流量資料經(jīng)適當(dāng)修正后能移用 到設(shè)計斷面，應(yīng)在設(shè)計斷面處設(shè)水尺觀測水位，并施測設(shè)計河段不同水位級的水面線。借用上、下游修正后的流量與設(shè)計斷面的相應(yīng)觀測水位，繪制設(shè)計斷面水位流量關(guān)系曲線。A4 當(dāng)設(shè)計斷面水位資料短缺，無水面線資料，并且其上、下游流量資料短缺或不能移用時 應(yīng)在設(shè)計斷面設(shè)站觀測水位 ，施測設(shè)計河段不同水位級的水面線 ，并在設(shè)計斷面施測流量。 根據(jù)施測的水位、流量繪制設(shè)計斷面水位流量關(guān)

18、系曲線。A5 當(dāng)設(shè)計斷面無任何實測水位流量資料，其上、下游又無流量資料可以移用 ，也無條件設(shè)站觀測水位流量時，應(yīng)在設(shè)計河段進(jìn)行洪、枯水面線調(diào)查及河段縱斷面圖、設(shè)計斷面橫斷面圖施測。然后根據(jù)河段縱斷面圖和設(shè)計斷面橫斷面圖，參照主槽河底平均比降和洪、枯水調(diào)查的水面比降，以及根據(jù)河道特征參照天然河道糙率，采用比降法估算各級假定水位下相應(yīng)流量，繪制“計算的”水位流量關(guān)系曲線。A5.1 若河段順直均整，上下斷面形態(tài)及斷面面積接近 ，河床穩(wěn)定，可近似地用穩(wěn)定均勻流 公式即：A 2/3 i 1/2Q R I(A1)n計算各級假定水位下相應(yīng)的流量，據(jù)以點繪水位流量關(guān)系曲線。式中:Q洪峰流量，m3/s;n河道糙

19、率；I水面比降；A有效過水?dāng)嗝婷娣e，m2;R水力半徑，m。A5.2若設(shè)計河段內(nèi)斷面沿水流方向逐漸擴(kuò)散或逐漸收縮時，應(yīng)采用穩(wěn)定非均勻流公式計算各級假定水位下相應(yīng)的流量，即12g(A22A；）(A2)式中：H沿程水頭損失，m;L河段長度,m;K上下兩斷面輸水率平均值,m3/s;Ai、A2上下兩斷面的有效過水面積，m2;局部水頭損失系數(shù)。斷面收縮時=0.1或0;斷面突然擴(kuò)散時=0.5 1.0;逐漸擴(kuò)散時=0.3 0.5。收縮河段為1+ ;擴(kuò)散河段為1-。如果設(shè)計河段較長,調(diào)查洪痕點較少，河段內(nèi)河底坡降及橫斷面的變化較大，不能由少數(shù)洪痕聯(lián)成直線確定水面比降時，一般用水面曲線法推求洪峰流量。常用計算方法

20、有試算法和圖解法（詳細(xì)計算可參見“洪水調(diào)查”一書）。根據(jù)假定水位及相應(yīng)流量點繪水位流量關(guān)系曲線。歡迎下載13附錄B設(shè)計斷面單一水位流量關(guān)系曲線的延長設(shè)計斷面河段均勻順直，河床比較穩(wěn)定，不受下游變動回水影響，其水位流量關(guān)系呈單水面比降、斷面特性的不關(guān)系時，可根據(jù)設(shè)計河段河道平面形態(tài)、河床特性、河道糙率、 同情況，分別選用以下一種或幾種方法。B1利用水位面積、水位流速關(guān)系曲線作高低水延長河床比較穩(wěn)定，水位面積、水位流速關(guān)系點子比較集中,曲線趨勢明顯的測站或斷面歡迎下載15,可順實測的水位流速關(guān),據(jù)此便可繪出延長部分河道順直、河床底坡平坦、斷面均勻穩(wěn)定的測站或斷面,視有無糙率、比降資料可用曼寧公式作

21、高水延長。B2.1有糙率和比降資料的測站或斷面可點繪水位與糙率關(guān)系曲線，并延長至咼水。選用咼水時的糙率n值與實測比降I,并由實測大斷面算得水力半徑R和面積A,代入曼寧公式：12/31/2R I n(B1)-ar2/3i1/2n(B2)計算高水時的流速 V、流量Q,據(jù)以延長水位流量關(guān)系曲線。對于寬深比(B / h )超過40的河槽可用平均水深 h代替水力半徑B2.2無糙率、比降資料的測站或斷面根據(jù)實測流量資料,用曼寧公式計算-11/2(即v/r2/3)值，并據(jù)以點繪Z - I1/2關(guān)系nn曲線，順趨勢沿平行于縱軸的方向延長至高水。再據(jù)實測大斷面資料，計算面積A,水力半徑R和AR2/3值，點繪Z

22、AR2/3關(guān)系曲線。按不同水位在曲線上分別查得相應(yīng)的-I1/2 和nar2/3值，以兩者乘積求得流量，據(jù)以延長水位流量關(guān)系曲線。可用此法。(1)根據(jù)實測的大斷面資料,繪制水位面積曲線。(2)根據(jù)高水的水位流速曲線常趨于同縱軸接近平行的直線系曲線趨勢向上或向下延長。(3) 以延長部分的各級水位的流速乘以相應(yīng)面積得相應(yīng)流量的水位流量關(guān)系曲線。B2用曼寧公式作高水延長B2.3 若高水漫灘，則主槽和漫灘部分應(yīng)分別計算流量進(jìn)行延長。B3用Q A、R曲線作高水延長斷面為單式河槽，無顯著沖淤，高水糙率和比降變化不大的測站或斷面，可用此法。B3.1根據(jù)實測大斷面資料，計算各級水位的 A. R值,并點繪Z A.

23、 R關(guān)系曲線。B3.2 根據(jù)實測部分的ZQ曲線和Z A、R關(guān)系曲線，查得各級水位的 Q、A. R值， 點繪Q A R關(guān)系曲線，并順趨勢按直線向上延長。B3.3 以不同的高水位 乙在Z A、R曲線上查得 A、. R值，再以 M R值在Q A R 曲線上查得相應(yīng) Q值，據(jù)以點繪在原水位流量關(guān)系曲線上，連成平滑的高水延長曲線。B3.4 對于寬深比(B / h )大于40的河槽，可用平均水深h代替水力半徑 RoB4以斷流水位為控制作低水延長當(dāng)需要作低水延長時，可用斷流水位為控制。根據(jù)河道、斷面及以情況確定斷流水位有下述三種方法：B4.1 根據(jù)水文站縱橫斷面資料確定：即以水文站下游淺灘或石梁的頂部高程作

24、斷流水位；若下游較長距離內(nèi)河底平坦，則以水尺斷面最低點高程作斷流水位。B4.2 分析法：當(dāng)斷面整齊，在延長水位變幅內(nèi)河寬變化不大 ，無淺灘、分流現(xiàn)象時，在曲線 中低水彎曲部分，從高向低依次取 a、b、c三點，使這三點的流量關(guān)系滿足 Q . Qa_QC，則斷流水位：7乙乙(B3)乙乙2Zb式中：Z0斷流水位，m;Za、Zb、Zc水位流量關(guān)系曲線上a、b、c三點的水位，m。以斷流水位和流量為零的坐標(biāo)(Zo, 0)為控制點，將水位流量關(guān)系曲線向下延長至需要的水位處。B4.3 圖解法:原理和使用條件與分析法相同。具體方法請參見SD244-87。歡迎下載19根據(jù)設(shè)計斷面（測站）所受主要水力因素影響不同以

25、及河道、斷面特性和外延幅度，選用其中相應(yīng)方法擬定并延長非單一性的水位流量關(guān)系曲線。C1受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系當(dāng)受洪水漲落影響水位流量關(guān)系呈繩套形狀的曲線，應(yīng)通過漲落率為零的實測點據(jù)或按校正因素法定出單一的綜合曲線后，再予以延長。C2受變動回水影響的水位流量關(guān)系受變動回水影響河道的水位流量關(guān)系可用定落差法（適用于河段內(nèi)各斷面比較均勻，河底平坦的站或斷面）和落差指數(shù)法（適用于河段順直，斷面和河槽基本穩(wěn)定，落差代表性好的 站或斷面）以及等落差法（適用斷面穩(wěn)定，用上下水尺斷面間的落差計算的比降能代表基本 水尺斷面處的水面比降）處理為單一線后，再予以延長。C3受沖淤影響的水位流量關(guān)系以沖淤發(fā)生時間的持續(xù)性分為經(jīng)常性沖淤和不經(jīng)常性沖淤；從沖淤前后縱橫斷面變化情況分為普遍沖淤和局部沖淤；還有在一次洪水過程中的沖淤變化。在有實測資料的河段，各種沖淤條件的流量計算，