罗圈背水库死水位的复核计算与分析

罗圈背水库死水位的复核计算与分析 第27卷第2期 2OO7年4月 农业与技术 Aculture&Technology Vo】.27No.2 Apt.2OO7?98? 罗圈背水库死水位的复核计算与分析 李松林文华 (东港市水利局,辽宁东港118300) 【摘要】罗图背水库原设计的死水位为输水洞洞底高程,根据辽宁省大中型水库除险加固初 步设计大纲规定,复核死水住, 要根据防洪,发电,灌溉,供水,渔业,旅游及生态环境对最低水位的要求,经过综合分析论证后 确定死水位.本文假定罗圈背 水库输水洞放出的流量等于灌溉设计流量,通过已知的灌溉流量反推水库对应的水位即为 满足灌溉所需的最低水位. 【关键词】罗圈背水库;死水位;复核计算;水头损失 中图分类号:1,,697.1文献标识码:B 水库的死水位是指在正常运行的情况下,允 许消落的最低水位.在对水库进行规划设计时首 先要确定死水位,然后进行调节计算,求得兴利 库容和正常蓄水位,以灌溉为主的水库的死水位 选择,主要取决于灌溉引水高程的需要及泥沙淤 积的需要两个因素.自流灌溉对引水渠首的水面 如图A点,这个高程可根据 高程有一定的要求, 灌区控制高程及引水渠的纵坡和渠道长度推算而 得,也就是水库放水建筑物的下游水位.根据放 水建筑物的型式(有压涵管或无压隧洞)进行水 力学计算,推求维持放水建筑物泄放渠道设计流 量的最小水头Hmi,加上A点高程,就得水库死 水位.泥沙淤积问题也是计算水库死水位得主要 因素之一,对于一般泥沙不太严重的河流,可用 死库容作为淤积库容,淤积库容可能大于自流引 水所需要的死库容,这时应选取两者中的较大者 作为死库容,其相应的水位就是死水位. l基本情况 罗圈背水库是一座以灌溉,防洪为主,兼顾 发电,养鱼等综合利用的中型水库,总库容5406 万m3,是东港市西部地区重要灌溉水源之一. 2000年被列入中型病险水库,根据辽宁省大中型 病险水库除险加固初步设计大纲中规定,复核死 水位,要根据防洪,发电,灌溉,供水,渔业, 旅游及生态环境对最低水位的要求,水库淤积条 件及排沙措施等方面提出技术经济比较结果,经 过综合分析论证后确定死水位.罗圈背水库原设 计死水位为输水洞洞底高程死=65.40m,即水 库输水洞不能放水时的水位为死水位.根据省水 利厅专家组对罗圈背水库初步设计报告的审查意 见,罗圈背水库死水位的确定应保证灌溉期间设 计流量对最低水位的要求. 假定罗圈背水库输水洞放出的流量等于灌溉 设计流量,通过已知的灌溉流量反推水库对应的 水位即为满足灌溉所需的最低水位.罗圈背水库 设计灌溉面积7.34万亩,灌溉用水量最大为泡天 ? 99?2007年4月农业与技术Vo1.27No.2 期间,在5月下旬共计II天,泡田期灌溉定额 I10m3/亩,经计算泡田期间灌溉设计流量8.47m3/ So 2水头损失计算 2.1水轮机蜗壳内部水头损失 输水洞放出的水需要经过电站水轮机用于发 电后才能进行灌溉.罗圈背水库输水洞进口为混 凝土圆型结构,直径2.5m;电站引水管管径 2.0m,管底高程为58.0m;发电机组4台.本次 水库加固水轮机初步选取的型号为HL(F13)一 wJ一60,水轮机设计水头24m,额定效率90.3%. 根据输水洞设计灌溉最小流量8.47m3/s,计 算输水洞进水口至水轮机出水口的水头损失.水 轮机蜗壳内部水头损失分为局部和沿程损失,计 算比较复杂,本次按照水轮机效率计算水头损失. 考虑为保证下游灌溉最小流量要求,将水轮机假 设为空转条件下计算内部水头损失,即在水轮机 不发电的情况下,只考虑水头在蜗壳内部的损失. 水轮机设计水头h=24m,额定效率为T)=90.3%, 可以得知9.7%的水头损失在蜗壳内部,即为水 头损失.H蜗=h×(1一T7)=24×O.O97= 2.33m. 2.2洞体水头损失 洞体水头损失分为局部水头损失和沿程水头 损失,经过计算输水洞局部水头损失H局= 1.97m,沿程水头损失H沿=O.41m.输水洞总水 头损失为局部水头与沿程水头损失之和.VH总= }+}+}=1.97+O.41+2.33=4.71m. 3水库下游灌溉干渠水位计算 当渠道过流量为8.47m3/s时,计算干渠的水 位.干渠渠底高程为57.59m,渠底宽为5m,边 坡左岸为1:2,右岸为1:2,渠顶高程60.60m, 糙率n=0.03. 假设水深为h,按照下面明渠流量公式计算. Q:ACC:RR:一A nx 经过试算,当灌溉干渠水深h=1.73m,相应 干渠水位渠=57.59+1.73=59.42m. 4水库上游水面与隧洞出口底板高程差的 初步计算 假设输水管为有压流,有压流隧洞圆形断面, 泄流能力按下式计算: Q=?~/2g(To—h.) 式中:流量系数 隧洞出口断面面积?=4×3.14×0.3×0.3= 1.13m2 T0一上游水面与隧洞出口底板高程差 一隧洞出口断面高程 h隧洞出口断面水流的平均势能hp=O.5a+p/ 隧洞出口为水轮机尾水管出口,为淹没出流, 此时hp=h.所以hp=1.66m ~.]2gli/??+??+厶) 式中:t;i一局部能量损失系数,与之相应的流速 所在断面面积为. li一隧洞某一断面的长度,相应断面积,水利 半径为Ri,谢才系数Ci. 经过计算=O.98,当流量等于8.47m3/s时,计 算上游T0.解得To=4.06m 输水洞底高程与下游水位总水头差为死一 渠=65.40—59.42=5.98m,因此可知,当流量 Vo1.27No.2农业与技术2007年4月?100? 为8.47m3/s时,输水管路内不能产生有压流,只 能产生无压流.管路损失水头为4.71m,净水头 为5.98—4.71=1.27m.所以只要输水洞过流量满 足灌溉要求的8.47m3/s时,对应的上游水位即为 所求的死水位. 5死水位的确定 根据上述计算,当输水洞过流量为8.47m3/s, 计算上游水头.假设上游水位低于输水洞顶高程, 按照无压隧洞短洞流量计算水头. Q=m~/TgHo 式中:Q_-过流量Q=8.47m3/s Il广流量系数m=0.32一O.36取m=O.35 淹没系数自流出流时d=1.0 Hs0_-以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水 头 b-_过水断面宽度,当过水断面为非矩形时,b= ~ok/hk hk一临界水深 cok一相应于hk时的过水断面面积 临界水深计算过程如下: 由公式?詈×=1…8.472;=..74 查《水利计算》附图(I)临界水深求解图 (5),hk/D=O.86, 所以hk=O.86×D=O.86×2.5=2.15m 根据hk/D=O.86,查图(Page405)O~,l,/am= O.76 所以”,l【=D×O.76=1/4×3.14×2.5× 0.76:3.73m2 所以b=叫k/hk=3.73/2.15=1.74m 解得Ho=2.14m,死水位死=输水洞底+H0 =65.40+2.14=67.54m , 查罗圈背水库水位一库容曲线,当水位为 67.54m时,相应死库容v死=255万m3.由于水 库上游水土保持较好,水库泥沙淤积量较小,淤 积库容远远小于满足灌溉要求的最小库容,因此 确定死库容V死=255万m3.原设计死水位V死= 65.40m,相应死库容93万m3,死库容比原设计 增加162万m3. 6结语 罗圈背水库死水位计算的重点和难点是水轮 机蜗壳内部的水头损失,本次计算采用水轮机效 率折减法计算蜗壳内部水头损失,如果蜗壳内部 水头损失也分别计算局部和沿程水头损失,计算 十分困难.原设计死水位时把输水洞底高程作为 死水位,即水库不能放空时对应的库容为死库容, 按照死库容的准确定义是有一定出入的. 参考文献 [1]袁作新.水利计算.水利电力出版社,1987.6,第一版 作者简介:李松(1975一),男,毕业于沈阳农业大学水利学院,学士学位,水利工程师,东港市水 利 勘测设计院,现从事水利工程规划设计工作.