规划设计 东北水利水电 ２０１０年第５期 【文章编号】１００２－－０６２４（２０１０）Ｏ５一ｏｏＯ８—０３ 亮甲山水库输水洞堰闸出流公式分析率定 曲鹏禄，王梁，周志华，韩良跃 （吉林省水文水资源局吉林分局，吉林省吉林市１３２０１３） ［摘要］本文通过分析对除险加固改造后的亮甲山水库输水洞出流流态进行了确定，其出流 流态为自由孔流；根据实测流量资料对输水洞自由式孔流出流经验公式进行了分析，当启闭高 小于等于ｏ．１７ ｍ时，输水洞出流量采用公式：Ｑ＝（０．６０—０．１７６ｅ／ｈｕ）ｂｅ、／ 推流；当启闭高大 于０．１７ ｍ小于等于Ｏ．３５ ｍ时，输水洞出流量采用公式：Ｑ＝（０．６７－０．１７６ｅ／ｈｕ）ｂｅ、／２ｇ札推流， 能满足水库防汛抗旱和水文资料整编要求。 ［关键词］输水洞；出流流态；出流公式；亮甲山水库 ［中图分类号］ＴＶ６７２￣．１ ［文献标识码］Ａ １工程概况 ２输水洞闸孔出流流态分析确定 亮甲山水库位于黑龙江流域拉林河水系卡岔河流域 ２．１按自由孔流公式计算 中上游，吉林省舒兰市亮甲山乡境内，该工程于１９６６年１０ １）经验流量系数确定： 月开始修建。枢纽工程由土坝、输水洞、正常溢洪道、非常 ＝０．６０—０．１７６ｅ／ｈｔ‘或ｕ＝ｆ 、／ ／ｈｕ 溢洪道四部分组成。输水洞为１．８ ｍ￣１．８ ｍ方洞，进口底 式中：￡‘一流量系数；ｆ一流速系数，ｆ＝卜０．０３ｅ／ｈｕ（取０．９７￣ 高程１９４．５０ ＩＴＩ，最大泄量１８．０ ｍＶｓ。坝左侧设有正常溢洪 １．００之间）； 一收缩系数；ｅ一启闭高；．Ｉｌｌ‘一水头。 道，净宽２１ ｍ，设有３孔弧形闸门，堰顶高程１９７．００ ｒｆｌ，最 ２）自由孔流公式： 大泄量６９０ ｍＶｓ；在坝的右端山体设非常溢洪道一处，底宽 Ｑ＝ｕｂｅ￣ Ｑ＝（０．６０－０．１７６ｅ／ｈｕ）ｂｅ＇Ｖｒ２ｇｈｕ一 ３０ ｍ，堰顶高程１９７．Ｏ０ ｍ，最大泄量６９０ ｍＶｓ。亮甲山水库 式中：Ｑ＿－流量；ｅ一启闭高； ｕ一上游水头；６一闸宽；ｇ－一９．８。 防洪标准为１００年一遇洪水设计，万年加成３０％洪水校核。 ３）查表得收缩系数（见表１）。 校核洪水位２０４．７０ ｎｌ，总库容１．９２５ｘ１０。ｍ３，它是以防洪除 袅１ ｅ／ｈ．８关系表 涝为主，结合灌溉、养鱼、兴利除害等综合利用的多年调节 ｅ／ｈｕ ８ ｅ／ｈｕ ８ ｅ／ｈｕ 水库。是吉林省８座大型水库之一。自建成以来效益显著， ０．６５０ ０．８Ｏ ０．７２０ 特别是在防洪除涝方面尤为突出，根除了卡岔河岸十年九 ０．６６０ Ｏ．８５ ０．７４５ 涝的局面。 ０．６７５ ０．９０ ０．７８０ 亮甲山水库在２００６年５月由国家投资进行除险加固 ０．６９Ｏ ０．９５ ０．８３５ 工程改造，原输水洞废除，在原输水洞右侧山体新开通一 ０．７０５ １．ｏｏ １．０００ 条输水洞。输水洞为２．２ ｒｅｘ２．２ ｎｌ方洞，进口设在非常溢 ４）收缩断面水深： 洪道子堤左侧，进口高程１９４．５Ｏ ｍ，出口高程１９４．２０ ｒｒｌ，洞 ｈｅ＝６ｅ 长１９６ ｒｎ，设计最大泄量１８．０ ｍＶｓ，闸门为平底闸，设在输 式中：ｋ一收缩水深：ｅ一启闭高。 水洞出口处。除险加固工程于２００７底完成，新输水洞于 ５）收缩断面流速： ２００８年启用。为了作好水库的防汛调度和运行管理，吉林 Ｖｃ＝Ｑ／（ｂｈｃ） 省水文水资源局吉林分局对输水洞出流型态进行了分析 式中： 一收缩流速；Ｑ一流量；６一闸宽；．Ｉｌｃ一收缩水深。 确定，对输水洞出流公式进行了分析率定，为水库运行调 ６ 计算下游淹没与自由临界水深： 度提供了科学的依据。 ｈｃ ＝ｈｃ／２［＠／（ｇｋ一１）】。 ・８・ ２０１０年第５期 东北水利水电 规划设计 ２．２输水洞出流流态分析计算 １）输水洞出流流态计算过程采用ＢＡＳＩＣ语言程序进 行分析。计算结果见表２。 表２输水洞出流流态分析计算 通过表２对照分析，因下游导流墙最高在２．００ ｍ左 右，闸下水深最深不能超过１．７０ ｍ，水位按１９９．００ ｍ、启闭 高按０．３０ ｍ时算得下游淹没水深只在１．７２ ｍ左右，１．７０ ｍ＜１．７２ ｍ，ｈｔ＜ｈｃ”为自由孔流。 ２）根据１５次实测流量的水位与计算临界水位比较， 见 表３。 表３输水洞出流流态分析计算 根据１５次实测流量的闸下水位与计算临界水位比较 可见，闸下水位均小于等于自由与淹没临界水位，因此，输 水洞出流流态为自由孔流。 ３输水洞自由式孔流出流经验公式分析率定 根据自由式孔流出流公式：Ｑ＝ｕｂｅ、／ ，流量系数 采用ｕ＝０．６０－０．１７６ｅ／ｈｕ，计算不同开启高度出流量，并与 １５次实测流量进行对比分析，见表４。 表４经验公式推流分析表 从表４分析计算可见：启闭高小于或等于０．１７ ｍ时， 用经验公式推求的流量与实测的８次流量进行对比分析， 最大误差４．９％，系统误差为０．５％；当启闭高大于０．１７ ｍ 时，用经验公式推求的流量与实测的７次流量进行对比分 析，系统偏小１０．７％。 经实地查勘分析得知：造成当闸门启闭高大于等于 Ｏ．２０ ｍ时，出库流量偏大的原因是闸门上边缘开始漏水并 逐渐增大，因此造成用经验公式推得流量比实测流量系统 偏小１０．７％，偏小量系闸门上边缘漏水量。通过用１５次流 量点绘临时相对高（ｅ／ｈｕ）与流量系数（ｕ）的曲线进行分析， 见图１。 Ｓ 《 垤 葭 流量系数 图１亮甲山水库输水洞相对高与流量系数图 ・９・ 规划设计 东北水利水电 ２０１０年第５期 图１最大流量系数大约为０．６７，故将原经验系数公式 大误差－４．７％，系统误差为－０．５％。 ｕ＝Ｏ．６０－０．１７￣／ｈｕ修改为ｕ＝Ｏ．６７－０．１７６ｅ尼“。采用修改后 ４结语 公式推得的当启闭高大于０．１７时计算的流量与实测流量 对比分析。见表５。 分析结果表明：当启闭高小于等于Ｏ．１７ ｍ时．输水洞 表５修改经验系数后经验公式推流分析表 出流量采用公式：Ｑ＝（０．６０—０．１７￣ｕ）ｂｅ、／至 推流；当 启闭高大于Ｏ．１７ ｍ小于等于Ｏ．３５ ｍ时，输水洞出流量采 用公式：Ｑ＝（０．６７－ｏ．１７￣ｕ）ｂｅ、／芝 推流，能满足水库 防汛抗旱调度和水文资料整编要求。 由于率定期间，闸门最大启闭高０．３５ ｍ，并且启闭高 大于Ｏ．３５ ｍ时，闸门是否漏水不清楚，因此，以上两个率定 公式，只是在特定的条件下使用，当出现启闭高大于Ｏ．３５ ｍ时需要对输水洞出流进行分析率定。 通过表４分析计算可见：当启闭高大于Ｏ．１７ ｍ小于 【收稿日期】２ｏ０９—０８—３０ 等于０．３５ ｍ时。流量系数采用“＝（Ｏ．６７－０．１７６口 时，用 ［作者简介］曲鹏禄（１９６２一），男，吉林省吉林市人，工程师，从事 经验公式推求的流量与实测的７次流量进行对比分析，最 水文水资源勘测管理研究工作。 （上接第４页） 和度较高。干密度偏低。局部呈软塑状态。 灌浆存在问题，建议在该段采用混凝土防渗墙。 ３）通过地勘资料可以看出，溢洪道右导流墙外存在绕 ２）虽然０＋０００－－０＋３５０ ｍ段是严重透水段，但考虑到 渗问题。 一定的地下水汇流影响。应适当延长混凝土防渗墙的长 ４）白山水库大坝基本上是从平地筑起。坝基第四系松 度。建议延长到０＋４５０＂－０＋５００段ｍ。 散层中的②层角砾、圆砾及砂局部夹粘土、③层园砾层及 ３）在０＋４５０，０＋５００＂－０＋８００ ｍ段可采用高喷灌浆帷幕。 ④层碎石粘性上均为透水层。坝基未进行任何防渗处理， ４）由于溢洪道及溢洪道右导流墙外存在绕渗问题，故 渗漏主要发生在这些部位。 可采用灌浆帷幕的加固措施。 ５）０＋Ｏｏｏ￣０＋３５０ ｍ段，地层岩性主要为第四系冲洪 ５）由于整个坝基渗漏非常严重，因此，建议防渗墙底 积而成的角砾、砾砂及角砾粘性土，为强透水岩层。在较大 部深入基岩１．０ ｍ。 洪峰期间（１９６２年、１９９４年）出现的严重渗水现象绝大部分 ６）考虑到工程造价太高，可以考虑采用薄墙；上游边 集中在该地段。严重渗水将细颗粒物质带走，透水加强，故 坡在加固前后，安全系数始终较大。防渗墙承受土体剪力 该地段为严重透水段。 较小；坝体上游水头较小，承受的水流冲击力相对较小。建 ６）０＋３５０￣ｏ＋７７Ｏ ｍ段，两次洪峰期及现在虽有渗水 议防渗墙厚度为５０ ｃｍ。但具体厚度必须和施工方的施工 问题存在，但该层星中密一密实状态，其透透系数小于１０ｔ 机械和施工技术以及施工难度相联系。 ｃｍ／ｓ，由于透水相对较弱，该段漏水为中等渗漏。 ［参考文献］ ７）０＋２ｏｏ￣ｏ＋３ｏｏ ｍ之间地下水位较低，说明两方面 问题：该段地基渗透性很强，渗漏严重；其他坝段很可能向 ［１］毛昶熙．渗流计算分析与控制［Ｍ］．ｊ匕京：中国水利水电 该坝段形成汇流。 出版社，２００３． ８）通过２号钻孔显示，０＋Ｏｏｏ—Ｏ＋３５０ ｍ段水具一定 ［２］陈祖煜．土质边坡稳定分析：原理・方法・程序［Ｍ］．北 的承压性，并且很可能有地下渗漏通道。 京：中国水利水电出版社，２００３． ［３］董哲仁．堤防除险加固实用技术［Ｍ］．北京：中国水利水 ７方案优化建议 电出版社。１９９８． 通过以上的结论分析得出以下几点除险加固【３】优化 建议： １）在０＋ｏｏＯ￣０＋３５０ ｍ段采用灌浆存在一些问题：不仅 【收稿日期】２００９—１１一ｏ６ 耗浆量大，并且有可能灌不住；即使采用粘土一水玻璃浆液 ［作者简介］杨清平（１９７４－）．男，讲师，从事大坝监洲和水工结构 或水泥一水玻璃液也不一定起到效果，而且造价昂贵。基于 数值计算方面的研究。 ・】０・
