施工導(dǎo)流聯(lián)合泄流計(jì)算模型及導(dǎo)流方案風(fēng)險(xiǎn)分析

1、施工導(dǎo)流聯(lián)合泄流計(jì)算模型及導(dǎo)流方案風(fēng)險(xiǎn)分析甄紅鋒 1 柴換成 2(1. 2. 山東水利職業(yè)學(xué)院 山東 日照 276826 )摘 要： 通過(guò)分別研究明渠導(dǎo)流、隧洞導(dǎo)流以及壩體缺口導(dǎo)流的水力 計(jì)算，提出切實(shí)可行的聯(lián)合泄流水力計(jì)算模型。在施工導(dǎo)流系統(tǒng)聯(lián)合泄流 能力的計(jì)算基礎(chǔ)上，采用 Monte-Carlo 方法，模擬施工期洪水入庫(kù)過(guò)程和 導(dǎo)流建筑物的泄流工況，用系統(tǒng)仿真方法進(jìn)行施工洪水調(diào)洪演算得到堰前 水位的隨機(jī)樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)聚類(lèi)分析確定導(dǎo)流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)例驗(yàn)證說(shuō) 明，施工導(dǎo)流聯(lián)合泄流水力計(jì)算以及風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算模型是可靠的、 適用的。關(guān)鍵詞： 施工導(dǎo)流；聯(lián)合泄流；風(fēng)險(xiǎn)分析； Monte-Carlo

2、方法；聚類(lèi) 分析分類(lèi)號(hào) : TV6Computational Model for Joint Discharge and Risk Analysis ofConstruction Diversion Schemes1Hongfeng Zhen ， Huancheng Chai( 1. 2. Shandong Water Polytechnic, Rizhao, 276826)Abstract: Through the separate analysis of channel diversion 、 tunnel diversion and dam gap discharge, this pap

3、er establishes the computational model for joint discharge during construction by applying the hydraulic computation theory. On the joint dischargebasis of construction diversion system, using the Monte-carlo method to simulate the flood and discharge process, the risk model analyses the distributio

4、n of the flood level in front of the cofferdam and dynamic risk under different diversion standard by flood routing model and the cluster analysis model. The case study institutes that the computational model for joint discharge and risk analysis model of construction diversion schemes are reasonabl

5、e and effective.Key words: construction diversion; joint discharge; risk analysis; Monte-Carlo method; cluster analysis1. 引言 施工導(dǎo)流工程是風(fēng)險(xiǎn)工程，在進(jìn)行導(dǎo)流方案確定、導(dǎo)流方式選擇、設(shè) 計(jì)優(yōu)化時(shí)，工程的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)作為一個(gè)指標(biāo)參與決策，所以如何確定施工導(dǎo)流 工程的綜合風(fēng)險(xiǎn)就顯得十分重要。目前，施工導(dǎo)流工程中所存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn) 題己經(jīng)引起廣泛的重視，并將風(fēng)險(xiǎn)與導(dǎo)流標(biāo)淮 1 的選擇聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行研究。 而進(jìn)行施工導(dǎo)流工程風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算的前提是首先針對(duì)導(dǎo)流工程不同導(dǎo)流時(shí) 段其不同導(dǎo)流方式和

6、導(dǎo)流建筑物的組合進(jìn)行聯(lián)合泄流水力計(jì)算 2 。本文闡述了一種廣泛適用的聯(lián)合泄流計(jì)算原理，提出了切實(shí)可行的聯(lián) 合泄流水力計(jì)算算法，提高水力計(jì)算的速度和精度。在聯(lián)合泄流水力計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用 Monte-Carlo方法對(duì)土石圍堰擋水導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，利用Monte-Carlo方法模擬施工洪水過(guò)程和導(dǎo)流建筑物泄流工況，通過(guò)系統(tǒng) 仿真進(jìn)行施工洪水調(diào)洪演算，對(duì)得到的上游堰前水位分布進(jìn)行聚類(lèi)分析， 從而確定在不同的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)條件下圍堰運(yùn)行的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。2.施工導(dǎo)流聯(lián)合泄流水力計(jì)算模型1國(guó)內(nèi)外水利水電導(dǎo)流工程實(shí)踐表明，無(wú)論是土石壩樞紐，還是混凝土 壩樞紐，施工導(dǎo)流過(guò)程中，一般都是幾個(gè)導(dǎo)流建筑物聯(lián)合泄流?；炷翂?

7、施工后期的導(dǎo)流渡汛，往往采用壩體預(yù)留缺口和底孔泄流方式；在峽谷地 區(qū)進(jìn)行水電工程施工導(dǎo)流時(shí)，常需要采用隧洞群的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞還會(huì) 遇到多層、多條群洞聯(lián)合泄流，同一洞不同時(shí)期或不同洞同一時(shí)期可能同 時(shí)存在有壓、半有壓、無(wú)壓的復(fù)雜局面。2.1明渠導(dǎo)流水力計(jì)算模型明渠泄流時(shí)，水流可能呈均勻流或非均勻流 3 4。明渠均勻流的水流保 持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可采用謝才公式Q AC . Ri計(jì)算。人工渠道的水工流絕大部 分是明渠恒定非均勻流。對(duì)于漸變流水面線(xiàn)的計(jì)算采用分段求和法。2.2隧洞導(dǎo)流水力計(jì)算模型隧洞泄水能力曲線(xiàn)時(shí)是按已知流量Q推求上游水位H。作者簡(jiǎn)介：甄紅鋒（1973 ）,男，碩士在讀，山東巨野人，從

8、事水利工程施工與水力學(xué)的教學(xué)研究工作。柴換成（1980 ）,男，學(xué)士，甘肅天水人，從事水利工程施工與水利工程管理的教學(xué)研究工作。(1)式中，s為淹沒(méi)系數(shù)，當(dāng)H 1.25He時(shí)取1.0，當(dāng)H 1.25He時(shí)，由H H確定，Ak. Hk ；He為隧洞進(jìn)口內(nèi)的收縮水深；B為臨界水深以下斷面平均寬度，流量系數(shù)m由進(jìn)口體形確定。(2)隧洞半有壓流時(shí)上游水位計(jì)算半有壓短洞上游水位H 0.05102 Q AdZup半有壓長(zhǎng)洞上游水位：H 0.05102 Q AdZdown(3)(3)隧洞有壓流時(shí)上游水位計(jì)算壓 淹 沒(méi) 流H 0.05102 Q. AdZdown(4)壓 自 由 出 流H 0.05102 Q

9、AdZdown(5)2.3缺口泄流水力計(jì)算模型缺口泄流，當(dāng)堰頂長(zhǎng)度l與水頭H的關(guān)系在區(qū)間(2.5H,20H)時(shí)，按如下寬頂堰公式計(jì)算:QmB.2gH：/26)式中， B 為過(guò)水寬度； H0 為缺口底檻以上上游水頭； 為側(cè)收縮系數(shù)；m為流量系數(shù)；為淹沒(méi)系數(shù)，當(dāng)自由出流時(shí)，取1.0，當(dāng)淹沒(méi)出流時(shí)，可查寬頂堰淹沒(méi)系數(shù)表得到。2.4 聯(lián)合泄流水力計(jì)算模型 5無(wú)論是隧洞群聯(lián)合導(dǎo)流還是缺口與底孔聯(lián)合導(dǎo)流， 在已知總泄流量和 下游水位的情況下， 任何泄水建筑物聯(lián)合泄流必須同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：nQQi (i 1,2, ,n)i1Z Z1 Z2Zn(7)式中，Qi為同一上游水位下，一個(gè)泄流建筑物的泄流量；Z為上游水位。N個(gè)泄水建筑物聯(lián)合導(dǎo)流泄流能力計(jì)算步驟：(1) 根據(jù)原河床壩址處天然水位流量關(guān)系，先擬定 a個(gè)下游水位Hdown，用插值法找到相對(duì)應(yīng)的a個(gè)流量Qi (i 1,2, a)。(2) 求出各建筑物對(duì)應(yīng)每一級(jí)流量 Qi的上游水位的