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        基于VB語(yǔ)言的調(diào)洪演算計(jì)算程序的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用*

        2021-06-30 10:43:22張樹(shù)茂
        現(xiàn)代礦業(yè) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:概化調(diào)洪過(guò)程線

        張樹(shù)茂

        (礦冶科技集團(tuán)有限公司)

        金屬和非金屬礦山開(kāi)采出的礦石經(jīng)過(guò)選礦后產(chǎn)生的尾礦需排放至尾礦庫(kù)進(jìn)行堆存。隨著礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā),尾礦庫(kù)的堆壩高度越來(lái)越高,匯水面積越來(lái)越大,尾礦庫(kù)繼而形成了一個(gè)高位泥石流危險(xiǎn)源,尤其是在雨季,庫(kù)區(qū)水位上漲,如果不能滿(mǎn)足調(diào)洪演算的要求,尾礦庫(kù)將面臨諸多風(fēng)險(xiǎn),甚至引發(fā)潰壩[1-3]。因此,對(duì)尾礦庫(kù)開(kāi)展洪水計(jì)算及調(diào)洪演算至關(guān)重要,而傳統(tǒng)算法計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng),精度相對(duì)較低。為此,本文采用Visual Basic語(yǔ)言[4],自主開(kāi)發(fā)了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的調(diào)洪演算計(jì)算程序,利用曲線插值、反復(fù)迭代的算法,實(shí)現(xiàn)了洪峰計(jì)算、洪水過(guò)程線推算、小流域、h差精細(xì)調(diào)洪演算的功能,且應(yīng)用前景廣闊。

        1 計(jì)算原理介紹

        1.1 洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863—2013)[5]的規(guī)定,尾礦庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

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        1.2 洪水計(jì)算

        該程序洪峰流量采用概化推理公式計(jì)算,即

        式中,Qp為設(shè)計(jì)頻率p的洪峰流量,m3/s;Sp為頻率為p的暴雨雨量,mm;F為壩址以上的匯水面積,km2;L為由壩址至分水嶺的主河槽長(zhǎng)度,km;m為匯流參數(shù);J為主河槽的平均坡降;μ為產(chǎn)流歷時(shí)內(nèi)流域平均入滲率,mm/h;A、B、C、D為最大洪峰流量計(jì)算指數(shù);τ為流域匯流歷時(shí),h;n為暴雨遞減指數(shù)(當(dāng)τ≤1時(shí),n=n1;當(dāng)τ>1時(shí),n=n2)。

        洪水總量按下式進(jìn)行計(jì)算

        式中,W24p為歷時(shí)24 h頻率p的洪水總量,m3;a24p為與歷時(shí)24 h相對(duì)應(yīng)的洪峰徑流系數(shù);H24p為歷時(shí)24 h頻率p的降雨量,mm;F為流域匯流面積,km2。

        1.3 洪水過(guò)程線推算

        小流域的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線多簡(jiǎn)化為某種形式[6],常用的有三角形概化過(guò)程線和五點(diǎn)概化過(guò)程線。三角形概化過(guò)程線計(jì)算簡(jiǎn)便,但洪峰過(guò)分集中可能脫離實(shí)際情況。該程序采用五點(diǎn)概化過(guò)程線進(jìn)行推算,計(jì)算原理見(jiàn)圖1。

        計(jì)算公式如下:

        式中,tA為主峰概化過(guò)程線的起點(diǎn)時(shí)程坐標(biāo);tF、to、tG分別為Qa、Qp、Qb的時(shí)程坐標(biāo);tB為主峰概化過(guò)程線的終點(diǎn)時(shí)程坐標(biāo);Ka、Kb、KT、Kw為過(guò)程線的形狀特征系數(shù)。

        1.4 泄流能力計(jì)算

        對(duì)于排水井+排水隧洞型式,泄流能力計(jì)算公式如下。

        自由泄流:

        式中,Q為泄流量,m3/s;nc為同一個(gè)橫斷面上排水口的個(gè)數(shù);m為堰流量系數(shù);ε為側(cè)向收縮系數(shù);bc為一個(gè)排水口的寬度,m;Hy為溢流堰泄流水頭,m。

        水位淹沒(méi)井口:

        式中,Q為泄流量,m3/s;φ為孔口流量系數(shù);ωs為井口水流收縮斷面面積,m2;Hj為井口泄流水頭,m。

        半壓力流:

        式中,Q為泄流量,m3/s;Fs為排水管入口水流收縮斷面面積,m2;H為計(jì)算水頭,m;λj為排水井沿程水頭損失系數(shù);L為排水井內(nèi)管頂以上的水深,m;d為排水井內(nèi)徑,m;ξ2為排水管入口局部水頭損失系數(shù);ξ3為排水井中水流轉(zhuǎn)向局部水頭損失系數(shù);ξ4為排水井進(jìn)口局部水頭損失系數(shù);ξ5為框架局部水頭損失系數(shù);。

        壓力流:

        式中,Q為泄流量,m3/s;Fx為排水管下游出口斷面面積,m2;Hz為計(jì)算水頭,m;λg為排水管沿程水頭損失系數(shù);L為排水管計(jì)算管段的長(zhǎng)度,m;D為排水管計(jì)算管段的內(nèi)徑,m;ξ為排水管線上的局部水頭損失系數(shù);ξ2為排水管入口局部水頭損失系數(shù);ξ3為排水井中水流轉(zhuǎn)向局部水頭損失系數(shù);ξ4為排水井進(jìn)口局部水頭損失系數(shù);ξ5為框架局部水頭損失系數(shù);;。

        明渠流:

        式中,A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;C為謝才系數(shù)。

        1.5 水量平衡計(jì)算

        尾礦庫(kù)調(diào)洪演算依據(jù)洪水過(guò)程線、排水構(gòu)筑物的泄水量以及調(diào)洪庫(kù)容關(guān)系曲線,通過(guò)水量平衡計(jì)算求得。尾礦庫(kù)內(nèi)任一時(shí)段△t的水量平衡方程式為:

        式中,Qs、Qz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的來(lái)洪流量,m3/s;qs、qz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的泄洪流量,m3/s;Vs、Vz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的蓄流量,m3。

        2 程序運(yùn)行界面

        該程序依托Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),采用Windows界面輸入,十分方便直觀,只需輸入一些簡(jiǎn)單的參數(shù),便可快速輸出結(jié)果。結(jié)果視圖可平移、縮放、復(fù)原,并可將計(jì)算結(jié)果以數(shù)據(jù)文件形式進(jìn)行保存,方便查看,具有輸入、輸出可視化,界面友好,計(jì)算速度快,精度高,準(zhǔn)確性強(qiáng)等特點(diǎn)。洪水計(jì)算和調(diào)洪演算運(yùn)行界面見(jiàn)圖2。

        3 實(shí)際工程應(yīng)用

        某尾礦庫(kù)匯水面積5 km2,主河槽的平均坡降0.08,主河槽長(zhǎng)4.2 km,24 h平均降雨量120 mm,n1=0.55,n2=0.75,Cv=0.55,Cs=3.5Cv,排洪系統(tǒng)采用排水井+隧洞形式,排洪系統(tǒng)泄流能力曲線見(jiàn)圖3,調(diào)洪庫(kù)容曲線見(jiàn)圖4。

        結(jié)合已知參數(shù),在程序界面簡(jiǎn)單輸入,即可快速完成計(jì)算并實(shí)時(shí)輸出結(jié)果,計(jì)算及結(jié)果輸出過(guò)程見(jiàn)圖5。

        4 結(jié)語(yǔ)

        傳統(tǒng)的調(diào)洪演算計(jì)算方法每一時(shí)段都需要經(jīng)過(guò)大量的假定、試算、反復(fù)迭代過(guò)程,計(jì)算工作量很大,最后還要整理計(jì)算結(jié)果并繪制相關(guān)曲線,工作量大,效率較低。該程序基于Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),提供了簡(jiǎn)捷的操作界面并可實(shí)時(shí)輸出結(jié)果圖形及數(shù)據(jù)文件,使用計(jì)算機(jī)即可完成上述繁瑣復(fù)雜的洪水計(jì)算及調(diào)洪演算工作,具有輸入、輸出可視化,界面友好,計(jì)算速度快,精度高,準(zhǔn)確性強(qiáng)等特點(diǎn),節(jié)省了大量的人力,具有較好的應(yīng)用前景。

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