一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法，首先根据淤地坝的设计规模，提取所述淤地坝的基本参数；根据所提取的基本参数，计算获得工程投资G工程随放水涵洞底高y的变化率dG工程/dy；根据所述淤地坝的设计年效益xi、年淤积厚度Δhi，计算得到坝地效益年增量变化‑xi+1/Δhi；根据所述淤地坝的年水损失负效益增量cui、年淤积厚度Δhi，计算得到年水损失效益变化cui+1/Δhi；逐渐增大放水涵洞底高y值，得出一系列的xi+1/Δhi+cui+1/Δhi值，将其与‑dG工程/dy进行比较，当两者相差最小时，对应的y值即为所确定的放水涵洞底高。该方法能够有效降低涵洞、卧管、竖井、泄水陡槽等关键放水建筑物的工程投资，使淤地造田效益不降低，减少初期蓄水无效蒸发负效益，达到拦泥不减水的目的。

A confirmation method of water-saving dam culvert location

【技术实现步骤摘要】
一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法
本专利技术涉及淤地坝
，尤其涉及一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法。
技术介绍
淤地坝是黄土高原地区治理沟道侵蚀的一种有效措施，既能滞洪拦沙，控制水土流失，又能淤地造田，保证粮食增产，因而在黄土高原地区应用广泛。淤地坝一般由“两大件”或“三大件”组成。“两大件”是指坝体和放水建筑物，或者是坝体和溢洪道；“三大件”是指坝体、放水建筑物和溢洪道。“两大件”及“三大件”淤地坝一般都设有放水涵洞，放水涵洞位于坝体内，排水进口接卧管或竖井，放水涵洞的主要作用是排除淤地坝内拦蓄的洪水，确保淤地坝安全，调节洪水过程，消减洪峰流量，同时使坝地作物尽可能的保收。放水涵洞一般位于坝体下部、沟底以上，涵洞位置的高低直接影响着工程造价、坝地发挥效益的年限，此外通常被忽视的是初期蓄水无效蒸发的负效益，因而放水涵洞是淤地坝设计的关键问题。“两大件”和“三大件”淤地坝的总使用年限是一定的。放水涵洞位置较低，则涵洞、卧管(或竖井)、涵洞下游出口排水陡槽都较长，工程量和投资都较大，但在淤地坝使用年限内较早的放空库内洪水，确保坝地能较早的耕种和保收，受益较早，同时坝库内初期蓄水无效蒸发损失量也较小，因而多年累积效益较大；相反，如果放水涵洞位置较高，涵洞、卧管(或竖井)、涵洞出口排水陡槽相应也较短，工程量及投资都较低，但在淤地坝使用年限内不能较早的放空库内洪水，坝地耕种及保收也较晚，受益较晚，同时造成库内初期蓄水无效蒸发损失量也较多，排向下游河道的水量减少，因而多年累积效益较小，而现有技术方案中并没有明确提出放水涵洞在坝体中竖向位置的确定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法，该方法能够有效降低涵洞、卧管、竖井、泄水陡槽等关键放水建筑物的工程投资，使淤地造田效益不降低，减少初期蓄水无效蒸发负效益，达到拦泥不减水的目的。一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法，所述方法包括：步骤1、根据淤地坝的设计规模，提取所述淤地坝的基本参数；其中，所述基本参数包括竖井或卧管底坡坡率m1、上游坝坡坡率m2’、下游坝坡坡率m2”、陡槽坡率m3，以及竖井或卧管单位长度造价ps、放水涵洞单位长度造价ph、陡槽的单位长度造价pd；步骤2、根据所提取的基本参数，利用公式计算获得工程投资G工程随放水涵洞底高y的变化率dG工程/dy；步骤3、根据所述淤地坝的设计年效益xi、年淤积厚度Δhi，计算得到坝地效益年增量变化-xi+1/Δhi；步骤4、根据所述淤地坝的年水损失负效益增量cui、年淤积厚度Δhi，计算得到年水损失效益变化cui+1/Δhi；步骤5、逐渐增大放水涵洞底高y值，得出一系列的xi+1/Δhi+cui+1/Δhi值，将其与-dG工程/dy进行比较，当两者相差最小时，对应的y值即为所确定的放水涵洞底高。所述步骤2的过程具体为：工程投资G工程的计算公式为：G工程＝G0+Gx；其中，G0为坝体、溢洪道及其他工程投资，对于某一具体淤地坝来说G0是定值，不随放水涵洞底高y而改变；Gx为竖井或卧管、放水涵洞、陡槽、消力池的投资，具体表示为：Gx＝Gs+Gh+Gd+Gq；其中，Gs为竖井或卧管；Gh为放水涵洞投资；Gd为陡槽投资；Gq为消力井、消力池投资，设为常量；进一步的，Gs＝L1×ps，Gh＝L2×ph，Gd＝L3×pd；其中，L1为竖井或卧管长度，表示为H为淤地坝的坝高，y为涵洞底距沟底高度；L2为放水涵洞长度，表示为L2＝(H-y)(m2'+m2")+e，e为淤地坝的坝顶宽；L3为陡槽长度，表示为故工程投资G工程随放水涵洞底高y的变化率dG工程/dy表示为：其中，dG0/dy＝0，则dG工程/dy表示为：由该公式计算工程投资随涵洞底高的变化率dG工程/dy。所述步骤3具体包括：首先根据放水涵洞底高y，找出对应的淤地坝开始发挥效益的年度i；根据淤地坝设计年淤积量，由坝高～库容曲线或库容～坝高经验公式获得各年的淤积高度Δhi；再由坝高～面积曲线或面积～坝高经验公式获得各年的坝地可耕面积，获得所述淤地坝的设计年效益xi，进而计算获得坝地效益年增量变化-xi+1/Δhi。所述步骤4具体包括：根据所述淤地坝设计的年洪水量、年拦泥量，由库容～坝高关系曲线获得相应年的蓄水高度；再根据面积～坝高关系曲线获得蓄水水面面积，通过单位面积水面年蒸发量计算年蒸发水损失量；再根据水价，计算所述淤地坝的年水损失负效益增量cui，进而计算得到年水损失效益变化cui+1/Δhi。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法能够有效降低涵洞、卧管、竖井、泄水陡槽等关键放水建筑物的工程投资，使淤地造田效益不降低，减少初期蓄水无效蒸发负效益，达到拦泥不减水的目的，减少对下游流量的影响；也解决了长期困扰淤地坝放水涵洞位置设计的技术难题，对于广大黄土高原地区淤地坝建设是有力的科技支撑，具有广泛的应用和推广价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供确认淤地坝放水涵洞位置的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例所述淤地坝的整体示意图；图3为本专利技术实施例所述淤地坝效益分析示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。首先，淤地坝工程总效益可以表示为：E总＝X坝地+X拦沙+X滞洪-G工程-S初式中：E总—淤地坝总效益；X坝地—坝地作物累计效益；X拦沙—拦沙效益；X滞洪—滞洪效益；G工程—淤地坝工程总投资，一般包括坝体、泄水建筑物、溢洪道及其他工程投资；S初—初期拦蓄水量无效蒸发损失的效益。拦沙效益、滞洪效益与坝高、溢洪道位置和规模有关，而与放水涵洞位置关系不大，故可以认为不随涵洞位置变化的定值。故淤地坝总效益随涵洞位置的变化情况仅需考虑工程总投资、坝地作物累计效益、初期蓄水无效蒸发负效益随涵洞位置变化情况。淤地坝总效益最大时即为涵洞的最佳位置，本实施例计算淤地坝总效益最大时的涵洞最佳位置。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例所提供确认淤地坝放水涵洞位置的方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、根据淤地坝的设计规模，提取所述淤地坝的基本参数；在该步骤中，如图2所示为本专利技术实施例所述淤地坝的整体示意图，参考图2，图中的基本参数主要包括有：H—总坝高(m)；y—涵洞底高(m)；▽1—溢洪道底高程(m)；▽2—最低放水孔高程(m)；▽3—坝前地面高程(m)；m1—竖井或卧管底坡坡率；m2'—上游坝坡坡率；m2"—下游坝坡坡率；m3—陡槽坡率；L1—竖井或卧管长度(m)；L2—放水涵洞长度(m)；L3—陡槽长度(m)；e—坝顶宽(m)。在该步骤中提取的基本参数还包括：竖井或卧管单位长度造价ps、放水涵洞单位长度造价ph、陡槽的单位长度造价pd。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、根据淤地坝的设计规模，提取所述淤地坝的基本参数；其中，所述基本参数包括竖井或卧管底坡坡率m1、上游坝坡坡率m2’、下游坝坡坡率m2”、陡槽坡率m3，以及竖井或卧管单位长度造价ps、放水涵洞单位长度造价ph、陡槽的单位长度造价pd；步骤2、根据所提取的基本参数，利用公式

【技术特征摘要】
1.一种确认节水型淤地坝放水涵洞位置的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、根据淤地坝的设计规模，提取所述淤地坝的基本参数；其中，所述基本参数包括竖井或卧管底坡坡率m1、上游坝坡坡率m2’、下游坝坡坡率m2”、陡槽坡率m3，以及竖井或卧管单位长度造价ps、放水涵洞单位长度造价ph、陡槽的单位长度造价pd；步骤2、根据所提取的基本参数，利用公式计算获得工程投资G工程随放水涵洞底高y的变化率dG工程/dy；步骤3、根据所述淤地坝的设计年效益xi、年淤积厚度Δhi，计算得到坝地效益年增量变化-xi+1/Δhi；步骤4、根据所述淤地坝的年水损失负效益增量cui、年淤积厚度Δhi，计算得到年水损失效益变化cui+1/Δhi；步骤5、逐渐增大放水涵洞底高y值，得出一系列的xi+1/Δhi+cui+1/Δhi值，将其与-dG工程/dy进行比较，当两者相差最小时，对应的y值即为所确定的放水涵洞底高。2.根据权利要求1所述确认淤地坝放水涵洞位置的方法，其特征在于，所述步骤2的过程具体为：工程投资G工程的计算公式为：G工程＝G0+Gx；其中，G0为坝体、溢洪道及其他工程投资，对于某一具体淤地坝来说G0是定值，不随放水涵洞底高y而改变；Gx为竖井或卧管、放水涵洞、陡槽、消力池的投资，具体表示为：Gx＝Gs+Gh+Gd+Gq；其中，Gs为竖井或卧管；Gh为放水涵洞投资；Gd为陡槽投资；Gq为消力井、消力池投资，设为常量；进一步的，Gs＝L1×ps，...

【专利技术属性】
技术研发人员：解刚，曹文洪，张治昊，王向东，袁普金，刘冰，张晓明，姚庆锋，殷小琳，王昭艳，尤伟，赵阳，朱毕生，成晨，王友胜，祁伟，刘卉芳，李希霞，杨震，解亮，解昊昱，杨晓阳，聂莉莉，李敬义，卢书慧，张旭东，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11