水库调洪演算(西安理工大学课件)

q＝f（Z）。
借助于水库容积特性
V＝f（Z）,可进一步求出水库下泄流量q
与蓄水容积V 的关系，即
q＝f（V）
（3-4）
以水库洪水调节示意图说明如何 进行一次洪水的水库调洪计算。图中Q～t 为入库洪水过程线；q～t为水库调洪计算 需要推求的出库流量过程线。 为计算 设 t 为计算过程的面临时段， 由入库洪水资料可知时段初、末的流量
573.06 574.90
h1(m)
31.94 32.10
底孔流量 q1(m3/s)
215.56 216.10
h2(m)
0 2
表孔流量 q2(m3/s)
0.00 460.48
总下泄量 Σq(m3/s)
215.56 676.58
609
611 613 615 617 619
576.82
578.44 580.00 581.73 583.39 585.15
铜钱坝水库Z~V关系曲线
5000
10000
15000
20000
25000 库容(万m3)
625 620 615 610
库水位Ｚ（米）
q=f(Z)关系曲线
泄量q（100米３／秒）
605
10
30
50
70
90
铜钱坝水库q=f(Z)关系曲线图
铜钱坝水库库水位-下泄流量曲线计算表
Z上(m)
605 607
Z下(m)
32.18
32.56 33.00 33.27 33.61 33.85
216.37
217.65 219.11 220.01 221.13 221.91
4
6 8 10 12 14
1302.42
2392.70 3683.80 5148.27 6767.57 8528.12
1518.79
2610.34 3902.91 5368.27 6988.70 8750.03
水库调洪计算的目的是在已拟定 泄洪建筑物及已确定防洪限制水位 （或其他的起调水位）的条件下，用 给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的 泄洪能力曲线及库容曲线等基本资料， 按规定的防洪调度规则，推求水库的 泄流过程、水库水位过程及相应的最 高调洪水位和最大下泄流量。
若水库不承担下游防洪任务， 那么水库调洪计算的任务是研究和 选择能确保水工建筑物安全的调洪 方式，并配合泄洪建筑物的形式、 尺寸和高程的选择，最终确定水库 的设计洪水位、校核洪水位、调洪 库容及二种情况下相应的最大泄流 量。
线，即可计算相应工作曲线
计算步骤见表
工作曲线见图
q~(V/Δt+q/2)工作曲线计算表
Z上 (m) V (万m3) Q (m3/s) q/2 (m3/s) V/Δt (m3/s) V/Δt+q/2 (m3/s)
605
607 609 611 613 615
6349.90
7244.90 8139.90 9223.56 10495.88 11768.20
防洪限制水位
to
时间t
要根据水库所承担的防洪任 务，在确保大坝自身 安全的前 提下，考虑下游防洪保护对象、 下游河道安全泄量等要求，通过 调洪演算， 研究和选择恰当的 调洪调度方案，并配合泄洪建筑 物的形式、尺寸和高程的选择， 最 终确定水库的设计洪水和相 应的防洪特征水位。
流量Ｑ
q
Qt+1 Qt qt
流量Ｑ
q
Qt+1 Qt qt
△t
Q～t
q～t qt+1
时间t
t t+1
水量平衡示意图
库容Ｖ（万米３）
V=f(Z)关系曲线
库水位Ｚ
水库Ｖ=f(Z)关系曲线图
水位(m)
640 630 620 610 600 590 580 570 560 0
铜钱坝水库Z~V关系曲线
5000
10000
15000
20000
（３-１）
t ——计算时段长度（s）
qt , qt 1
Qt , Qt 1 ——t时段初、末的入库流量（m3/s）
——t时段初、末的出库流量（m3/s）； ——t时段初、末水库蓄水量（m3）
Vt ,Vt 1
Qt , Qt 1 当已知水库入库洪水过程线时，
均为已知；Vt , qt 则是计算时段t开始的初始条件。 于是，式中仅 Vt 1 , qt 1 为未知数。必须配合水库 水库泄流方程
拟定设计洪水过程线
同倍比放大推求铜钱坝洪水过程线 5000
流量Q（m3/s）
4000 3000 2000 1000 0 时间t（h） Q(m3/s) 设计（P=1%） 校核(P=0.1%)
流量Ｑ Q ～t
q
Qm
水库调洪示意图
qm
△V
次洪水最高水位 库 水 位 Ｚ
q～t
t1 t2 Z～t
t3
t4
时间t
三、水库调洪计算基本公式
洪水进入水库后形成的洪水波运 动，其水力学性质属于明渠渐变不恒 定流。常用的调洪计算方法，往往忽 略库区回水水面比降对蓄水容积的影 响，只按水平面的近似情况考虑水库 的蓄水容积（即静库容）。
水库调洪计算的基本公式是水量平衡方程式
1 2
(Qt Qt 1 )t 1 2 (qt qt 1 )t Vt 1 Vt
表中各流量分别由下列公式确定：
底孔 q1 11 2 gh1 其中流量系数
1 取用0.82。
3 2
h1 为上下游水位差。
q2 2 B 2 gh2 表孔 2 取用0.49，
h2 Z上 605
605为溢流坝堰顶高程。
取 t 1小时 3600秒
根据上面B=75m计算的库水位~下泄流量曲
以铜钱坝水库调洪演算为例
初定大坝采用底孔和溢流 坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程 为605 m,溢流坝段总长定为75m， 分成5孔，每孔净宽13米。底孔设 一个,进口高程580m,孔口尺寸 3.5×3m。 大坝的库水位库容Z~V关系曲 线如图，大坝库水位流量Z~q关系 曲线如图。
水位(m)
640 630 620 610 600 590 580 570 560 0
水库调洪演算的目的就 是，根据拟定的设计洪水过 程线、泄洪建筑物的泄流能 力 曲线及水位库容关系等基 本资料，按确定的防洪调度 规则，采用适当的计算方法， 求 出库水位和下泄流量的变 化过程线。
拟定设计洪水过程线
已知铜钱坝水库坝址设计洪水 的一日洪量及洪峰量。接下来选用铁 锁关站1964年9月2~4日一次洪水过程 线为典型：典型洪峰Q=1640m3/s;24 小时洪量W24=0.52亿m3，作为一日洪 量（3日4时~4日4时）；同倍比放大求 得的设计洪水过程线其曲线如图。
q1 mBh 1 2gh 1
式中： ε 侧收缩系数； m 流量系数； B 溢洪道宽； h1 堰上水头。
（３-２）
若为孔口出流，则泄流公式为：
q2
2 gh2
（３-3）
式中： μ 孔口出流系数； ω 孔口出流面积；
h2
孔口中心水头。
由式（３-2）或（３-3）所反映泄流
量 q 与泄洪建筑物水头h 的函数关系可 转换为泄流量 q 与库水位Z的关系曲线
（３-5）
Q— 计算时段平均入流量;
Q＝(Qt + Qt+1)/2 式（３-5）的右端项利用式（３-４） 代入，可见右端项为q的函数．
也就是说，可以事先绘制 q～ (wenku.baidu.com/△t)+(q/2 )的关系曲线， 即调洪演算工作曲线．因式（３-5） 的左端各项为已知数，故式（３-5）右 端项也可求出，然后根据 (Vt+1/△t)+(qt+1/2 )的值，通过工作 曲线q～ (V/△t)+(q/2 )可查出qt+1的 值．因第一时段的V２、q２就是第二时 段的V１、q１，于是可重复以上步骤连 续进行计算，直到求出结果．
时间t
防洪限制水位
to
时间t
二、水库调洪计算的任务 入库洪水流经水库时，水库容 积对洪水的拦蓄、滞留作用，以及泄 水建筑物对出库流量的制约或控制作 用，将使出库洪水过程产生变形。与 入库洪水过程相比，出库洪水的洪峰 流量显著减小，洪水过程历时大大延 长。这种入库洪水流经水库产生的上 述洪水变形，称为水库洪水调节。
段末的水库蓄水量Vt+1和相应的出 库流量qt+1。
前一个时段的
Vt 1 , qt 1
求出后，
其值即成为后一时段的 Vt , qt 值，
使计算有可能逐时段地连续进行下去。
四、水库调洪计算半图解法
水库调洪演算，就是联解（３-１） 和（３-４）两个方程． 将（３-１）改写为：
（Vt/△t+qt/2 )+Q – qt = (Vt+1/△t)+(qt+1/2 )
2392.70 3683.80 5148.27 6767.57 8528.12
1518.79
2610.34 3902.91 5368.27 6988.70 8750.03
625 620 615 610
库水位Ｚ（米）
q=f(Z)关系曲线
泄量q（100米３／秒）
605
10
30
50
70
90
铜钱坝水库q=f(Z)关系曲线图
q =f（V）与上式联立求解
Vt 1 , qt 1 的值。
泄量q（米３／秒）
q=f(v)关系曲线
库容Ｖ（万米３）
水库q=f(v)关系曲线图
库水位Ｚ（米）
q=f(Z)关系曲线
泄量q（米３／秒）
水库q=f(Z)关系曲线图
库容Ｖ（万米３）
V=f(Z)关系曲线
库水位Ｚ
水库Ｖ=f(Z)关系曲线图
当水库同时为兴利用水而泄放流量时， 水库泄流量应计入这部分兴利泄流量。假 设暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下 游的流量，若泄洪建筑物为无闸门表面溢 洪道，则下泄流量q的计算公式为:
△t
Q～t
q～t qt+1
时间t
t t+1
水量平衡示意图
必须指出，这一研 究所涉及的设计洪水选 择是影响大坝，乃至流 域防洪安全的最 重要因 素，它通常对其他单项 工程设计指标起控制作 用。
流量Ｑ Q ～t
q
Qm
水库调洪示意图
qm
△V
次洪水最高水位 库 水 位 Ｚ
q～t
t1 t2 Z～t
t3
t4
215.56
676.58 1518.79 2610.34 3902.91 5368.27
107.78
338.29 759.40 1305.17 1951.46 2684.14
17638.61
20124.72 22610.83 25621.00 29155.22 32689.44
流量Ｑ Q ～t
q
Qm
水库调洪示意图
qm
△V
次洪水最高水位 库 水 位 Ｚ
q～t
t1 t2 Z～t
t3
t4
时间t
防洪限制水位
to
时间t
上述洪水变化，称为水 库的洪水调节。为了实现水 库的洪水调节，必须具备的 条 件是：有一定的防洪库容， 有一定规模的泄洪建筑物和 有一个合理的调度规则。否 则， 水库就不能发挥防洪功 效，甚至难保自身安全。
水库调洪演算
西安理工大学水利水电学院
陈尧隆
水库是对洪水起有效 控制作用的防洪工程措施。 利用水库调蓄洪水、削减 洪峰， 对提高江河防洪标 准，减轻或避免洪水灾害 起着十分重要的作用。
一、水库调洪演算的目的 水库的防洪作用是通过洪水变 化得以实现的。入库洪水过程Q（t） 经水库防洪库 容的拦蓄、滞留作用 以及泄洪建筑物的制约或控制作用， 使出库洪水过程q（t）产生 变形。 与入库洪水过程相比，出库洪水的 洪峰流量显著减小、过程历时大大 延长。
609
611 613 615 617 619
576.82
578.44 580.00 581.73 583.39 585.15
32.18
32.56 33.00 33.27 33.61 33.85
216.37
217.65 219.11 220.01 221.13 221.91
4
6 8 10 12 14
1302.42
若水库担负下游防洪任务，首先应根 据下游防洪保护对象的防洪标准、下游河 道安全泄量、坝址至防洪点控制断面之间 的区间入流情况，配合泄洪建筑物形式和 规模，合理拟定水库的泄流方式，确定水 库的防洪库容及其相应的防洪高水位；其 次，根据下游防洪对泄洪方式的要求，进 一步拟定为保证水工建筑物安全的泄洪方 式，经调洪计算，确定水库的设计洪水位 与校核洪水位及相应的调洪库容。
Qt , Qt 1 的数值，Vt，qt
为该时段已知的
初始条件。
流量Ｑ Q ～t
q
Qm
水库调洪示意图
qm
△V
次洪水最高水位 库 水 位 Ｚ
q～t
t1 t2 Z～t
t3
t4
时间t
防洪限制水位
to
时间t
图中阴影线的面积表示该时段水
库蓄水量的增量ΔV， 即ΔV= Vt+1 -Vt。
利用式（3-1），（3-4）可求解时
25000 库容(万m3)
铜钱坝水库库水位-下泄流量曲线计算表
Z上(m)
605 607
Z下(m)
573.06 574.90
h1(m)
31.94 32.10
底孔流量 q1(m3/s)
215.56 216.10
h2(m)
0 2
表孔流量 q2(m3/s)
0.00 460.48
总下泄量 Σq(m3/s)
215.56 676.58