水库调洪演算(西安理工大学课件)

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
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。
△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
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
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
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
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
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。
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
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
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。
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。
609
611 613 615 617 619
576.82
578.44 580.00 581.73 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
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。
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
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
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
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
（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～ (V/△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．
流量Ｑ
q
Qt+1 Qt qt