水利计算6-防洪水利计算

图4
• （三）.简化计算法 • 在小流域、小型水库缺乏资料且水库只有无闸门泄
洪道的情况下，设想将入库与出库流量过程都简化为 三角形（见下图）时，则入库洪水总量为
W 1 QmT 2
• 对于图a情况，水库起调水位在堰顶高程时水库最大 下泄流量为 V
qm Qm (1
m
W
)
（7）
•
式中
Qm — 洪峰流量； T — 洪水历时； Vm — 滞洪库容。
库
Z启
Q ﹥ q允：闸门全开自由泄流
水
位 Z Z防
③泄流能力q允： q= q允控制泄流 ② q允﹥Q ﹥ q限：闸门全开自由泄流 ① Q ﹤ q限： q= Q控制泄流
Z限
调洪方式示例（不考虑预报）
• (三) 调洪计算 • 1、下游防洪标准洪水来临时的防洪高水位的 推求 • 2.水库设计洪水来临时的设计洪水位的推求 • 3.水库校核洪水来临时，具有非常泄洪设施泄 洪的校核洪水位的推求 • (四) 方案比较和选择 • 与无闸基本相同
第二节 水库调洪计算的原理和方法 • 一.洪水调节计算原理
Q1 Q2 q1 q2 Δt Δt V2 V1 2 2 q f (V )
（1） （2）
式中
Q1、q1 — 时段初入库、出库流量； Q2、q2 — 时段末入库、出库流量； V1、V2 — 时段初入库、出库流量。
•
蓄洪方程q=f(V)表示闸 门开度不变条件下水库蓄 水量与泄洪量间关系； • 当属无闸门自由溢洪道 时为水库泄洪能力曲线。 q=f(V)方程或曲线，可按 泄洪设备类型尺寸（或闸 门开度）的水力特性换算 制作。 • 若为无闸门表面泄洪道， 式中: 其泄洪公式为: B — 泄洪道净宽； h1 — 堰上水头； • 3 m — 流量系数； • q1 mB 2 g h1 2 — 侧收缩系数。 •
第三节 水库防洪水利计算
• 两大类型
• 一、溢洪道不设闸的防洪计算
• 一般是中小型水库，调洪能力差，基本 不承担下游防洪任务
• 二、溢洪道设闸的防洪计算
•
务
控制运用较灵活，便于承担下游防洪任
一、无闸门控制的防洪水利计算
• 中小型水库、库容小，一般不承担下游防洪 任务；管理方便可靠，节省投资 • 特点： • 1）溢洪道的堰顶高程一般等于正常蓄水位； • 2）防洪限制水位应与正常蓄水位齐平； • 3）当库水位超过溢洪道的堰顶后，即自行泄 洪，属自由泄流方式； • 4）对设计条件，起调水位应取防洪限制水位， 即正常蓄水位
• 第四节
入库洪水计算
• 入库洪水的定义： • • • • • 坝址洪水： 入库洪水与坝址洪水的差异 1）产流条件的变化 2）汇流条件的变化 3）调蓄作用的变化
• （三）方案比较和选择
• 根据各方案的B、Z坝和最高洪水位等，计算每个方案 的材料消耗、投资、淹没浸没损失及其防洪效益等， 并考虑技术和政治上的因素，综合分析比较，选出最 有利的防洪方案。 • 可绘制B～Z坝和 B ～ qm，校， • B～S上和 B ～ S下， 进行方案比较
二、有闸门控制防洪水利计算
• 3、防洪限制水位Z限是指汛期水库允许经常维持的上 限水位。设计条件时， Z限是调洪开始时的起跳水位。 该水位反映了兴利库容与调洪库容结合的程度 • • Z堰≦Z限≦ Z蓄 • 正确的Z限应是在不破坏设计供水的原则下取最低值， 可用试算法求出。
水库情况不同，调洪方式也不尽一致
• (二) 拟定泄流方式 • 随着闸门的启闭，泄流方式是在控制泄
• 方案情况复杂，全面分析，抓住主要矛盾，
排除容易确定的比较因素，尽快找到最优方 案
• 1、当闸门顶以上没有胸墙时，闸门顶高程Z门应不低 于正常蓄水位，Z门≧Z蓄
二、有闸门控制防洪水利计算
• 2、溢洪道堰顶高程Z堰与Z门的关系为： • Z堰=Z门 - h门
• 式中h门为闸门高度，应以结构设计允许的最大高度为 限，然后结合溢洪道附近的地形、地质条件拟定Z堰 的比较方案
1、 2、 1、 1
•
•二.调洪演算的基本方法
•（一）列表试算法
因不可能得出解析求解，调洪过程计算，采用列表法试算法 比较方便。对于任意的Δt 时段，已知 Q1、Q2、q1、V1，欲求 q2和V2 ，
•
• • • • • •
其步骤： 假定V2（或q2）后， 代入式（2）可求得 q2（或V2），再以 此q2（或V2）代入 式（1）算得V2（或 q2），若计算的与 • 假定的一致，则试算 • 完成，否则重新假定 V2（或q2），直到 • 满足为止。
水库防洪计算
• • • • • • • 第一节 概述 第二节 水库调洪计算的原理和方法 第三节 水库防洪水利计算 一、无闸门控制的防洪水利计算 二、有闸门控制防洪水利计算 第四节 入库洪水计算 第五节 溃坝洪水计算
•
第一节 概述
• 一.防洪设计标准
• 二.水库的防洪设施及其调洪作用 • 三.水库防洪计算的任务
•水库调洪演算辅助曲线计算表
•（二）调洪演算辅助线法 •单辅助线法： •式（1）改写成 • 式中
Q — t时段平均入库流量
q~百度文库V q t 2
V1 q V q 1 Q q1 2 2 t 2 t 2
（5）
•式中左端各项为已知值，使用式（2）可制作
•关系曲线（见图4），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算中 的试算，而可按图4箭头所示方法进行演算
若底孔泄流 则泄流公式为:
q2 2gh2
式中:
— 孔口出流面积；
h2 — 孔口中心水头；
— 孔口出流系数。
•
根据泄流公式可换算求得水库水位Z与泄流量q的 关系q=f1(Z)，如下图中的Z~q曲线，进而由库容曲 线换算求得水库蓄水量V与q的关系q=f(V)。 于是，在Δt 时段的调洪演算中，可由已知的 Δt ，Q Q q V 联解水量平衡方程与蓄泄方程，求 得 q2和V2 。依时序逐段递推计算，可求得该次洪水 的水库蓄水和泄水的全过程。
溢洪道设闸的作用
1）Z限制无= Z正常蓄，Z限制有﹤ Z正常蓄，库水位相同时，有闸 溢洪道的泄流能力大于无闸溢洪道的泄流能力；
2）在同样满足下游河道允许泄流量q允的情况下，有闸 的防洪库容要比无闸的小； 3）有闸控制流量，使上游的来水和区间的洪水错开， 从而可以有效地消减下游河段的最大流量； 4）有闸水库可以利用结合库容，可是使总库容减少， 节省投资；
一、无闸门控制的防洪水利计算
• （一）拟定泄洪方案和进行调洪计算
• 泄洪方案的拟定主要死根据水库坝址附近 地形、地质条件和洪水情况，拟定几个可能 的溢洪道宽度B，利用已求得的设计标准和校 核标准的洪水过程线对各方案（试算法和半 图解法）进行调洪计算，求出相应的最大下 泄流量、最高洪水位及调洪库容。
二.水库的防洪设施及其调洪作用
• 泄流建筑物类型 • 表面式溢洪道：无闸与有闸溢洪道 • 深水式泄水洞： •
三.水库防洪计算的任务
• 防洪设计中除考虑下游防护对象的防洪要求外，更应确保大坝 的安全。故水库防洪设计的任务可以概括为以下三个“确定”： • • 1.确定防护对象的防洪标准和大坝的安全泄洪标准。 • 2.确定水库的泄洪设备类型（即泄洪建筑物形式）尺寸、各 种防洪特征水位、不同频率洪水的最大下泄流量 • 3.确定水库的防洪运行方式 • 防护对象的防洪标准，应根据防护对象的重要性、历次洪灾情 况、社会经济影响和防洪工程的具体条件和实际能力分析选择。 根据水利电力部颁发的SDJ11-77规范规定，防护对象的防洪标准 可参考下表：
dVd Vd V dQ d dZ Q V
式中：
Vd — 正值 Q Vd — 负值 Z
第三节 水库防洪水利计算
• 水库防洪计算的主要内容和基本程序: • 1.在调查分析洪水特性及灾害、防洪要当地自然条件的 基础上，根据需要和可能提出若干防洪方案（就是所采 用的防洪措施及其规模、运用方式等因素的组合。）。 • 2.对各方案进行调洪计算，求得每个方案在各种设计洪 水时的下泄流量过程、最大下泄流量、防洪特征库容、 特征水位和坝高。 • 3.计算各方案的投资、材料消耗、淹没损失、防洪效益 等，进行政治、经济、技术等多方面的综合比较论证， 选出最优方案，可行性报告报上级主管机关审批。
•表4-5
水电站厂房正常运用洪水标准和非常运用洪水标准
•表4-6
永久性挡水和泄水建筑物非常运用洪水标准
• 根据水利电力部颁发的SDJ12-78规范规定，水利水电枢纽工程本身的防 洪要求，按其工程规模、效益和在国民经济中的重要性划分为五等，等 别按下表规定确定
•对于非溢流坝的坝顶高程，为了保证不溢过或溅过坝 顶，除规定应不低于水库正常运用和非常运用的静水 位加波浪的计算高度外，还须考虑安全超高。其数值 按表4-7选定。
• • •
• 三、考虑动库容的调洪演算 前面介绍的调洪演算方法采用的都是静库容曲线， 即近似地假定了调 洪时水库水面为水平并平行升降。
而实际上水库水面并非水平，且有时水面坡度变化还相当 大。因此严格来说，调洪演算应采用水面坡度变化的动库容曲 线。 • 根据水库地区的一般地 形，动库容主要集中在入库 段而受入库流量影响较大， 故水库的实际蓄水量可表示 如下：
一、无闸门控制的防洪水利计算
• （二）坝顶高程的计算
• 水库的非溢流坝坝顶高程应满足：在设计洪水位或校 核洪水位时，遇到风浪，不致使水溢过坝顶，此外应 有足够的安全超高。
Z坝
式中：
Z 校 h浪，校 h校 Z 设 h浪，设 h设
中的大值
Z设、 Z校—某方案的设计洪水位和校核洪水位 h浪，设、 h浪，校—设计条件和校核条件下的风浪高，与水 面大小、风速高低、坝坡情况有关，按有关的专业规 划计算； △h设、 △h 校—分别为安全超高，按最新规范选取
5）水库溢洪道设闸，便于考虑洪水预报，提前预泄腾 空库容
二、有闸门控制防洪水利计算
• 特点：随着闸门的启闭，泄流方式是属于控制泄流和 闸门全开的自由泄流中转换。
• (一)防洪方案的拟定 • 组成防洪方案因素很多：如溢洪道宽度B、堰顶高
程Z堰、防洪限制水位Z限、闸门顶高程Z门等，或非 常泄洪设施，其位置、类型、规模、启用水位等，这 些因素中只要有一因素改变，则构成一个拟定方案。
流和闸门全开的自由泄流中转换。 • 因而，调洪计算时，应根据下游防洪、非 常泄洪和是否有可靠的洪水预报等情况拟定 调洪方式，即要定出各种条件下，启闭闸门 和启用非常泄洪设施的规则，调洪计算则依 次进行
• •
不考虑预报的简单情况，设想发生一 次大洪水,
(二) 拟定泄流方式
Z校
闸门全开，水位仍继续上涨，启用非常泄洪设施参加排洪
• 一.防洪设计标准
• 水利水电枢纽工程的枢纽建筑物的级别由其所属工程等别及其在工程中 的作用和重要性划分为五等，按下表规定确定
•设计永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为正常运用（设计）和 非常运用（校核）两种情况，根据建筑物级别按表4-4，表4-5，表4-
6选定。 表4-4 永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水标准
•
V=f（Z，Q） （9） • 式中 ; Z—坝前水位 Q—入 库流量 • 将式（9）关系绘制成以Q为 参数的曲线簇即为水库动库 容曲线（右图）
• 三、考虑动库容的调洪演算
就固定不变的洪水入库断面而言，水库蓄水量 V由与坝前水位Z相应的静库容Vs和与水面坡度 有关的楔形库容Vd组成。 从水力学上看，在坝前水位一定的条件下，入库 流量愈大则动库容愈大； 在入库流量一定的条件下，坝前水位愈高，入库 断面以上的天然河道槽蓄容积被淹没后变成静库容的 愈多，则动库容愈小。 由此特性可知，动库容的大小由坝前水位和入库流 量所决定。其在调洪过程中的变化可表示为