水库调洪演算的原理和方法

Q (m3 / s), V q (m3 / s), V q (m3 / s)
t 2
t 2
调洪计算半图解法的双辅助线
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
三、半图解法的计算步骤
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算 时段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计
算时段。算出各时段的平均入库流量 Q 以及定出
q 2
(m 3
/ s ),
V t
q 2
(m 3
/ s)
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算时 段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算 时段。算出平均入库流量Q1以及定出第一时段初 始的Z1、q1、V1各值。 2.利用辅助线在图上求解得出Z2。 3.根据Z2值，利用水库Ｚ～Ｖ曲线即可求出V2。 4.将ｅ点代表的Ｚ2值作为下一时段的Ｚ1值 5.求出该时段的Ｚ2、q2、V2值。如此逐时段进行 计算，即可得到下泄流量过程线ｑ～ｔ。
q 2
均可与水库水位Z建立函数关系
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
Z (m)
因此，可根据选定的计
算时段△t，已知的水库容
积关系曲线，以及根据水力
学公式算出的水位下泄流量
关系曲线，事先计算并绘制
曲线组：
f1(Z )
V t
q 2
f2 (Z )
V t
q 2
f3(Z) q
f3 (Z )
f1(Z )
f2 (Z )
（2）推求水库下泄流量过程线q~t。
（a）分析确定起调水位Z1和计算时段。
无闸: Z1=Z堰顶
有闸: Z1=Z限
（b）由起始条件确定Q1、Q2 、V1和q1。
（c）试算(q2~V2~q'2)。
（d）将q2、V2作为下时段的起始条件，推求q~t。
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三、水库调洪计算方法
起始条件 假设q2
？
Z~V
水利水能规划
• 二、无闸溢洪道水库的防洪计算 • (一)下游无防洪要求时 • (1)拟定方案；(2)调洪计算；(3)计算坝高；
(4)计算各方案的投资(5)选定方案
水利水能规划
• (二)下游有防洪要求 • 在防洪水利计算中需要考虑下游安全泄量的要求，
分别对枢纽标准与下游防洪标准的洪水进行调洪计 要。具体的步骤是： • (1)假定不同的溢洪道宽度B方案。 • (2)对下游防洪标准的设计洪水进行调洪计算，求得 B与qm的关系。舍去qm超过下游安全泄量的宽度方案。 • (3)对满足下游防洪要求的诸方案，再对枢纽防洪标 准的洪水，进行调洪计算，以确定坝高、设计洪水 位与校核洪水位，以及相应调洪库容。并进行经济 比较，求得经济上合理或最佳的方案。计算过程与 无防洪要求的基本相同。
V调=Vm-V汛限
Vm
Z~V
Zm
【例 题】
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
Q区 6h
防
洪
保
护 区
河流
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
水利水能规划
二、水库调洪计算的基本方程
1、水量平衡方程
Q1
Q2 2
t
q1
2
q2
t
V2
V1
Q ~ t q1、V1 t
q 2、V2
Q、q(m3/s)
Qi+1
Q~t
Qi
qi+1 qi
qmax q~t
V2-V1
△t
ti ti+1
t (min)
水库水量平衡示意图
一个方程两个未知数没有办法求解
水利水能规划
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t qmax q~t
Q~t qmax q~t
t (min)
t△1tt' t2
t (min)
qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。
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三、水库调洪计算方法
1、列表试算法
（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。
流域分水线
A A、B、C为水 库回水末端
B
峰前洪 量增大
坝址
洪峰增大 峰形尖瘦
C 水库周边
入库洪水示意图
水利水能规划
入库 洪水 分析 计算
雨量资 料推求
流量资 料推求
流量叠加法 马斯京根法 槽蓄曲线法 水量平衡法
干支流有实测资料、 区间洪水估计得当
由坝址洪水反演入库 洪水，资料要求较少
由坝址洪水推求入库 洪水，缺乏实测洪水
Q区 6h
防
洪
保
护 区
河流
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有闸门控制的溢洪道调洪作用示意图
水利水能规划
水利水能规划
水库防洪计算
• 一、水库防洪计算的任务 • 在防洪计算时，通常初步拟定泄流方式，这需
要根据洪水特性、水库安全、闸门启闭设备， 以及技术经济条件等综合考虑加以论证确定。 泄洪建筑物形式的选择必须综合考虑水利枢纽 的地形条件、地质条件、水库大坝类型、综合 利用要求以及利用洪水预报进行泄洪的可能性 等条件，最终选定时也必须进行技术经济比较 论证。 • 水库防洪计算的任务，主要是对各种拟定的方 案，通过调洪计算，求得最大下泄流量、调洪 库容和最高洪水位等技术参数，为技术经济论 证和选择最佳方案提供依据。
第十四章 水库防洪计算
水利水能规划
• 三、有闸溢洪道水库的防洪计算
水利水能规划
水利水能规划
• 四、具有非常泄洪设施水库的防洪计算
• (一)非常泄洪设施
• 有的水库校核洪水比设计洪水大得多，尤其当校核 洪水采用可能最大洪水时，二者相差更为悬殊。如 只设有正常泄洪建筑物，必将增加工程造价。因此， 为了安全又不致使造价过高，若条件许可，应尽量 修建位置适当、工程比较简易的非常泄洪建筑物， 帮助正常泄洪设置宣泄比设计洪水大得多的洪水。
水利水能规划
• 水库防洪计算的内容，主要包括以下几点： • (1)根据库区地形、地质等条件，分析洪水特性及
灾害情况，考虑兴利库容与调洪(防洪)库容结合的 可能和程度，拟定苦干个泄流建筑物形式、位置、 尺寸，以及汛期运用方式的方案。 • (2)对各方案进行调洪计算，求得每个方案相应于 各种设计洪水的最大下泄流量、调洪库容和最高洪 水位。 • (3)计算各方案的大坝造价、淹没损失、泄流建筑 物投资、下游堤防造价、水库防洪效益等经济指标、 进行技术经济分析与比较，选择最佳方案。
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第三章 洪水调节
第二节 水库调洪计算的原理和方法
水利水能规划
水库调洪计算是确定入库洪水、泄洪建筑物的型式与尺寸、 调洪方式和调洪库容之间的定量关系。
一、水库调洪计算的任务
在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下， 根据水文分析计算提供的各种标准的设计洪水或已知的设 计入库洪水过程线、水库特性曲线、拟定的泄洪建筑物的 型式与尺寸、调洪方式等，通过计算，推求水库出流过程、 最大下泄流量、特征库容和水库相应的特征水位。
第十四章 水库防洪计算
水利水能规划
• (三)调洪计算 • 针对已选定的非常溢洪道宽度、启用水位、校核
标准(或可能最大洪水)的入库洪水过程，按无闸 溢洪道的自由溢流，采用本章第二节所介绍的方 法进行调洪计算，求得非常泄洪情况下的泄流过 程线、最大下泄流量，在校核洪水标准下所需要 的防洪库容，以及校核洪水位和坝顶高程。必须 指出，计算时应使用合成泄流曲线及相应的蓄泄 曲线，即启用水位的泄流量应包括正常溢洪道的 泄流量和非常溢洪道的泄流量。 • 通过调洪计算成果，可以看出，当溢洪道宽度不 变时，如果降低启用水位，溢洪道将提早泄洪， 增大下泄流量和减小所需的防洪库容。在启用条 件相同的情况下，非常泄洪设施的尺寸越大泄洪 能力也越大，所需的防洪库容也越小。因此，可 根据上述的相互关系，以及地区的实际情况，对 方案进行优选。
I O VS V t t
水利水能规划
干流洪水
支流洪水
流量 叠加
马斯京根法 槽蓄曲线法
坝址洪水
入库洪水与坝址 洪水的关系
入库洪水系列
频率计算
入库设计洪水
马斯京根法 槽蓄曲线法
入库洪水与坝 址洪水的关系
坝址设计洪水
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• 第三级
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水库调洪计算的半图解法
6.在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t qmax q~t
Q~t qmax q~t
t (min)
推求qm示意图
t△1tt' t2
t (min)
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水库调洪计算的半图解法
7.推求Vm、V调、Zm。
q~V
qmax
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水库调洪计算的半图解法
由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢 用半图解法。
Q1
Q2 2
Δt
q1
q2 2
Δt
V2
V1
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
Q V1 q1 V2 q2 t 2 t 2
V 、q 、 V1 t 2 t
q 、 V2 2 t
（2）推求水库下泄流量过程线q~t。
（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
（4）推求Vm、V调、Zm。
V调=Vm-V汛限
q~V
qmax
Vm
Z~V
Zm
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列表试算法小结：
洪水过程线 起始条件
q~V曲线的绘制←Z~V q~t曲线的推求←试算
qm的推求←绘图 Zm、Vm推求←查图（表）
第一时段初始的Z1、q1、V1各值。
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水库调洪计算的半图解法
0
g
Z(m)
2.
利
f3(Z )
用
e
辅 Z2 助
q2
f
线
在
Z1 a
b
图
上
求
解。
f1 (Z )
d c
下泄流量q（m3/s）
f2 (Z )
f1(Z
)
V t
q 2
f2 (Z )
V t
q 2
f3(Z) q
Q( m 3
/ s ),
V t
• (二)非常泄洪设施的启用标准
• 目前，多以某一库水位作为启用标准，这个水位称 为启用水位。启用标准较高，虽能减少下游洪水灾 害，但会使建筑物规模增大，上游淹没损失增加； 启用标准过低，建筑物规模小、造价低，但下游遭 受洪水灾害机会增多，损失亦大。因此非常泄洪设 施的启用标准必须通过综合技术经济论证来决定。
二、水库调洪计算的基本方程
2、蓄泄方程
q f (V ) 或q ~ V
Z(m)
0
Z~q洞
Z~q溢
H H0
q溢 M1BH 3/2
q洞 M2H01/2
溢洪 q(m3/s) 道
q ~ H Z~V q ~ f (V )
泄洪 洞
方程不是显式，无法直接求解
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三、水库调洪计算方法
1、列表试算法
（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。
水利水能规划
入库洪水：从水库周边汇入水库（包括入库断面）的 洪水。
流域分水线
入库洪水
区间陆面
A
A、B、C为水 库回水末端
库面
？ 回 入库区洪水与库
水 末
坝址间陆区洪别水的面的
坝址
端面降
洪洪水
水水量
B
C 水库周边
入库洪水示意图
水利水能规划
峰现时 间提前
洪量增大 区间陆面
入库洪水与坝 址洪水的区别
库面
Z1
q~V
V1、q1
水量平衡方程
Q1、Q2
Δt
q~V
V2
蓄泄 方程
q2=q'2
q'2
qm、Zm
q~t
q2、V2
推求q~t曲线示意图
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
1、列表试算法 （1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。 （2）推求水库下泄流量过程线q~t。 （3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
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