第三讲 水库防洪调度计算

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2、水库蓄泄方程或水库泄流曲线(无闸或闸门某个开度) 因q=f1(H)，而H=f2(V)，故得水库蓄泄方程
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q=f(V)
调洪计算中，实际是联解上述两个方程，由于实际水库地形 复杂，水库蓄泄方程很难用解析式表达，通常以曲线形式给出， 称为水库泄流曲线。 q 从起调水位（起始条件）开始， 逐时段连续求解这两个方程，由 Q～t求得q～t，这就是调洪计算 所遵循的基本原理。
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二、水库的调洪作用 兴建水库的目的:①兴利；②除害 为了兴利的目的，必须设置一个满足兴利要求的库容，即 V兴，它的任务是调节枯水径流，提高枯季或枯水年组的径流 量。 水库只设置V兴是不行的，原因有二: ①为满足兴利要求，管理上常使水库有尽可能多的机会保 持在正常蓄水位，若遇特大洪水，水库就会因没有防洪设施 而失事，非但不能兴利，反而会带来更大危害。 ②为减轻下游洪水灾害，要求水库对下游承担一定的防洪 任务。对某一频率的洪水要求水库下泄流量不大于规定的 Q允，这就要求水库有一个调节库容以拦蓄或滞蓄洪水。 因此，水库要在兴利的基础上做好防洪规划，最终合理地 定出调洪库容、设计洪水位、坝高和泄洪设施的型式、尺寸。
无闸溢洪道的水库调洪作用 Q Q(t) W蓄 a Z b Z(t) a Z堰 c b q(t) c t
Zm
Q Z堰= Z蓄
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t0
t1
t2
从分析水库调洪作用的蓄泄过程，可以看出: ①洪水通过水库，先蓄后泄，削减了洪峰，坦化了洪水 过程线，延长了洪水历时。 ②洪水通过水库，q〈Q允，水库实现了下游的防洪任务； ③无闸时， qm 对应的时刻库水位最高，蓄水量最大，因 此，最高洪水位及调洪库容都可在调洪计算中确定。 ④ QP(t) 一定，影响调洪结果 (qm，Zm，V 调 ) 的主要因素 是泄洪建筑物的型式和尺寸，即泄流能力。 Zm Q Q Q(t) Z堰= Z蓄 W蓄 a b q(t) c t
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（二） 防洪非工程措施 防洪非工程措施是指为了减少洪泛区洪水灾害损失，采 取颁布和实施法令、政策及防洪工程以外的技术手段等方面 的措施。
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1.洪泛区管理:对分蓄洪区进行有计划的、合理的，而不是盲 目的开发利用。 2.建立洪水预报和洪水警报系统:自动采集和传输雨情、水情 信息，及时作出洪水预报；利用洪水预报的预见期，配合洪 水调度及洪水演算，预见将出现的分洪、行洪灾情，在洪水 来临之前，及时发出洪水警报，以便分洪区居民安全转移。 3.洪水保险:有助于洪泛区的管理，对防洪减灾在一定程度上 起有利的作用。实行洪水保险是指，洪泛区内的单位和居民 必须为洪灾投保，每年支付一定的年保险费，若发生洪灾， 可用积累的保险费赔偿投保者的洪灾损失。
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q + Q区 ≤ Q允
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条件: Z蓄=Z堰=Z起调 a点:Q=0,q=0,Z=Z堰=Z蓄 b点前: Q〉q， H→大， q→大，Z→高； b点:Q=q，H=Hm，q=qm， W蓄=最大，Z=Zm; b点后: Q〈q，H→低， q→小，Z→低; c点:Q=0，q=0，Z=Z堰
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二、水库的调洪作用 洪水调节的目的：降低河道天然洪峰流量，即削峰，以达到 河道防洪和保证建筑物安全的目的。 水库的防洪作用: 滞洪：当一次洪水来临时，将超过Q允的那一部分洪水暂时 拦蓄在水库里，等洪峰过后，再将拦蓄的洪水泄掉， 腾空防 洪库容以迎接下一次洪水的到来。 蓄洪：水库拦蓄部分或全部洪水； 错峰：水库下泄洪水与区间洪水或支流洪水相遭遇，可能 会超过Q允，这时就应控制水库泄洪，使其与区间洪水的洪峰 错开，以保证下游安全。
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计算过程见表。
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Q1 + Q2 q1 + q2 V2 = V1 + ∆t − ∆t 2 2
∆V= Q - q ∆t
(
)
q假 =
q假 + q计 2
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(1) 将已知入库洪水流量过程线列入表中的第 (1)、(2)栏， 取计算时段Δt=3h=10800s；起始库水位为Z限=38.0m，在图中 可查出闸门全开时相应的q=173.9m3/s。 (2) 在第 18 小时以前，入库流量 Q 均小于 173.9 m3/s，水库按 q=Q泄流。水库不蓄水，无需进行调洪计算。从第18小时起， Q 开始大于 173.9 m3/s，以第 18 小时为开始调洪计算的时刻， 此时初始的 q1 即为 173.9m3/s，而初始的 V1 为 6450 万 m3。然后， 按水量平衡方程进行计算，将计算结果列入表中相应时段的 各栏。 (3) 由表可见，在第 36 小时，水库水位Z=40.51m、水库蓄水 量 V=10232 万 m3、Q=900m3/s、q=781m3/s； 而 在 第 3 9 小 时 ， Z=40.51m，V=10280 万 m3，Q=760m3/s，q=790m3/s。 按 前 述 水 库调洪原理，当qmax出现时，一定是q=Q ，此时Z，V均达最大 值。显然，qmax将出现在第36小时与第39小时之间，在表中并 末算出。通过进一步试算，在第 38 小时 16 分钟处，可得出 qmax=Q=795m3/s，Z max=40.52m，V max=10290万m3。
第三节
水库调洪计算的试算法
已知条件: ①设计洪水过程线QP(t)； ②下游防洪标准及q允； ③拟定溢洪道的型式尺寸； ④起调条件q1、V1。 ⑤计算和绘制水库蓄泄曲线q=f(V) ； ⑥选择调洪计算时段△t。 求：q～t
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迭代法计算步骤： 试算从第1时段开始,逐时段连续进行。 ①对于第一时段Q1、Q2、q1及△t均为已知,假设一个q2,可由
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水库的防洪任务:首先确保自身安全，同时要保证下游防护区 的安全，这两类任务性质不同，要求防洪标准也不同。
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四、防洪标准 防洪标准分为两类：一类是水工建筑物的防洪标准；一类是下 游防护对象的防洪标准。防洪标准是一个关系到政治、经济、 技术、风险和安全的极其复杂的问题,要综合分析,权衡利弊、 根据国家规范合理选定。 1.水工建筑物的防洪标准 在工程设计中 , 标准由国家制定 , 以设计规范给出。规范 中按工程的种类、大小和重要性,将水工建筑物划分为若干等 级,按不同等级给出相应的防洪标准。 对永久性建筑物,采用二级标准: 正常运用情况 设计标准 设计洪水 非正常运用情况 校核标准 校核洪水 建筑物的尺寸由设计洪水确定 , 当这种洪水发生时 , 建筑 物应处于正常运用状态。校核洪水起校核作用,当其来临时 , 其主要建筑物要确保安全,但工程处在非常情况下运行,即允许 保持较高水位,电站、船闸等正常工作允许遭到破坏。

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1、水库水量平衡方程 在△ t 时段内，入库水量与出库水量之差，应等于该时段内水 库蓄水量的变化量。 Q1 + Q 2 q + q2 水量平衡方程 : ∆t − 1 ∆ t = V 2 − V1
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2
2
式中Q1，Q2─时段始、末的入库流量； q1，q2─时段始、末的出库流量； V1，V2─时段始、末水库蓄水量； △t─时段，其长短的选择以能较 准确地反映洪水过程的形状为原则。 水库水量平衡方程中Q1、Q2 为已知，根据起调条件，起始水位 也为已知，即q1、V1为已知，△t可选定，未知数有q2和V2，因 此方程不能独立求解，还需建立第二个方程。
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水库调洪计算就是联解水量平衡方程和水库蓄泄方程。 常用的算法有试算法(迭代法)和图解法。 试算法可达到对计算结果高精度的要求，但此法计算工作 量大；

图解法它适用于人工操作，可大大减轻试算法的人工计算 工作量。

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随着计算机科学技术的迅速发展，上述水库调洪计算的试 算法很适合编制计算程序，不必再提倡采用图解法来完成调 洪计算。
第十二章 水库防洪调度计算
摘
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要
规划设计阶段，水库调洪计算的基本任务是对下 游防洪标准设计洪水、水工建筑物安全标准相应的 设计洪水和校核洪水分别进行洪水调节计算，从而 确定水库防洪的特征水位和特征库容。本章主要介 绍水库调洪计算的原理和方法，讨论水库调控洪水 的方式，并简要介绍选择泄洪建筑物类型、规模及 水库防洪参数的方法。
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三、洪水调节计算的任务 设计阶段:已知设计洪水、校核洪水或下游防洪标准的洪水， 针对拟定的多种泄洪建筑物的型式和尺寸，经调洪计算求得qm、 Zm，并进行防洪效益和投资的分析计算，选择最优方案，确定 泄洪建筑物的型式和尺寸。调洪计算的直接目的是推求q～t。
来自百度文库
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第二节
水库调洪计算的原理

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已知的基本资料：设计洪水过程线、库容曲线、 泄洪建筑物的型式尺寸，调洪方式； 调洪计算的直接目的：推求q～t。q受堰上水头控 制，而水头又受水库蓄水量控制，水库蓄水量的大 小则决定于入库与出库流量之差。 调洪计算的原理：水库调洪是在水量平衡和动力 平衡。
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第十二章 水库防洪调度计算
目
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录
第一节 防洪问题概述 第二节 水库调洪计算的原理 第三节 水库调洪计算的试算法 第四节 水库防洪有关特征值选择 小 结
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第一节
防洪问题概述
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一、防洪措施简介 防洪措施是指防止或减轻洪水灾害损失的各种手段和对策， 它包括防洪工程措施和防洪非工程措施。 （一）防洪工程措施 防洪工程措施指为控制和抗御洪水以减免洪水灾害损失 而修建的各种工程措施(如长江中下游防洪工程)。 1.修筑堤防:对防御常遇洪水较为经济，容易实行。 2.河道整治:对提高局部河道泄洪能力、稳定河势、护滩保堤 作用较大。 3.开辟分洪道和分蓄洪工程:利用天然洼地、湖泊或沿河地势 平缓的洪泛区，分洪削峰，对所分流的洪量起蓄、滞作用。
V2 = V1 +
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Q1 + Q2 q + q2 ∆t − 1 ∆t 2 2
计算出V2，由V2查库容～泄流量曲线q=f(V)得q’2; ②若设定的允许误差为ε，当
' q2 − q2 ≤ ε
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则满足计算精度要求，结束该时段计算，假设的q2 即为所求。 否则,重新假设q2,重复上述计算过程,直至满足精度要求为止。 将第1时段的q2、V2作为第2时段的q1、V1, 象第1时段一样进行试算,求得第2时段末的q2、V2。 逐时段连续试算 , 即可求得下泄流量过程和水库蓄水过程。
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第一节 一、防洪措施简介 （一）防洪工程措施
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防洪问题概述
4.水库拦洪:使进入水库的洪水经水库拦蓄和阻滞作用之后， 洪水过程大大展平，洪峰被削减，从而达到防止或减轻下游 洪水灾害的目的。 5.水土保持:有一定的蓄水、拦沙、减轻洪患的作用。 点、线、面结合 综合治理 点─水库、蓄、滞洪区、湖泊 线—沿河筑堤，裁弯取直 面─水土保持，植树造林，修筑塘堰
保护城镇 重大城市 重要城市 中等城市 一般城市 无 保护工业区 重大工业区 重要工业区 中等工业区 一般工业区 无 保护农田 面积 (万亩) >500 100～500 20～100 5～10 <5 防洪标准 洪水频率(%) 重现期(年) 1～ 0.33 2～1 5～4 10～5 20～ 5 100～ 300 50～100 20～50 10～20 5～ 20
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水库泄洪建筑物泄流能力分析:
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式中:B─溢流堰净宽；h─堰顶水深(m)； ε — 侧收缩系数； m─流量系数，其值取决于溢流堰型式； µ —孔口出流系数；ω—孔口出流面积 。
第三节
水库调洪计算的试算法
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四、防洪标准 2.下游防护对象的防洪标准 防洪标准的高低取决于防护对象的重要性。当这种标准的洪 水来临时，通过水库的调洪作用，控制下泄流量，使下游防洪 控制点的洪水不超过那里的河道安全泄量。显然,没有水库的 安全，也就谈不上下游防护对象的安全，因此上述水库洪水标 准一般都高于防护对象的防洪标准。
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[例]某水库的泄洪建筑物形式和尺寸已定，溢洪堰设有闸门 控制。水库的运行方式是在洪水来临时，先用闸门控制，使 水库泄流量等于入库流量，水库保持汛期防洪限制水位(38m) 不变。随着入库流量继续增大，闸门逐渐开启直至达到全部 开启，水库泄流q随库水位的升高而加大，闸门全部开启后的 流态为自由泄流。 已知堰顶高程为 36m，水库容积曲线 V=f（Z），并根据泄 洪建筑物形式和尺寸，算出水位和下泄量关系曲线q=f（Z）， 见下表。