水利水能规划 第三章 洪水调节1

V q V1 q V2 q 、 、 、 均可与水库水位Z建立函数关系 t 2 t 2 t 2
第四节
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：
【例3-1】
水库调洪计算的基本步骤
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。 （a）分析确定起调水位Z1 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。
第三章
第一节 第二节 第三节 第四节
洪水调节
水库调洪的任务与防洪标准 水库调洪计算的原理 水库调洪计算的列表试算法 水库调洪计算的半图解法
第五节
其他情况下的水库调洪计算
第一节 水库调洪的任务与防洪标准 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形式和尺寸、调洪 方式等，通过计算，推求出水库的出流过程、最大 下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位。 作用：拦蓄洪水，削减洪峰，延长泄洪时间， 使下泄流量能安全通过下游河道。
水库泄洪建筑物的类型：溢洪道、泄水中孔、底孔 及泄洪隧洞。 在一般情况下，应首先考虑采用比较经济、泄洪 能力大的溢洪道为主要泄洪设施。 为满足非常情况的需要，大型水库都要设置有放 空水库的底孔。 泄洪隧洞的特点与泄水孔相似，但造价较高。
入库洪水与坝址洪水的区别
入库洪水：指建库条件下，通过各种途径进入水库的洪水。
q~t V2-V1 ti ti+1
△t
Q~t
q1、V1
q 2、V2
t
qi
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
2.蓄泄方程 泄流能力：指该水头下泄洪建筑物可能通过 的最大流量，是实际泄流量的上限。
在溢洪道型式、尺寸一定的情况下，取决于堰 顶水头H，即 其q=f(H) 。对于无闸或闸门全开的 表面式溢洪道，下泄流量按堰流公式计算；深水式 泄洪洞的下泄流量按有压管公式计算。当水库内水 面坡降较小，可视为静水面时，泄流水头H只是库 中蓄水量V的函数，即H＝f(V)，故下泄流量q为蓄 水量V的函数，即 q＝f(H) 或q＝f(V)。
C
入库洪水示意图
第二节
ห้องสมุดไป่ตู้水库调洪计算的原理
1.水库水量平衡方程 在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时 段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为：
Q、q(m3/s)
1、水量平衡方程
Qi+1 Qi qi+1
Q~t
Q1 Q2 q1 q2 t t V2 V1 2 2
qmax
第四节
水库调洪计算的半图解法
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 第一时段初始的Z1、q1、V1各值。
第四节
Z(m)
水库调洪计算的半图解法
g
下泄流量q（m3/s）
2.
0
水 库 调 节 洪 水 示 意 图
流 量 Q q
Q～t V蓄
q～t
库 水 位 Z
Z～t
(a)
防洪标准：包括保护对象的防洪标准和水工建 筑物的防洪设计标准,它是衡量防洪措施、防洪能 力和防御洪水水平的标准。
表1 不同防洪保护对象的防洪标准
防护对象
城镇 工矿区
防洪标准
农田面积（万亩） 重现期（年） 频率（%）
双辅助线法的基本原理仍然是逐时段连续求解 水库的水量平衡方程和蓄泄方程，但为了避免试算， 需对这两个方程作适当的变换。
Q1 Q 2 q q2 Δt 1 Δt V2 V1 2 2
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
q V q V Q 1 1 2 2 2 t 2 t
V q t 2 V q f 2 (Z ) t 2 f1 ( Z )
f 3 (Z )
f1 (Z )
f 2 (Z )
f3 (Z ) q
V q V q Q (m3 / s), (m3 / s), (m3 / s) t 2 t 2
调洪计算半图解法的双辅助线
第三节 水库调洪计算的列表试算法 4)将入库洪水Q(t)和计算的q(t)两条曲线点绘在一 张图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点， 说明计算的是正确的。否则，计算的有误差，应改变 时段重新进行试算，直至计算的正好是二线的交点为 止。 5)由qm查q～V曲线，得最高洪水位时的总库容Vm， 从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容V调。由Vm 查Z～V 曲线，得最高洪水位Z洪。（当入库洪水为设 计标准的洪水时，求得的qm、V调、 Z洪即为设计标准 的最大泄流量qm,设、设计防洪库容V设和设计洪水位Z 设。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的 qm、V调、 Z洪即为qm,校、V校和Z校。）
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t
qmax
Q~t qmax
q~t
q~t
t (min)
t1 t2 t' △t
t (min)
qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。
水库调洪计算的基本步骤
（4）推求Vm、V调、Zm。
V调=Vm-V汛限
qmax
q~V
Vm
Z~V
Zm
第四节
水库调洪计算的半图解法
入库洪水与坝址洪水的区别 坝址洪水：指未建库条件下，在坝址处形成的洪水。 入库洪水与坝址洪水的差异： 坝址洪水可由水文测验测得； 产流条件的变化和影响； 调蓄作用的变化和影响；
库面 区间陆面 A
A、B、C为水 库回水末端 B
流域汇流时间的变化和影响； 库区洪水波的变化和影响。
坝址
水库周边
第五节
其它情况下的水库调洪计算
1.下游有防洪要求的情况：
Q、q
时段 t1-t2 t2-t3 t3-t4 t4以后
闸门 运用 打开 全开 关小 开大
q =Q ＜Q =q安 ≤q安
Z 保持Z限 上升 上升 下降
V防 q安
t0
t1 t2 t3
t4
t
(a)
2.下游有防护要求，但防洪标准小于水工建筑物 的设计标准
3
/ s)
第四节
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。
时段 t1-t2 闸门 运用 打开 全开 关小 全开 全开
Q、q
q =Q ＜Q =q安 ＜Q ＞Q
Z 保持Z限 上升 上升 上升 下降
q安
V防
t2-t3 t3-t4 t4-t5
t
t5-t6
t0 t t t3 1 2
t4
t5
t6
(b)
3.有短期洪水预报，水库预泄运用
Q、q
时段 V防 t1-t2 t2-t3 t3-t4
利 用 辅 Z2 e 助 线 在 图 Z1 a 上 求 解。
f 3 (Z )
f1 ( Z )
f
f 2 (Z )
q2
b
d
c
f1 ( Z )
f 2 (Z )
V q t 2
V q t 2
f3 (Z ) q
Q( m
3
V q / s ), (m 2 t
3
V q / s ), (m 2 t
A.对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道，按堰流 公式计算： 3
q 堰 M 1 BH
2
B.对于深水式泄洪洞，按有压管的出流公式计算：
q 洞 M 2ω H 0
1
2
为调洪计算方便，一般将上两式绘成蓄泄曲线q＝ f(V),其中q为水库蓄量v时对应的泄流能力。该式是 假设库水面为水平面时的水库泄流方程。
水库调洪计算的基本步骤
起始条件 假设q2 Z1
Z~V q~V
V1、q1 V2 蓄泄 方程 q'2
q~V
Q1 Q2 q q t 1 2 t V2 V1 2 水量平衡方程 2
Q1、Q2
Δt
q2=q'2
？
qm、Zm q~t q2、V2
推求q~t曲线示意图
水库调洪计算的基本步骤
（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
原因：水库建成前的坝址洪水 与建成后的入库洪水有所差别， A 用入库洪水作为实际依据更符 区间陆面 A、B、C为水 合建库后的实际情况。 库回水末端 入库洪水的组成： B 1）水库回水末端干支流河道断 库面 面的洪水——入库断面洪水； 2）上述干支流河道断面以下到 C 水库周围的区间陆地所产生的 坝址 水库周边 洪水——区间陆面洪水； 3）水库库面的降水量——库面洪水。 入库洪水示意图
闸门 运用
打开 全开 全开
q ＞Q ＜Q ＜Q
Z 下降 上升 上升
q安