水利水能规划 第三章 洪水调节1

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（%）
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
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
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
【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。
闸门 运用
打开 全开 全开
q ＞Q ＜Q ＜Q
Z 下降 上升 上升
q安
t4-t5
t0 t t1 t2 t3 t4 t5
关小
开大
=q安
＞Q
上升
下降
t6
t5-t6
(c)
【例3-3】
水库 QB=q+Q区
Q
A 坝址
q
QB
B Q区
防 洪 保 护 区
河流
6h
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
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
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)。
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。
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：
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。
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。
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。）
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。
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
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。
C
入库洪水示意图
第二节
水库调洪计算的原理
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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
≥500 ≥100 ＜1
特别重要城市 特别重要工矿区
重要城市
中等城市 一般城市
重要工矿区
中等工矿区 一般工矿区
100～500
30～100 ≤30
50～100
20～50 10～20
2～1
5～2 10～5
表2 永久性水工建筑物洪水标准
建筑物的级别 正常运用（重现期） 非 土坝、堆石坝、及 干砌石坝 常 运 混凝土坝、浆砌石 用 坝及其它建筑物 1 2 3 4 5 30～20 300 200 2000～500 500～100 100～50 50～30 10000 5000 2000 1000 1000 500 500 300
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
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
对于狭长的河川式水库，在通过洪水流量时，由于回水的 影响，水面常呈现明显的坡降。在这种情况下，按静库容曲线 进行调洪计算常带来较大的误差，因此为了满足成果精度的要 求，必须采用动库容进行调洪计算。这时上式中的V应为动库 容与静库容之和即总库容。
第三节 水库调洪计算的列表试算法 解题步骤： 1)根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲 线Z～V，并根据既定的泄洪建筑物的型式和尺寸，由 相应的水力学出流计算公式求得q～V 曲线。 2)从第一时段开始调洪，由起调水位(即汛前水位) 查Z～V 及q～V 关系曲线得到水量平衡方程中的V1和 q1，由入库洪水过程线Q(t)查得Q1、Q2；然后假设一个 q2值，根据水量平衡方程算得相应的V2值，由V2在q～V 曲线上查得q2，若二者相等，即为所求。否则，应重 设q2，重复上述计算过程，直到二者相等为止。 3)将上时段末的q2 、 V2值作为下一时段的起始 条件，重复上述试算过程，最后即可得出水库下泄流 量过程线q(t)。