第4章 水库洪水调节2012

对沿岸城市构成巨大威胁
二.我国洪水的基本情况
我国是洪水灾害严重的国家：
• 自公元前206年-公元1949年，共发生洪灾1092次，平均每两 年就发生一次水灾。
• 1949-1988年间，平均每年受灾面积达1.2亿亩，成灾0.8亿亩， 主要江河都发生过较大洪水。 • 1998年由于长江、松花江、嫩江流域遭遇历史罕见洪水，全 年洪水直接经济损失高达2642.0亿元，洪水灾害对我国国民经 济的可持续发展构成了严重威胁。
列表试算法 在水利规划中，常需根据水工建筑物的 设计标准或下游防洪标准，按工程水文中所 介绍的方法，去推求设计洪水流量过程线。
已知：入库洪水过程 下游允许水库下泄的最大流量 水库汛期防洪限制水位 泄洪建筑物的型式和尺寸 推求：下泄洪水过程线 拦蓄洪水的库容和水库水位的变化
一 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。
•
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
•永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水标准
水电站厂房正常运用洪水标准和非常运用洪水标准
永久性挡水和泄水建筑物非常运用洪水标准
第三节 水库调洪计算的原理
调洪计算的目的（研究课题）：
一定的水库
拟定的泄洪建筑物
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。）
水库的管理运用阶段，调洪计算的任务：是根据入 库的洪水，在泄流建筑物类型尺寸已定的情况下， 通过蓄泄调节计算，来预报水库达到的最高库水位 和最大下泄流量。
滞洪
一.调洪任务 蓄洪
当水库有下游防洪任务时，它的 作用主要是削减下泄洪水流量， 使其不超过下游河床的安全泄量。 只削减下泄洪峰流量，基本上不 减少下游洪量。
若水库不需承担下游防洪任务，则洪水期下泄流量可不受限 制。但由于水库本身自然地对洪水有调蓄作用，洪水流量过程 经过水库时仍然要变形，客观上起着滞洪的作用。
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)
无闸门情形一
无闸门情形二
有 闸 门 情 形 一
第四章 水库洪水调节计算
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第一节 洪水危害及防洪措施 第二节 水库调洪的任务和防洪标准 第三节 水库调洪计算原理 第四节 水库防洪列表计算 第五节 水库防洪半图解法 第六节其他情况下的水库调洪
第一节 洪水危害及防洪措施
• 一. 洪水概述 • 二.我国的洪水灾害基本情况
• 三.防洪措施
有闸门情形二
二、防洪标准
在水库调洪过程中，入库洪水的大小不同，下泄洪水、 拦蓄库容、水库水位变化等也将不同。通常，入库洪水的大 小要根据下游防洪要求以及大坝等水工建筑物的防洪安全要 求来选定。因此，在进行水库调洪计算时，必须先确定一个 合理的防洪标准。
水工建筑物的防洪标准：
（1）若水库不需承担下游防洪任务，则应按水工建筑 物本身的防洪安全要求选定防洪标准。 一是正常运用情况的标准，称设计标准，不超过这种 标准的洪水（设计洪水）来临时，水库枢纽一切工作维持 正常状态； 二是非常运用情况的标准，称校核标准，该种标准的 洪水（校核洪水）来临时，水库枢纽的某些正常工作和次 要建筑物允许暂时受到破坏，但主要建筑物（如大坝、溢 洪道等）必须确保安全。
洪水的分类：
一般洪水：重现期小于10年。
较大洪水：重现期10～20年。 大洪水：重现期20～50年。
特大洪水：重现期超过50年。
洪水会造成哪些危害?
冲垮河堤
洪水会造成哪些危害?
淹没农田与村庄
洪水会造成哪些危害?
破坏交通等公共设施
洪水会造成哪些危害?
造成人畜伤亡
洪水会造成哪些危害?
1991
98 长 江 特 大 洪 水
‘98’洪水 长江 嫩江 松花江 江江（） 洪湖 太湖 洞庭湖 湖湖（） （）太小
• 长江流域发生了仅次于1954年的全流域型大洪水。嫩江流域、松 花江干流发生了超过历史实测记录的特大洪水。长江九江大堤发 生决口。全国800多万人参加了抗洪抢修，调用抢险物料总价值 130多亿元。抗洪抢险期间形成了“万众一心、众志成城、不怕 困难、顽强拼搏、坚韧不拔、敢于胜利”的伟大抗洪精神
3.基本原理：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)
水量平衡方程
Qi+1 Qi qi+1
Q~t
Q1 Q2 q1 q2 t t V2 V1 2 2
qmax
q~t V2-V1 ti ti+1
（2）若水库要承担下游防洪任务，则除了要选 定水工建筑物的设计标准外，还要选定下游防护对 象的防洪标准，即防护对象所应抗御的设计洪水频 率。防护对象的防洪标准，应根据防护对象的重要 性、历次洪灾情况及对政治、经济的影响，结合防 护对象和防洪工程的具体条件，并征求有关方面的 意见。
•
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
防洪措施简介
修筑堤防 河道整治
工程措施
开辟分洪道和分蓄洪工程
防洪措施
水库拦洪
水土保持 洪泛区管理
非工程措施
建立洪水预报和洪水警报系统
洪水保险
第二节 水库调洪的任务与防洪标准
规划设计阶段，调洪计算的任务是根据水文分析计 算提供的各种标准的设计洪水，对已经拟定的泄流 建筑物型式与尺寸方案，遵循水库汛期控制运用规 则，进行水库的蓄泄调节计算，推求泄流过程和最 大下泄流量，并确定有关防洪的特征水位与特征库 容。
疏浚河道
兴修堤防
修建水库
分洪区分洪
水土保持工程
防洪非工程措施
防洪的非工程措施指通过法令、政策、经济手段和 防洪工程以外的技术手段等，以减少洪灾损失的措施。 包括：洪泛区土地管理；建立洪水预报预警系统，拟 定居民的应急撤离计划和对策；制定超标准洪水的紧 急措施方案；实行防洪保险，建立防洪基金和救灾组 织等。
防洪标准 类型、尺寸 防洪限制水位 入库洪水过程 下游安全泄量
出库 洪水 过程
最大 下泄 流量
防洪 特征 库容
特征 水位
• 一.洪水调节计算原理
• 1.水库调洪计算的直接目的，在于求出水库 逐时段的蓄水、泄水变化过程，从而获得调 节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄 流量，供进一步防洪计算分析之用。 • 2.水库调洪演算要遇到两种情况： 一种为下泄流量受到控制的调洪演算，其 控制调节方式由水库防洪运行规则决定。这 只有在有闸门控制的泄洪设备条件下才存在。 另一种情况为自由泄洪条件下的调洪演 算，无闸门溢洪道泄流、或设闸门开启程度 一定的条件下泄流属此种情况。
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)。
• 目前常用的调洪计算方法主要有列表式算法和半图解法。
需要注意的几点：
在有闸门控制的情况下，q=f（V）不是一条曲线，而是以不 同的闸门开度为参数的一组曲线。 在承担下游防洪任务的情况下，当要求保持q不大于下游允 许的最大安全泄量q安时，就要利用闸门控制q。 当泄洪建筑物虽设有闸门，但泄洪是将闸门全开，此时实际 上与无闸门控制的情况相同。
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。
• 根据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)。
一. 洪水概述 洪水一词，在中国出自先秦《尚书》。该 书记载了4000多年前黄河的洪水。据中国历 史洪水调查资料，公元前206～公元1949年间, 有1092年有较大水灾的记录。在西亚的底格 里斯－幼发拉底河以及非洲的尼罗河关于洪 水的记载，则可追溯到公元前40世纪。 洪灾是指一个流域内因集中大暴雨或长时 间降雨，汇入河道的径流量超过其泄洪能力 而漫溢两岸或造成堤坝决口导致泛滥的灾害。
第四节 水库调洪计算列表试算法
• 水利规划中，常需要根据水工建筑物的设 计标准或下游的防洪标准，按水文学中介绍 的方法去推求设计洪水流量过程线。对于调 洪计算来说，入库洪水流量过程线及下游所 允许的水库最大泄流量都是已知的。并且对 于初步拟定的方案，汛限水位及泄洪建筑物 的样式尺寸也是确定的。 • 调洪计算就是在这些已知条件下，推求泄 洪的过程线、拦蓄洪水库容和水库水位变化 过程线。
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
qBaidu Nhomakorabea堰 M 1 BH
q 洞 M 2ω H 0
2
B.对于深水式泄洪洞，按有压管的出流公式计算：
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。
长江水灾
汉初至清末近2100年 水灾214次，平均10年一次 大洪水年份 宜昌站流量 损失 1788 8.6 万 沙市以上溃22处； 1860 9.25 万 受淹3万多KM2； 1870 10.5 万 受淹3万多KM2 ； 1931 6.46万 亡14.5万； 1935 5.69万 亡14.2万； 1949 5.79万 亡5699； 1954 6.61万 亡33169 ； 1998 6.33万 亡1432人，淹没耕地358.6万亩，受 灾人口231.6万
△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
水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程： 蓄泄方程：
补充蓄泄方程 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)。
• 三.防洪措施：
（1）对于自然因素，须通过各种工程措施进行抵 御。如兴修堤防、整治河道、兴建水库及分洪滞洪工 程、开挖新河和水土保持等。
（2）对于人为因素，需要在防洪的指导思想上来 个转变和发展。国内外已先后逐渐采取的工程措施和 非工程措施想结合抗御洪水的办法即是此防洪思想和 策略的发展，比较有效
若水库是防洪与兴利相结合的综 合利用水库，则除了滞洪作用外 还起蓄洪作用。蓄洪既能削减下 泄洪峰流量，又能减少下游洪量。
有时，水库下泄的洪水与下游区间洪水或支流洪水遭遇，相 叠加后其总流量会超过下游的安全泄量。这时就要求水库起 “错峰”的作用，使下泄洪水不与下游洪水同时到达需要防护 的地区。这是滞洪的一种特殊情况。
防洪工程措施
防洪工程措施工程措施是指利用水利工程拦蓄调节洪量、 削减洪峰或分洪、滞洪等，以改变洪水天然运动状况,达到 控制洪水、减少损失的目的。
包括：修筑堤防、整治河道，将洪水约束在河槽里并顺 利向下游输送；修建水库控制上游洪水来量，调蓄洪水、 削减洪峰；在重点保护地区附近修建分洪区（或蓄滞洪 区），使超过水库、堤防防御能力的洪水有计划地向分滞 洪区内分减，以保护下游地区的安全。