水库调洪计算与防洪调度讲义课件(87页,内容丰富) (1)[全面]

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。
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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
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
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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
V
t
q (m3 2
/
s),
V t
q 2
(m3
/
s)
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

用暂时炸开副坝作为非常泄洪措施的。非常溢洪
道的堰项高程，当正常溢洪道不设闸门时，普通
应不低于正常溢洪道堰顶高程；当正常溢洪道设
闸门时，一‘般应不低于防洪限制水位。
•
非常泄洪设备投入运用的启用规范、目前都
以某一库水位来表示，该水位称为启用水位z启。
二、启用非常泄洪设备时的 水库调洪计算
• 当入库洪水为校核规范的洪水，水库启用 非常泄洪设备参与泄洪时的水库调洪计算， 其根本原理与方法，与前面第二节引见的 完全一样。需求留意的是，当库水位到达z 启以后，非常泄洪设备投入运用，水库的 泄量为非常泄洪设备泄量与正常泄洪设备 泄量之和。因此，原来为正常泄洪制造的 q —v 关系线，以及q—v/t + q /2 辅助线在z 启与相应库容Ｖ启以上。
第二节 水库调洪计算原理与方法
• 一、水库调洪计算的原理 • 水库调洪计算的根本原理，是逐时段地联立
求解水库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程。
12-4水库水量平衡表示图来自• 二、水库调洪计算的方法 • 水库的调洪计算，就是适时段地求
解方程组(12—1)和(12—4)。常用的方 法有列表 试算法、半图解法和简化三 角形法等。
第三节 水库防洪水利计算
• 一、水库防洪水利计算的义务
•
水库防洪水利计算的义务，主要是对各种拟
定的方案，进展调洪计算，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
论证和选锑最正确方案提供根据。
• 二、溢洪道无闸门控制水库的防洪水利计算
•
中小型水库为了节省投资、便于管理，溢洪
道普通不设闸门。水库的汛限水位大多与正常蓄
•
(一)列表试算法
(二)半图解法

水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程：
蓄泄方程：
方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换算
得到。
（1）堰流
3
q溢M1BH2
H即为库水位Z与堰顶高程之差
（2）闸孔出流 q洞M2H12 H即为库水位Z与闸孔中心高程之差
根据H与q的关系曲线求出Z与q的关系曲线q=f(z)。由水 库水位z在水库容积特性曲线上，求出相应的水库蓄水容积V。 于是，最终求出下泄流量q与库容V的关系曲线q=f(V)
调洪计算的目的（研究课题）：
一定的水库 拟定的泄洪建筑物
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
水库调洪计算的任务
在规划设计阶段，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，进行水库的蓄泄调洪计算， 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。
计算步骤
（1）由已知的水库水位容积关系曲线V=f (Z)和泄流建筑物方 案，用水力学公式求出下泄流量与库容的关系曲线q=f(V)；
（2）选取合适的计算时段△t，以秒为计算单位；
（3）决定开始计算的时刻和此时刻的V1、q1值，然后列表计 算。计算过程中，对每一计算时段的V2、q2值都要进行试 算；先假定一个q2值，根据水量平衡方程求出V2,然后按此 V2值在q~V曲线上查出q2值，若与假定的q2不相等，则要 重新假定一个q2值，重复上述试算过程，直至两者相等或 很接近为止。这样多次演算求得的q2、V2值就是下一时段 的q1、V1值，可依据此值进行下一时段的试算。

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)
水库调洪计算的半图解法
7.推求Vm、V调、Zm。
q~V
qmax
V调=Vm-V汛限
水库调洪演算的原理和方法
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。
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：
Vq f1(Z) t 2
f2(Z)
V t
q 2
f3(Z) q
f3 (Z )
f1(Z )
f2 (Z )
Q (m 3/s) ,V q (m 3/s) ,V q (m 3/s)
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。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流

水库防洪调度技术基础
主要内容
➢水库防洪调度任务 ➢防洪标准 ➢水库特征指标 ➢调洪演算原理 ➢防洪调度方式 ➢洪水判别条件 ➢洪水调度 方法
➢中小洪水调度 ➢防洪与兴利调度 ➢水库群防洪调度 ➢水库防洪优化调度 ➢几个案例
1、水库防洪调度任务
水库防洪调度的核心任务：运用水库的调蓄能力，按来水、蓄水情况、水文 预报和水库的工程状况，有计划地对入库径流进行蓄泄。在保证工程安全的前提 下，根据水库承担任务的主次，按照综合利用水资源的原则进行蓄泄控制，以达 到防洪、兴利的目的，最大限度地满足国民经济各部门的需要。其内容包括：编 制水库调度计划及确定各项控制运用指标、拟定水库调度方式、进行洪水过程中 的实时调度等。解决两大矛盾：
7、洪水调度方法
（1）规程调度 规程调度具体应用一般是：在调度中严格按照所用的判
别条件（如防洪特征库水位、入库洪峰流量等）决定水库 的蓄泄量。
在水库防洪标准以内按下游防洪要求调度，来水超过水 库防洪标准，则以保大坝安全为主进行调度。下游防洪调 度方式一般有固定或控制下泄量方式及补偿调节方式。
7、洪水调度方法
提高水库的兴利效益。通过预报对入库洪水有一个比较准 确的判断，可在进行调度中少弃水，或不弃水。
目前全国正在开展的水库动态汛限水位的研究，就是基于 水库防洪预报调度理论开展的。
8、中小洪水调度
超标准洪水调度
标准内洪水调度可以实现设计（规定）的防洪目标，完成 防洪调度任务。
超标准洪水调度，才是调度过程中需要解决的难题，更是 考验调度决策者智慧和体现决策水平的关键！
6、洪水判别条件
入库流量判别条件
如万安水库：
A级：当8800 m3/s <Q入库<9550 m3/s 时，水库开始蓄水，下泄流量按8800 m3/s控制。（拦蓄流量0- 750 m3/s ）

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V 1 和q 1 ；
由入库洪水过程线Q(t)查得Q 1 、Q 2 ；然后假设一个q 2 值，
根据水量平衡方程算得相应的 V 2 值， 由V 2 在q ～ V曲线
如此继续试算下去，即得表1.6第(6)栏所示的下泄流量过程q(t)。
(5) 计 算 最 大 下 泄 流 量 q m ， 按 每 时 段 ∆t=12 小 时 ， 取 表 1.6 中 第 (1) 、 (3) 、
(6)栏的t、Q 、q值，绘出如图1.5的Q(t)和q(t)(退水段为虚线 )过程线。
可见以∆t=12小时逐时段试算求得的q m =240m 3 /s不是正好落在 Q(t)线上，
视为静水面时，其泄流水头 H 只是库中蓄水量 V 的
函数，即 H=f（V），故下泄流量
q 成为蓄水量
V
=
（1.2）
或
的函数，即
=
（1.3）
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2.2考虑静库容的调洪计算方法
按静库容曲线进行调洪计算时，系假设水库
水面为水平，采用下泄流量与蓄水量的关系
q=f(V) 求解。常用的方法有列表试算法和图解分
10～5
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1.2洪水的特点及防洪措施
1、洪水的特点
洪水一般是指河、湖、海所含水体上涨 ，超过常规水位的水流现象 。
天然 河道 中 ，某些 年份 由于水文 气象 的不利影响 ， 使汛期（或 其 他季节 ）河 中 流量超过河 槽 的宣泄能力
而泛滥两岸，即形成所谓的洪灾 。洪水有下面几个特性：

（六）水库防洪调度的一般要求
1、编制年度防洪调度计划，拟定防御超标准洪水 应急预案。
2、防洪调度首先要保障大坝安全。调洪库容不能 随意占用。
3、按照防洪规划，水库要与下游河道堤防、分蓄 宏区、分洪道等防洪工程体系联合运用。
4、拟定的防洪调度方式要安全可靠，判别条件要 简明易行。
5、水库防洪调度要服从防汛指挥机构的统一指挥。
1993年，青海沟后水库（小一型）垮坝，造成 288人死亡，40人失踪。
（三）水库设计标准及重要特征参数
1、设计洪水的基本概念 设计洪水是根据流域内实测的历史暴雨、洪水资料， 通过频率计算推求不同设计标准洪水的洪峰流量和不同 时段洪水总量，再用历史上典型年洪水过程同频率同倍 比放大而求得的设计洪水过程。 具体的推求方法有：一是通过实测洪水资料；二是 通过实测暴雨；三是利用《暴雨统计参数图集》查算。 （1）设计洪水及设计洪水位 （2）校核洪水及校核洪水位 （3）可能最大洪水（PMF）及保坝洪水
势凶猛，瞬变性大，在这种情况下决策延误或失误都会造成严重后果；
一、防洪调度决策概要
（一）防洪工作的特点 三是防洪目标与防洪设施保障的不协调性。随着社会经济的日
益发展，洪水防护目标也日益增多，要求也越来越高。现有的防洪设 施只能抵御几年或几十年一遇的洪水，这种不相适应的矛盾短期内难 以解决；
四是兴利与除害之间存在矛盾。我国是一个水资源贫乏的国家 ，汛期防洪调度除了考虑水库防洪安全之外，尚须考虑蓄水对非汛期 对灌溉、发电等兴利的综合需求。因此，涉及洪水资源化的问题。
2、明确防洪调度的方式 3、对防洪调度实施的有关问题都应在防洪调度规则中提
出必要的要求或规定。
（二）水库防洪调度方式的拟定
1、无下游防洪任务的防洪调度 2、有下游防洪任务的防洪调度 3、分期防汛调度 4、预报调度 5、水库群的调度

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7.2 洪水调节计算原理及方法
① 推求该水库的蓄泄曲线q~V。 该水库蓄泄曲线q~V已经给出如表6.2所示。
② 确定调洪的起始条件。 溢洪道属于无闸门控制的情况，对设计条件，取起 调水位与堰顶平齐，且等于正常蓄水位，故得该水 库 的 起 调 水 位 为 116m ， 与 之 相 应 的 库 容 V1 为 247*106m3，下泄流量q1为发电流量q电=10m3/s。
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7.1 概述
➢ 为了完成上述任务，必须遵循的原则是： ① 在确保水库工程安全的前提下，最大限度地发挥水库
对上、下游的防洪作用； ② 在满足第一条原则基础上，正确处理防洪与兴利的关
系，尽量使防洪库容结合兴利，并力求少留调洪库容， 且通过预报调度重复利用，提高水库综合效益； ③ 力求合理核定调洪参数，使制定的调洪规则和防洪调 度图既安全可靠，又切合实际； ④ 应根据洪水预报来拟定和不断修正泄洪方式，尽量使 下泄流量均匀，以减轻下游的防洪压力。
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7.2 洪水调节计算原理及方法
➢ 1. 水库泄洪建筑物泄流能力分析
在水库枢纽工程中，根据水库的具体条件，可设表面溢 洪道或深水式泄洪洞，或两者兼有。
泄洪建筑物在某水头下的泄流能力，是指该水头下泄洪 建筑物可能通过的最大流量，是实际泄流量的上限。对 于无闸溢洪道，该水头下的泄流量和泄流能力一致；对 于有闸溢洪道，当闸门全开时两者也是一致的。溢洪道 的泄流能力仅随水头而变化，只是在实际应用中，无闸 溢洪道只能按泄流能力下泄，有闸溢洪道可以在泄流能 力之内按调洪方式由闸门控制泄流。
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7.1 概述
➢ 2.防洪非工程措施 防洪非工程措施是指为了减少洪灾损失，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。例如洪水水情测报、预报和报警，防洪 调度、防汛抢险、洪水风险管理等均属于防洪的非 工程措施。

发电量和保证出力是水库调度的两个对立目标,如何协调 发电量和保证出力,是制定水库群联合调度方案的关键。
在计算机系统运用中加入人工干预----水 库调度自动化。
第二节 我国水库防洪发电调度现状
一、水情自动测报系统 二、气象信息采集 三、通讯现状 四、洪水预报调度现状 五、计算机利用现状 六、水文历史数据库现状
大区电网调度中心
大型火电厂、 水电厂和核电厂 省调度中心
中型火电厂、 水电厂和核电厂 梯形水电站控制中心
地区调度所
地方火电和水电
县级调度所
国家调度中心
大区电网调度中心
省调度中心 地区调度所 县级调度所
大区电网调度中心 主网枢纽变电所 （500kv以上） 省调度中心 省直接调度变电站 枢纽变电站
地区调度所
二、调度系统运行状态及相应的调度控制
增加机 组出力重
新并列
正常状态
满足
满足所有约束条 件，有一定的旋
转备用
恢复状态
警戒状态
依然满足约 束条件，备 用减少很多
系统崩溃
不满足所有约束 条件，系统解 列，切除负荷
紧急状态
只满足等式约束 条件，如发生短 路或者大机组退
出
第七节、水库调度自动化
1.水库调度调度自动化是如何实现的
日程调度实时操作规则等。
4、水库调度的特点 ▲经济效益：对企业而言，经济效益最大化。
▲径流的随机特性：水库天然入库流量是一种随机变量，他的出 现具有偶然性。
▲调度的多阶段性：水库在循环周期内，不同的运行阶段有不同 的调度方式。
▲运用的多目标性：水库一般度有综合利用任务，如防洪、发电、 航运、灌溉、供水等，其相互之间会产生制约、影响。
▲水库结构的复杂性：库容曲线、机组出力曲线、孔洞泄流曲线 的非线性关系等。

三、溢洪道有闸门控制水库 防洪水利计算
• 为多目标服务的综合利用水库，溢洪道往 往都设有闸门控制。在有闸控制的情况下， 为同样满足下游防洪要求而所需的防洪库 容要比无闸的小，如图12—15(a )所示。而 当防洪库容相同时，有闸控制的最大下泄 量也可以较小些，加图12—15(b )所示。溢 洪道设置闸门，还为下游避免区间洪水与 上游洪水遭遇创造了条件，有利于下游的 防洪。同时，也为水库兴利库容与防洪库 容的结合提供了可能。
第五节 水库的防洪调度
• 一、水库的防洪调度方式 • 为了确保水库的安全和满足下游的防洪要求，在 汛期水库必须按照当年的实际情况，编制汛期控 制运用计划，搞好防洪调度。其中，重要的内容 之一，就是要拟定切实可行的防洪调度方式。所 谓防洪调度方式，也就是调节洪水的方式。包括 泄流方式、泄流量的规定和泄洪闸门的启闭规则 等。对于有闸门控制的溢洪道或泄洪隧洞，常用 的防洪调度方式有：控制泄流与自由泄流相结合、 固定泄流、以及补偿调节三大类。
第四节 启用非常泄洪设施时的 水库调洪计算
• 一、水库的非常泄洪设施及其启用标准 非常运用的校核洪水比一般设计洪水大得多。 因此，为确保大坝安全，又不使正常泄流设施泄 流规模过大而造价过高，故常设置非常泄洪设施 来协助正常泄流设施宣泄校核洪水。 非常泄洪设施，可以是非常溢洪道和非常泄洪 洞。在我国采用较多的是非常溢洪道。也有采用 临时炸开副坝作为非常泄洪措施的。非常溢洪道 的堰项高程，当正常溢洪道不设闸门时，一般应 不低于正常溢洪道堰顶高程；当正常溢洪道设闸 门时，一‘般应不低于防洪限制水位。 非常泄洪设施投入运用的启用标准、目前都以 某一库水位来表示，该水位称为启用水位z启。
• 二、水库调洪计算的任务
•
在规划设计阶段，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。 在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。

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水库的特征水位和特征库容
1. 死水位Z死和死库容V死 在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位称死水位。 死水位以下的库容称死库容。
2.正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴 水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求而在开始供
水时应蓄到的高水位，称正常蓄水位。Z蓄与Z死间的库容，称 V兴。
q=f(V) 或 q-V曲线
（7-4）
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7.2 洪水调节计算原理及方法
• 在式（7-3）（7-4）中，仅q2、V2为未知数，故 可联立求解。例如第一时段，Q1、Q2可从入库洪 水过程线得知， q1、V1可由起调水位Z1查Z-V，qV线得到，从而可联立求解出q2、V2 。该时段q2、 V2正是第二时段开始时的q1、V1，于是又可联立 解出该时段末的q2、V2，依次类推，即可求得水 库下泄流量过程线、最大下泄流量q1、调洪库容V 洪和水库最高洪水位Z洪。
各级人民政府的首长担任指挥。 • 水利部所属的流域管理机构内部组成防汛办事机构，黄
河、长江等跨省的重要河流设防汛总指挥部，由流域机 构负责人负责。
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7.1 概述
➢2.责任制度 • 防汛是一项责任重大的工作，必须建立健全各种
防汛责任制度，做到有章可循，各施其职。我国 防洪工作实行各级人民政府行政首长负责制，实 行统一指挥，分级分部门负责；各有关部门实行 防汛岗位责任制。具体包括如下：
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7.1 概述
① 行政首长负责制 ② 分级责任制 ③ 分包责任制 ④ 岗位责任制 ⑤ 技术责任制 ⑥ 值班工作制度
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7.2 洪水调节计算原理及方法

方案实施
方案的实施需要与相关部门和人员进行协调和配合，包括洪水预报 机构、水库管理部门、下游保护目标的管理部门等。
03
水库防洪调度的实践应用
水库的洪水调度实践
总结词
水库的洪水调度实践是水库防洪调度的重要环节之一，通过对洪水进行科学合理的调度，可以最大程度地减轻洪 水对水库的威胁，保障水库的安全和稳定运行。
某小型水库的防洪调度案例
总结词
灵活机动、应对突发
详细描述
该小型水库位于某小流域上游，控制性较弱 ，主要承担着防洪任务。在防洪调度方面， 该水库采用了洪水预报、实时监测等手段， 并注重与当地政府和群众的沟通协调，确保 了防洪效果和工程安全。同时，该水库还针 对可能出现的突发事件制定了应急预案，提
高了应对能力。
02
水库防洪调度通常由水库管理机 构根据其防洪责任制和水库调度 规程实施。
水库防洪调度的目的和任务
目的
合理安排水库的蓄泄洪量，减轻下游洪涝灾害，保障人民生 命财产安全，同时兼顾发电、灌溉等综合利用需求。
任务
根据洪水预报和防洪要求，及时掌握洪水信息，分析计算水 库入库流量与出库流量之间的关系，制定合理的调度方案， 并在执行过程中对出现的异常情况进行及时处理。
04
水库防洪调度的挑战与对策
水库防洪调度的挑战
水文气象预报的不准确性
水文气象预报是进行水库防洪调度的关键依据，但预报的准确性往往受到诸多因素的影响 ，如气候变化、地形地貌等，导致预报结果存在较大的不确定性。
水库下游保护区的压力
水库下游往往有重要的保护区域，如城市、农田、工业区等，一旦发生洪水，将会对下游 造成严重的损害。因此，水库防洪调度需要在确保下游安全的同时，兼顾水库的蓄水功能 。