第四章 洪水调节

求水库的下泄流量过程、库水位变化情况、最大下泄流 量、水库达到的最高水位及发生的相应时刻。
第三节 水库调洪计算的列表试算法
表1 某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线(闸门全开)
水位Z(m) 36.0 36.5 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0
第二节 水库调洪计算的原理
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。
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推求
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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。 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)。
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
滞洪
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。
一.调洪任务作用
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。）
第四章 洪水调节
第四章 洪水调节
• • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 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 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
• 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。 • 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。
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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~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
q'2
推求q~t曲线示意图
蓄洪
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
•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。 •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。
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。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
• 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。
图3-2 某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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 （1）入库洪水过程 （2）下游允许水库下泄的最大流量 （3）水库汛期防洪限制水位 （4）泄洪建筑物的型式和尺寸 （1）下泄洪水过程线 （2）拦蓄洪水的库容和水库水位的变化
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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
第三节 水库调洪计算的列表试算法
第三节 水库调洪计算的列表试算法
二、 列表试算法实例
[例]某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰 顶高程为36.0m。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用 闸门控制q使其等于Q，水库保持在汛期防洪限制水位 (38.0m）。当Q继续增大，使闸门达到全开，以后就不用闸 门控制，q随z的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限 制，与无闸门控制情况相同。水库容积特性V=f（Z）、根 据泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位与下泄流量关系曲线q ＝f(z)见表1。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
（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。
库容V(m3)
4330
4800
5310
5860
6450
7080
7760
8540
9420
10250
11200
下泄流量q (m3/s)
0
22.5
55.0
105.0
173.9
267.2
378.3
501.9
638.9
786.1
946.0
第三节 水库调洪计算的列表试算法
V=f(Z) q=f(Z) 0 40.0 39.0 38.0 37.0 0.50 0.59 0.65 0.71 0.78 0.85 0.94 1.03 水库容积V(108m3)
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
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。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
• 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
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
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
第二节 水库调洪计算的原理
调洪计算的目的：
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
H0—考虑行近流速v的堰顶水头，非淹没出流时，H等于 库水位与洞口中心高程之差，淹没出流时，H为上下游水位 之差（m）； ω—泄洪洞洞口的过水断面面积（m2）； M2—流量系数。
第二节 水库调洪计算的原理
方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换
算得到。 （1）堰流 （2）闸孔出流
q 堰 M 1 BH
3 2
H即为库水位Z与堰顶高程之差
q 洞 M 2ω H 0
1 2
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) 目前常用的调洪计算方法主要有列表式算法和半图解法。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
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。
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
流 量 Q q
水 库 调 节 洪 水 示 意 图
Q～t
V蓄
q～t
库 水 位 Z (a)
Z～t
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
有 闸 门 情 形 一
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
有闸门情形二
第一节 水库调洪的任务与防洪标准
二、防洪标准
最大 下泄 流量
防洪 特征 库容
特征 水位
第二节 水库调洪计算的原理
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。
第三节 水库调洪计算的列表试算法
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。
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s) Q~t qmax q~t
Q~t
qmax 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。
第二节 水库调洪计算的原理
3.基本原理：水库水量平衡原理
Q、q(m3/s)
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
Q1 Q2 q q t 1 2 t V2 V1 2 2
Qi+1 Qi qi+1 Q~t
qmax
q~t V2-V1 ti ti+1
q溢 M1BH
3/ 2 0
q溢—溢洪道泄流能力(m3／s)； H0—考虑行近流速v的堰顶水头，可近似等于堰顶水深H （m）； B—溢流堰净宽（m）； M1—溢流系数，其值取决于溢流堰型式；
第二节 水库调洪计算的原理
泄洪洞的泄流能力可按有压管流公式计算：
1 q洞 M 2H 0 / 2
q洞—泄洪洞的泄流能力(m3／s)；
△t
式中：
Q1、q1 — 时段初入库、出库流量 ； Q2、q2 — 时段末入库、出库流量 ； V1、V2 — 时段初入库、出库流量 。
qi
t (min)
一个方程两个未知数没有办法求解
第二节 水库调洪计算的原理
水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程：
蓄泄方程：
第二节 水库调洪计算的原理
溢洪道的泄流能力可按堰流公式计算：