《水利资源计算》第四章 水库洪水调节计算

第四章 水库洪水调节计算
第一节 第二节 第三节
概述 水库调洪计算的方法 无闸门控制的水库调洪计算
西北农林科技大学水建学院
2010年 2010年4月14日10点56分 14日10点56分
第一节
概
述
任务： 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， 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， 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、 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、 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。 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， 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。 使下泄流量能安全通过下游河道。
4)将入库洪水Q(t)和计算的q(t)两条曲线点绘在 4)将入库洪水Q(t)和计算的q(t)两条曲线点绘在 将入库洪水Q(t)和计算的q(t) 一张图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点， 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， 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， 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 曲线，得最高洪水位时的总库容V 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 从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容V调。由Vm查 曲线，得最高洪水位Z 。（当入库洪水为设计 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， 标准的洪水时，求得的qm、V调、 Z洪即为设计标准的 设计防洪库容V 和设计洪水位Z 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， 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。） qm,校
1
2
为调洪计算方便，一般将上两式绘成蓄泄曲线q 为调洪计算方便，一般将上两式绘成蓄泄曲线q f(V),其中 为水库蓄量v时对应的泄流能力。 其中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。 是假设库水面为水平面时的水库泄流方程。
对于狭长的河川式水库，在通过洪水流量时， 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， 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， 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 必须采用动库容进行调洪计算。这时上式中的V 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。 容与静库容之和即总库容。
水库调洪计算的基本步骤
（1）绘制Z～V曲线；求出q～V 曲线。 绘制Z 曲线；求出q 曲线。 （2）分析确定起调水位Z1，及其相应的 分析确定起调水位Z 库容V 及下泄流量q 库容V1及下泄流量q1。 无闸: 无闸: Z1=Z堰顶 有闸: Z1=Z限 有闸:
时段开始,逐时段连续试算出 （3）从第 时段开始 逐时段连续试算出 ）从第1时段开始 逐时段连续试算出q(t)； ； Q1 + Q2 q1 + q2 ∆t − ∆t = V2 −V1 = ∆V 2 2
3、水库调洪计算的列表试算法 解题步骤： 解题步骤： 1)根据库区地形资料 根据库区地形资料， 1)根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲 并根据既定的泄洪建筑物的型式和尺寸， 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 曲线。 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) 从第一时段开始调洪， 2)从第一时段开始调洪，由起调水位(即汛前水位) 关系曲线得到水量平衡方程中的V 查Z～V 及q～V 关系曲线得到水量平衡方程中的V1和 由入库洪水过程线Q(t)查得Q Q(t)查得 q1，由入库洪水过程线Q(t)查得Q1、Q2；然后假设一个 根据水量平衡方程算得相应的V 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q 若二者相等，即为所求。否则， 曲线上查得q2，若二者相等，即为所求。否则，应重 重复上述计算过程，直到二者相等为止。 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 将上时段末的q 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 条件，重复上述试算过程， 量过程线q(t) q(t)。 量过程线q(t)。
t1
t2
t
2.蓄泄方程 2.蓄泄方程 泄流能力： 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。 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， 在溢洪道型式、尺寸一定的情况下，取决于堰 顶水头H， 顶水头 ，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； 堰流公式计算 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。 有压管公式计算 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 面坡降较小，可视为静水面时，泄流水头 只是库 中蓄水量V的函数 的函数， 中蓄水量 的函数，即H＝f(V)，故下泄流量 为蓄 ，故下泄流量q为蓄 水量V的函数 的函数， 水量 的函数，即 q＝f(H) 或q＝f(V)。
A.对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道， A.对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道，按堰流 对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道 公式计算： 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： B.对于深水式泄洪洞，按有压管的出流公式计算： 对于深水式泄洪洞
q 洞 = M 2ωH 0
已知Q1, q1, Q2, V1 假设q2
V2
q=f(V)
q = q2
* 2
q
* 2
如此连续计算 即可得q（ ） 即可得 （t）
两条曲线点绘在一张图上。 （4） 将Q(t)和q(t)两条曲线点绘在一张图上。 ） 和 两条曲线点绘在一张图上
Q(t) qmaxV
第二节 水库调洪计算方法 1.水库水量平衡方程 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， 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： 段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为： Q
Q2
Q(t) q(t)
Q1 ⊿V q1 ⊿t q2
Q +Q2 q1 + q2 1 ∆t − ∆t =V2 −V1 2 2
q
V 2 q2 + ∆t 2
q2
q1
V q1 1 + ∆t 2
Q − q1
V q1 V 2 q2 1 + +Q −q1 = （ + ） ∆t 2 ∆t 2
V q + ∆t 2
【补偿调节】 补偿调节】
水库 QB=q+Q区
Q
A 坝址
q
QB B Q区
防 洪 保 护 区
河流
6h
q～V ～ 扣除堰顶以下库容
qm
Vm
V调
z～V ～
Zm
4、水库调洪计算的辅助线法 单辅助线法的基本原理仍然是逐时段连续求解 单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， 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。 需对这两个方程作适当的变换。