水库调洪演算的原理和方法
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1.5 调洪演算调洪演算的基本原理是水量平衡,其方程为121221--22Q Q q qt t V V ++∆∆= 式中: Q 1、Q 2分别为计算时段Δt 始、末入库流量; q 1、q 2分别为计算时段Δt 始、末出库流量; V 1、V 2分别为计算时段Δt 始、末水库库容; Δt 为计算时段。
采用列表试算法,计算工作量较大,这里采用半图解法(单辅助线法)。
将水量平衡方程变形得:2212111222V q Q Q V q q t t +⎛⎫+=-++ ⎪∆∆⎝⎭式中右边为已知项,左边为未知项。
我们可以先确定q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭之间的关系,绘制2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭~的辅助曲线。
方法为由已知的q 查上游水位与泄流量关系曲线得上游水位H 上,在查水位库容关系曲线得相应的库容,Δt 为计算时段,在这里为24h ,进而求得对应的2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭。
从第一时段开始,由入库洪水过程和起始条件就可以知道Q 1、Q 2、q 1、V 1,由上式求得222V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭,然后由2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭~的辅助曲线查的对应的q 值即为q 2,然后按此方法依次计算q 。
计算过程如下,先确定q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭之间的关系。
表1.19A q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭关系表绘制2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭~的辅助曲线:图1.7A 2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭~的辅助曲线然后进行调洪演算,过程如下:表1.20A 调洪演算过程表图1.8A 调洪演算过程曲线调洪演算后的最大泄流量为两线的交点,表中计算的q max=4819m3/s,对应的Q=4800 m3/s,不相等,但很接近,则q max比4819m3/s稍微大些,参照图得q max=4825m3/s。
水库调洪计算的原理与方法水库调洪是一种技术,主要是指调整水库的洪水量,以满足作业要求,消除洪水灾害,保护人民生产生活及水库安全。
水库调洪分为调整水库水位、调节出口流量和水库池底淤积等,主要包括:水库蓄水量的调整、水库运行模式的选择、水库溢洪道的应用、调节建筑物的安排及水库排洪效果评价等。
1、水库调洪原理水库调洪的原理是将水位在一定条件下,得以调节水库调节范围内的洪水,从而满足调度要求。
也就是说,水库洪水量的变化可以通过调整水位来实现。
因此,水位是水库调度的主要操作变量,也是水库调度及调洪的重要依据。
2、水库调洪计算水库调洪计算是根据调度要求确定的调节范围,运用水位曲线的求和及其他理论计算,求得水位、储量和流量三者间的最佳分配,以满足调度要求的洪水量调节原理及方法,以确定具体的调洪计算方法。
调洪计算的常用方法有基于水位-洪水量曲线求和的调节法、基于储量曲线求和的调节法、组合求和法等多种。
(1)水位-洪水量曲线求和调节法水位-洪水量曲线求和调节法是指,根据水库水位-洪水量关系曲线,确定调节范围内的水位,以调节水库洪水量。
这种方法基本上是从水位起调洪,特别适用于急洪库。
(2)储量曲线求和调节法储量曲线求和调节法是指,根据水库的储量曲线,确定调节范围内的储量,以调节水库洪水量。
这种方法主要从水库储量起调洪,特别适用于慢洪库。
(3)组合求和调节法组合求和调节法是指,将储量曲线求和调节法和水位-洪水量曲线求和调节法的方法。
组合求和调节法将水位及储量作为两个独立的变量,分别求极值,实现最佳调节效果。
3、水库调洪的优缺点水库调洪的优点在于:(1)大大降低水库的洪水灾害,大大减少人民的损失;(2)水位得到有效的控制,以满足人民的要求;(3)水库洪水量可以通过调整水位来实现。
同样,水库调洪也有一定的缺点,例如:(1)很难预测水库洪水量变化;(2)调洪后的水位会有一定的波动;(3)若水位变化幅度过大,会影响鱼类的繁殖;(4)若水位变化幅度过大,会导致水质变差等。
2、采用列表试算法进行调洪演算:1) 确定水库蓄泄关系a) 确定库容曲线:根据给定的库容曲线表绘制水库的库容曲线如图2-1图2-1水库库容曲线b) 确定水库泄流公式 根据堰流泄流能力:2302H g mB Q =式中: m —— 流量系数,本工程取0.35; B —— 堰顶净宽,55.0m ; g —— 重力加速度,取29.81gm s ;H0—— 堰顶水头,考虑坝前行进流速水头较小,取H0=H 。
则水库泄流能力公式可确定为:23(27.85)Zo Zt Q -=式中: Zt 为当前水库水位 Zo 为正常高水位(溢流堰堰顶高程),本地取167.3m 。
c) 确定蓄泄关系 i. 确定一组水库库容V(I),I=1,2……m ; ii. 对V(I),据库容曲线查得库水位Z (I ),据2)计算对应的泄流能力q (i ); iii. 对应一组V~q ,确定蓄泄关系,如图2—2。
图2-2 水库蓄泄关系图2)列表进行调洪演算a)试算程序调洪演算原理i.对t时段计算,水库初始需水量V(t-1)由上一时段给出;ii.假设qt,则可计算出该时段的水库需水量V(t),从蓄泄关系上差得qt’;iii.比较qt与qt’,若|qt-qt’|<ξ1,则t=t+1,否则重新假设qt,令t=t;iv.当算至水库|Z(t)- Zo|<ξ2时,终止计算。
b)计算表格i.设计频率为P=5.0%的计算结果如表2-1:表2-1 频率为P=5.0%的调洪演算计算结果图2-3 频率为P=5.0%的调洪演算计算图ii.设计频率为P=3.33%的计算结果如表2-2;表2-2 频率为P=3.33%的调洪演算计算结果图2-4 频率为P=3.33%的调洪演算计算图iii.设计频率为P=0.33%的计算结果如表2-3;表2-3 频率为P=0.33%的调洪演算计算结果来水、泄流及水位过程线图2-4:表2-5 频率为P=0.33%的调洪演算计算结果c)调洪演算计算结果如表2-6表2-6 列表法调洪演算结果31)拟定工作图a)确定Z—q关系线,见列表法进行调洪演算;b)确定(V/△t±q/2)—q关系线;i.确定一组水库库容V(I),I=1,2……m;ii.对V(I),据库容曲线查得库水位Z(I),据2)计算对应的泄流能力q(i),并计算V(i)/△t+q(i)/2;iii.对应一组V(i)~Z(i)~ V(i)/△t+q(i)/2~ V(i)/△t-q(i)/2,确定各相各关系。
参莴工程3.1 设计洪水与校核洪水A河洪水由于暴雨集中,强度大,加之两岸地形较陡。
因而水情变化具有山区特性。
洪水历时短,涨落急剧,来势凶猛,洪峰、洪量相对较小,经常泛滥成灾。
从历史洪水调查及实测资料统计分析,A河较大洪水发生时间均在7~8月份,有时9月上旬也有发生,因此汛期定为每年7月1日~9月10日。
对可利用的水文系列年限经过综合考虑分析,根据SL252—2000《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》的规定,选取设计洪峰流量Q设=24800m3/s(p=0.1%),校核洪峰流量Q较=34500m3/s(p=0.01%)。
表3-1 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准表3-2 A河S水库最近的实测洪峰分析成果表3-3 典型洪水过程表(单位:m3/s)由资料知P=0.01%时,最大洪峰为34500m3/s.将资料中典型洪水过程线按同倍比放大法推求校核洪水过程线如下:表3-4 校核情况下的洪水过程线由P=0.1%时,最大洪峰为24800m3/s,将典型洪水过程线按同倍比放大法推求设计洪水过程线如下:表3-5 设计情况下的洪水过程线3.3 调洪演算3.3.1 基本资料根据工程的泥沙和水位资料:多年平均含沙量:201万吨,实测最大含沙量:151万吨;正常蓄水位:▽96.6m ,防洪限制水位:▽77.8m ,死水位:▽70m ,工程开发的主要目的和任务、现状,拟定泄水建筑物型式为坝顶表孔和泄洪底孔。
水库Z ~V 如表5所示:表3-6 坝址水位-库容关系曲线表P=0.01%时,最大洪峰为34500m 3/s. P=0.1%时,最大洪峰为24800万m 3/s 。
3.3.2 演算原理依据《水能规划》所给的水库洪水调节计算原理,采用水量平衡方程式:tV tV V q q Q Q q Q ∆∆=∆-=+-+=-122121)(21)(21,式中:21,Q Q ——分别为计算时段初,末的入库流量(s m /3);Q——计算时段中的平均入库流量(s m /3),它等于12()/2Q Q +;21,q q ——分别为计算时段初、末的下泄流量(s m /3); q——计算时段中的平均下泄量(s m /3),即q =12()/2q q +;21,V V ——分别为计算时段初、末水库的蓄水量(3m ); V ∆——为12V V 和的之差;t∆——计算时段,一般取1~6小时,需化为秒数。