第3章 水库洪水调节计算1-5节

•二.列表试算调洪演算的原理
•对于控制泄流情况，采用列表法十分方便， 具体计算与第二章所述相同。对于自由泄流情 况，则须联解式（3-1）和式（3-2）。然解析 求解不可能，须通过试算求解。对于任意的Δt 时段， Q1、Q2、q1、V1 其已知，欲 求 q2和V2，其步骤是，假定V2（或q2）后， 代入式（3-2）可求得q2（或V2），再以此q2 （或V2）代入式（3-1）算得V2（或q2），若 计算的与假定的一致，则试算完成，否则重新 假定V2（或q2），直到满足为止。
• 总费用Si=Szi+Sqi与Bi的关系如图所示。由总费用最小Smin可选出最经 济的溢洪道宽度。
• 3.水库上游有回水淹没限制情况 • 这种情况的水库防洪问题，在很大程度上限制了水库正常蓄水位的选择
（3-1）
•
q f (V )
（3-2）
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。
• 蓄洪方程q=f(V)表示闸门开度不变 条件下水库蓄水量与泄洪量间关系； 当属无闸门自由溢洪道时为水库泄 洪能力曲线。 q=f(V)方程或曲线， 可按泄洪设备类型尺寸（或闸门开 度）的水力特性换算制作。若为无 闸门表面泄洪道，其泄洪公式为
• 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。
三.防洪标准
• 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、社会经济影 响和防洪工程的具体条件和实际能力分 析选择。根据水利电力部颁发的SDJ1177规范规定，防护对象的防洪标准可参 考下表：
•
V1 q1 Q V2 q2
t 2
t 2
（3-6）
•式中 Q — t时段平均入库流量
•式中左端各项为已知值，可制作 z ~ V q
t 2
z~ V q t 2
•关系曲线（见下图），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算
中的试算，而可按下图箭头所示方法进行演算
• （三）.简化计算法
就最近10年来说，1981年四川发生特大洪水，1991年
安徽、江苏等省发生特大洪水。尤其是1998年的特大
洪水。（数据）
1981-四川
1991
1998
2010
• 2.治理措施： （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。
• 在小流域、小型水库缺乏资料且水库只有无闸门泄洪道的情况下，设
想将入库与出库流量过程都简化为三角形（见下图）时，则入库洪水总
量为
W

1 2
QmT
• 对于图a情况，水库起调水位在堰顶高程时水库最大下泄流量为
• •
qm

Qm
(1

Vm W
)
式中 Qm — 洪峰流量；
T — 洪水历时；
•
（3-7）
Vm — 滞洪库容。
• 对于图b情况，水库起调水位在堰顶高程以下，但充蓄到堰顶高程的时
• •
间小于涨洪历时T1，水库的最大下泄流量 为式中 Vs—蓄洪库容，其他符号同前。 式（3-7）、式（3-8）都是从水量
qm

Qm
(1
Vs
Vm W
)
1 VsT1
（3-8）
WT
• 平衡角度建立起qm
• 与Vm的关系式的，
• 还必须与泄流能力
•现用例子说明，具体步骤可参看书本P72。
算列1（p73)
• 某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已经确定， 设有闸门。水库运用方式为：在洪水来临时， 先用闸门控制使得入库流量和出库流量相等， 水库保持汛限水位不变（38.0米）；当入库流 量继续加大，使闸门全开，以后就不用闸门 控制，出库流量随入库流量的加大而加大， 最大下泄流量不受限制，情况和无闸门一样， 求水库调洪过程。
山区、丘陵区为各种兴利（如灌溉、发电）任务修建的中、小型水库常
属于此种情况，水库的防洪设计主要按水库大坝安全要求的设计洪水和 校核洪水进行。
在水库正常蓄水位即溢洪道堰顶高程一定的条件下，溢洪道宽度的选择
主要取决于坝址地形、枢纽整体布置及下游地质条件所允许的最大单宽 流量等因素，应通过技术经济分析比较确定。
• 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
• 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
•设计永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为正常运用（设计）和
第四章 水库洪水调节计算
• 第一节 水库调洪的任务和防洪标准 • 第二节 水库调洪计算原理 • 第三节 水库防洪列表计算 • 第四节 水库防洪半图解法 • 第五节 无闸门情况下的水库调洪 • 第六节有闸门情况下的水库调洪
•
第一节 水库调洪的任务和防洪标准
• 一.我国基本情况及治理 • 二.水库的调洪计算任务 • 三.防洪标准
第二节 水库调洪演算方法
• 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，一供 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。
一.我国基本情况及治理
• 1.基本情况：我国是一个洪涝灾害频繁 的国家
•
据历史记载，自公元前2278年至1946年间，黄
河改道26次，决口1593次；自公元前185年至1949年
间，长江发生水灾220次；新中国成立后，还是有比
较广泛的地区，对于较大洪水，尤其是特大洪水目前
还不能抵御，几乎每年都有不少地区遭受洪涝灾害。
•
3
•
q1 mB 2g h12 （3-3）
• 式中 B — 泄洪道净宽；
h1 — 堰上水头； m — 流量系数；
— 侧收缩系数。
若底孔泄流，则泄流公式为
q2（3-4）
— 孔口出流面积；
h2 — 孔口中心水头；
— 孔口出流系数。
2gh2
• 根据式（3-3）、（3-4）可换算求得水库水位Z与泄流量q的关系
• 水库防洪调节计算，就是要定量地分析计 算它们之间的关系。
二.水库的调洪计算任务
• 无闸门表面泄洪道泄流的两种情况： • （1）如图a所示，洪水开始进入水库时，水库水位
（起调水位Z01）处于堰顶高程。 （2）如图b所示，洪水开始进入水库时，水库水位 （起调水位Z02）处于堰顶高程以下。
• 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。源自第三节 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。
• q=f(V)联解，才能求
• 得qm与Vm
第五节 无闸门控制的水库防洪水利计算
• 水库防洪水利计算，即前面所谈到的防洪计算，其任务主要是确定泄洪 建筑物型式、尺寸及高程等防洪参数和水库防洪运行方式。
• 1.水库泄洪建筑物型式组要有：底孔（包括中孔）
•
表面溢洪道
泄洪隧道
2.水库上游无回水淹没限制情况
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)。
• 于是，在Δt 时段的调洪演算中，可由已知的Δt ，Q1、Q2、q1、V1 联解式（3-
1）、式（3-2）求得
q1和V 。2依时序逐段递推计算，可求得该次
洪水的水库蓄水和泄水的全过程。
• 目前常用的调洪计算方法主要有列表式算法和半图解法。
• （要补充的资料主要包括那些？）
第四节 水库调洪半图解法
• 单辅助线法 • 双辅助线法（参看课本p75)
•
水库调洪演算单辅助曲线计算表
•（一）调洪演算单辅助线法
•单辅助线法：先将式（3-1）改写成
•
V1 t

q1 2
Q
q1

V2 t

q2 2
（3-5）
•式中 Q — t时段平均入库流量
• 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。
• 须联解水库水量平衡方程和相应水库蓄洪方程才能实现逐时段的调洪演 算。对调洪过程中任一Δt （ Δt=t2-t1）时段，计算式可表示如下
•
Q1
Q2 2
Δt
-
q1
q2 2
Δt

V2
V1
（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
疏浚河道
兴修堤防
修建水库
分洪区分洪
水土保持工程
• 3. 水库的调洪作用，在于对入库洪水的滞蓄。 使出库洪水过程变平缓，洪水历时延长，洪 峰流量减小。而影响水库洪水调节的因素主 要是入库洪水、泄流建筑物型式与尺寸、以 及汛期水库的控制运用方式和下游的防洪要 求。若泄流建筑物尺寸减小，同一库水位的 下泄量也将减小，所需调洪库容则将加大。 反之，则正好相反。因此，入库洪水、泄流 建筑物类型与尺寸、调洪方式和调洪库容之 间是相互关联、相互影响的。