第三章 水库洪水调节及计算

计算步骤
（1）由已知的水库水位容积关系曲线 ）由已知的水库水位容积关系曲线V=f (Z)和泄流建筑物方 和泄流建筑物方 用水力学公式求出下泄流量与库容的关系曲线q=f(V)； 案，用水力学公式求出下泄流量与库容的关系曲线 ； （2）选取合适的计算时段△t，以秒为计算单位； ）选取合适的计算时段△ ，以秒为计算单位； （3）决定开始计算的时刻和此时刻的 、q1值，然后列表计 ）决定开始计算的时刻和此时刻的V1、 值 计算过程中，对每一计算时段的V2、 值都要进行试 算。计算过程中，对每一计算时段的 、q2值都要进行试 先假定一个q2值 根据水量平衡方程求出V2,然后按此 算；先假定一个 值，根据水量平衡方程求出 然后按此 V2值在 值在q~V曲线上查出 值，若与假定的 不相等，则要 曲线上查出q2值 若与假定的q2不相等 不相等， 值在 曲线上查出 重新假定一个q2值 重复上述试算过程， 重新假定一个 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、 值就是下一时段 很接近为止。这样多次演算求得的 、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。 、 值 可依据此值进行下一时段的试算。 （4）将计算结果绘制成曲线，供查阅。 ）将计算结果绘制成曲线，供查阅。
1 W = Q mT 2
当水库起调水位在堰顶高程时 水库的最大下泄流量为 调洪演算简化三角形法
q m = Qm (1 − Vm ) W
3.4 其他情况下的水库调洪计算
无闸门控制q 无闸门控制q
最基本的情况（下游无防洪任务、 最基本的情况（下游无防洪任务、 无错峰要求） 无错峰要求）
有闸门控制q 有闸门控制q
洪水流量过程线经过水库时的具体变化情况， 洪水流量过程线经过水库时的具体变化情况，与水库的容积 特性、泄洪建筑物的型式和尺寸以及水库运行方式等有关 等有关。 特性、泄洪建筑物的型式和尺寸以及水库运行方式等有关。 在水库调蓄洪水的过程中，入库洪水、下泻洪水、拦蓄洪水 在水库调蓄洪水的过程中，入库洪水、下泻洪水、 的库容、 的库容、水库水位的变化以及泄洪建筑物型式和尺寸等之间存在 着密切的关系。 着密切的关系。 水库调洪计算的目的，正是为了定量地找出它们之间的关系， 水库调洪计算的目的，正是为了定量地找出它们之间的关系， 以便为决定水库的有关参数和泄洪建筑物型式、尺寸等提供依据。 以便为决定水库的有关参数和泄洪建筑物型式、尺寸等提供依据。
自由泄流 调洪计算的 两种情况
无闸门溢洪道泄流
下泄流量受控制 闸门开度一定
下泄流量受控制
自由泄流
逐时段 水量平衡方程
水库蓄泄方程
需要注意的几点： 需要注意的几点：
在有闸门控制的情况下， 在有闸门控制的情况下，q=f（V）不是一条曲线，而是以不 （ ）不是一条曲线， 同的闸门开度为参数的一组曲线。 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 在承担下游防洪任务的情况下 ， 当要求保持 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泄洪建筑物虽设有闸门，但泄洪是将闸门全开， 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。 上与无闸门控制的情况相同。
3.3 水库调洪计算的基本方法
一、列表试算法 在水利规划中， 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， 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。 去推求设计洪水流量过程线。 已知： 已知：入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量 水库汛期防洪限制水位 泄洪建筑物的型式和尺寸 推求： 推求：下泄洪水过程线 拦蓄洪水的库容和水库水位的变化
基本原理和方法与无闸门类似， 基本原理和方法与无闸门类似，要按 水库运行需要随时调整闸门的开度。 水库运行需要随时调整闸门的开度。 在不同的闸门开度、水库水位、 在不同的闸门开度、水库水位、下游 淹没等情况下， 淹没等情况下，泄流公式中的系数也 会不同。 会不同。采用列表试算法较为方便
（a）下游有防洪要求的情况 ）
水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程： 水量平衡方程： 蓄泄方程： 蓄泄方程：
方程或曲线， 方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换算 得到。 得到。 （1）堰流 ） （2）闸孔出流 ）
q溢 = M 1 BH
q 洞 = M 2ωH
3
2
H即为库水位 与堰顶高程之差 即为库水位Z与堰顶高程之差 即为库水位
二、水库调洪计算的半图解法 水量平衡方程
Q1 + Q2 V1 q1 V2 q2 +( − ） = + 2 ∆t 2 ∆t 2
V1 q1 V2 q2 Q − q1 + ( + ） = + ∆t 2 ∆t 2
V q q~( + ) ∆t 2
三、简化三角形法
在小流域、 在小流域 、 小型水库缺乏资 料且水库只有无闸门溢洪道的 情况下， 情况下 ， 设想将入库与出库流 量过程都简化为三角形时， 量过程都简化为三角形时 ， 则 入库洪水总量为
原理： 原理：
明渠非恒定流基本方程： 明渠非恒定流基本方程：
通常，这个偏微分方程组难以得出精确地解析解， 通常，这个偏微分方程组难以得出精确地解析解，而是采用 简化了的近似解法：瞬态法、差分法和特征线法等。其中， 简化了的近似解法：瞬态法、差分法和特征线法等。其中， 瞬态法。 普遍采用的是瞬态法 普遍采用的是瞬态法。
当下游有防洪要求时， 当下游有防洪要求时，最大下泄流 不能超过下游允许的安全泄量q 量qmax不能超过下游允许的安全泄量q t1时刻以前 时刻以前， 安。在t1时刻以前，Q小于闸门全开时 的下泄流量，应以闸门控制， q=Q。 的下泄流量，应以闸门控制，使q=Q。 闸门随着Q的加大而逐渐开大，直到t1 闸门随着Q的加大而逐渐开大，直到t1 时闸门全部打开。 t1时刻开始 时刻开始， 时闸门全部打开。从t1时刻开始，Q已 大于闸门全开自由溢流的q 大于闸门全开自由溢流的q值，库水位 逐渐上升。 t2时刻 达到q 时刻q 逐渐上升。至t2时刻q达到q安，于是 用闸门控制， 用闸门控制，使 ，水库水位继 续上升，闸门逐渐关小。 t3时刻 时刻， 续上升，闸门逐渐关小。至t3时刻，Q 降落至重新等于q 水库水位达到最高， 降落至重新等于q，水库水位达到最高， 闸门也不再关小。t3时刻以后是水库 闸门也不再关小。t3时刻以后是水库 的泄水过程，水库水位逐渐回降。 的泄水过程，水库水位逐渐回降。
水资源规划及利用
第三章 水库洪水调节及计算
主 讲：康银红
目录
3.1 概述 3.2 水库调洪的原理 3.3 水库调洪计算的基本方法 3.4 其他情况下的水利调洪计算
3.1 概述
一、水库的调洪作用与任务
在河流上兴建水库后， 在河流上兴建水库后，进入水库的洪水过程经水 库拦蓄和阻滞作用之后， 库拦蓄和阻滞作用之后，自水库泄放至下游河道的洪水 过程，势必大大展平，洪峰被削减， 过程，势必大大展平，洪峰被削减，从而达到防止或减 轻下游洪水灾害的目的。 轻下游洪水灾害的目的。
1 2
H即为库水位 与闸孔中心高程之差 即为库水位Z与闸孔中心高程之差 即为库水位 根据H 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 的关系曲线求出Z 的关系曲线q=f(z)。 q=f(z) 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 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) 于是，最终求出下泄流量q与库容V的关系曲线q=f(V)
（2）若水库要承担下游防洪任务，则除了要选定水工建筑物 ）若水库要承担下游防洪任务， 的设计标准外，还要选定下游防护对象的防洪标准， 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 对象所应抗御的设计洪水频率。防护对象的防洪标准， 据防护对象的重要性、历次洪灾情况及对政治、经济的影响， 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， 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。
水工建筑物的防洪标准： 水工建筑物的防洪标准：
一是正常运用情况的标准， 设计标准， 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， 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； 状态； 二是非常运用情况的标准， 校核标准， 二是非常运用情况的标准，称校核标准，该种标准的洪 校核洪水）来临时， 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） 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。 必须确保安全。
3.2 水库调洪计算的原理
调洪计算的目的（研究课题）： 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、 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， 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， 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 遵循水库汛期控制运用规则，进行水库的蓄泄调洪计算， 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， 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。 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， 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。 预报水库达到的最高库水位和最大下泄流量。