水库调洪演算例题详解

洪水调节作业
某水库选定百年一遇洪水作为设计洪水，其入库洪水过程见表1
已知水库的水位库容和水位下泄流量关系（表2）
水位下泄流量关系也可以用泄流公式：115
（Z-31.63）
q=⨯3/2
溢
水库无下游防洪任务，采用河岸开敞式溢洪道，不设闸门，堰顶高程为31.63米（为调洪开始水位）
应用列表试算法和图解法，进行调洪计算，推求下泄洪水过程线、水库水位和库容变化过程；计算出水库的最大下泄泄量和最高库水位。

试算法调洪计算结果（试算过程略）：
通过比较不同方式得到的时段末水库蓄水量确定试算是否成功。

流量（m3/s）
q=569
7分
时段序号。

防洪安全分析主要是验算尾矿库在设计洪水情况下，是否有足够的安全超高和干滩长度，从而分析确定尾矿坝是否会发生洪水漫坝事故。

1）尾矿库的安全超高和干滩长度根据《小型水利工程设计资料汇编》的水文气象参数进行洪水复核：防洪标准：P=0.5%（200年一遇）多年平均24小时暴雨量：Ｈ24=100mm暴雨变差系数：CV=0.65暴雨离差系数：CS=3.5CV200年一遇暴雨的模比系数：K0.5%=3.92暴雨迳流系数：α=0.8暴雨指数：n1=0.67 n2=0.71（1）一期库汇雨面积：F=7.75㎞2沟谷主河道长度：L=2.2㎞主河道高差：ΔH=175.0m沟谷坡降：J=ΔH/L=175/2200=0.08.0=7.8L/J=2.2/08汇流历时：τ=1.57小时（查汇编表得）200年一遇暴雨的24小时降雨量：H24（0.5%）= H24×K0.5%×24n2-1×τ1-n2=177.8mm200年一遇暴雨的24小时洪水总量：W0.5%=0.1×α×H24(0.5%)×F=0.1×0.8×177.8×7.75=1102000m3一期库当前库水位为199.5m，当200年一遇洪水总量入库时，尾矿库水位升高1.5m，即库内最高洪水位为201.0m。

此时库水位距坝顶214.0m高程尚有13.0m的安全超高，约有500余米的最小干滩长度。

（2）二期库汇雨面积：F=4.4㎞2沟谷主河道长度：L=1.88㎞主河道落差：ΔH=85.1ｍ沟谷坡降：J=ΔH/L=0.046.0=8.63L/J=1.85/046汇流历时：查表τ=2.75小时（查表）200年一遇24小时暴雨量：H24（0.5%）=H24×K0.5%×24 n2-1×τ1-n2=100×3.92×24-0.29×2.750.29=209.0mm200年一遇24小时洪水总量：W0.5%=0.1×α×H24（0.5%）×F=0.1×0.8×209×4.4=736000m3二期库当前库水位为213.0ｍ，当200年一遇洪水总量入库时，尾矿库水位升高2.0m，即库内最高洪水位为215.0m。

0123455.6200640156926052061475477479481483485330039204640536062007400015546482712701780洪水过程曲线如下图V(104m 3q(m 3/s)Z(m)铁山水库校核校核洪水时段﹙△t=1h﹚Q（m3/s）q-V曲线图Z-q曲线图因为q-v曲线接近直线可以添加趋势线并模拟出公式01234565.620064015692605206116715.62005748001000118012905000500050005147.45593.36050.36277.5由上式得出的结果再进行试算代入图表验证就比较简单了Z-q曲线图由上图可以得到正常蓄水位480Z-V曲线图用试算法进行调洪计算如下下泄q 水库存水量V成果整理如下 计算获得的泄洪过程q如表△t入库流量Q V 2=V 1+1/2【(Q 1+Q 2)-(q 1+q 2)】*3600q=f(v) (可以先用模拟公式V=2.2511q+3461.7计算）480480480480.3481.44482.68483.08结论 由图可得最大下泄流量q=1320 校核洪水位Z=483.2水库水位Z库校核洪水调洪计算成果67891011121314 16711368113294981772063957651348788002340位480m时对应的库容 V=500 泄流量q=6407891011121314 13681132949817720639576513 1320131012801260117611001000865 6354.76331.36239.761005948.35802.285651.985502.4483.2483.16483.08482.76482.4482.1481.76481.6调洪库容V=1354.7。

2.4.2 调洪计算方法水库调洪是在水量平衡和动力平衡的支配下进行的，本次计算单辅助线法计算。

水量平衡的数学表达式为：221Q Q +t ∆ -221q q + t ∆=V 2-V 1式中：Q 1，Q 2——时段初、末入库流量，m 3/s ；q 1,q 2——时段初、末出库流量，m 3/s ；V1,V2——时段初、末水库蓄水量，m 3；t ∆——计算时段，t ∆=1h=3600s 。

将水量平衡方程进行变换得到：）（22)2(1112221q t V q Q Q q t V +∆+-+=+∆ 建立q ～2q t V +∆函数关系曲线，绘出q ～2q t V +∆辅助线，连续求出水库的下泄流量过程。

2.4.3 调洪演算成果按照不同频率入库设计洪水过程线，逐时段查算辅助曲线，确定水库出库流量过程。

根据上述入库设计洪水过程线、库容曲线、起调水位进行调洪演算。

本次调洪演算成果见表2-9。

调洪演算成果表2-92.5 坝顶高程计算水库主坝为浆砌石坝，坝顶超高计算公式采用《砌石坝设计规范》（SL25-2006）中公式进行计算：c z b h h H H ++∆＝式中：H ∆——坝顶超高，m ；H b ——波浪高，m ；H z ——风浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m ；H c ——安全超高，5级坝，设计情况A=0.3m ，校校情况A=0.2m 。

根据当地提供的风速风向资料，水库水面以上10m 高度处，年最大平均风速为16m/s 。

根据《砌石坝设计》（SL25-2006）及《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252-2000）有关规定，永久建筑物级别为5级。

根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）波高、波长按官厅公式（C.4.1-1）和（C.4.1-2）计算： ）（11.4.)(0076.03/12020121-=C v gD v v gh o b）（21.4.)(33.015/42020157-=C v gD v v gLm o式中：H b ——波高（当2502020-=v gD时，为累积频率5%的波高h s%；当当100025020-=v gD 时，为累积频率10%的波高h 10%），m ；L m ——平均波长，m ；v 0——计算最大风速（设计情况采用多年平均年最大风速的1.5倍 ，校核情况采用多年平均最大风速），m/s ； D ——风区长度，m ；g ——重力加速度，9.81m/s 2。

3.1基本资料3.1.1洪水过程线的确定本设计中枢纽主要任务是发电，兼做防洪之用，所以必须在选定水工建筑物的设计标准外，还要考虑下游防护对象的防洪标准。

由资料知混凝土坝按500年一遇（P=0.2%）洪水设计，2000年一遇（P=0.05%）洪水校核。

绘出设计洪水过程线和校核洪水过程线：图3.1 校核洪水过程线图3.2 设计洪水过程线3.1.2相关曲线图图3.3 水位容量关系曲线图3.2洪水调节基本原则在已确定选择混凝土实体重力坝的情况下，从提高泄流能力，便于运用管理和闸门维修，节省工程投资角度出发，泄洪方式以坝顶泄流最为经济。

故按坝顶溢流的方式进行洪水调节计算，以确定坝顶高程和最大坝高。

调洪演算采用半图解法。

3.2.1确定工程等别和级别根据SDJ12-78《水利水电工程枢纽等级划分和设计标准（山区、丘陵区部分）》结合宁溪枢纽所给定的特征水位和基本资料，通盘考虑水库总库容、防洪效益、装机容量等因素，该工程为二等大型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。

由表3-2-1可知永久性建筑物设计洪水标准为：正常运用（设计）洪水重现期为500年，非常运用（校核）洪水重现期为2000年。

3.2.2水库防洪要求本水库的设计标准为500年，校核标准为2000年，S 水库洪水调节除保证本工程设计标准以外，还担负着提高下游防洪标准的任务。

3.3调洪演算3.3.1调洪演算的目的根据水位～库容曲线以及S 坝址设计洪水过程线，孔口尺寸、孔数以及堰顶高程，利用调洪演算来确定设计洪水位和校核洪水位，为后面坝顶高程的确定奠定基础。

3.3.2调洪演算的基本原理和方法(a)根据库容曲线Z-V ，以及用水力学公式计算Q-Z 关系3/2q Bm =式中：q ——过堰流量，单位为3/m s ；B ——过水断面宽度，单位为m ； m ——堰的流量系数； ε——局部水头损失系数；H ——堰顶全水头，单位为m 。

(b)分析确定调洪开始时的起始条件，起调水位357m 。

项目八 水库防洪调节计算学习的内容和意义： 了解水库调洪的任务与防洪标准;理解水库调洪计算原理;掌握水库调洪计算方法、水库调洪计算的列表试算法;明确水库防洪计算的任务以及水库调度概念和方 法，能针对不同工程情况进行水库调洪计算，确定水库防洪参数；习题内容主要涉及:水库调洪计算原理和方法、水库防洪计算。

通过课程设计，水库调洪计算的列表试算法。

一、概念题（一）填空题1. 调节周期 。

2. 设计保证率 。

3. 调节年度 。

4. 完全年调节。

5. 水利工程建筑物的防洪标准分为 。

6. 动库容曲线 。

7. 结合库容 。

8. 设计洪水位 。

9. 校核洪水位 。

10. 地下水均衡 。

11. 地下水动态 。

12.洪水管理。

（二）选择题1、如图所示为某水库的库容划分示意图， 试判断该水库的运用方式为（1）防洪与兴利部分结合 （2）防洪与兴利完全结合 （3）防洪与兴利不能结合2、某水库溢洪道设有闸门控制，下游有防洪要求，设计洪水及泄流过程如图所示，由 图中已知在t 2~t 3 时刻水库的水位（1）上升 （2）不变Z 死Z 限 Z 正 Z 防 Z 校 Q (q )Q (t )q (t )q 安t 1 t 2 t 3t图10‐2 库容划分示意图（3）下降图10‐3 设计洪水及泄流过程、在水库的设计中，水库的防洪标准一般比下游保护对象的防洪标准要（1）低（2）高（3）相等V ，溢洪道宽度 B，最大下泄流量q m，三者之间的关系是4、防洪库容防V 越大（1）B 越大，q m 越大，防V 越小（2）B 越大，q m 越小，防V 越小（3）B 越大，q m 越大，防5、当正常高水位一定时，兴利和防洪结合库容的大小取决于（1）死水位（2）防洪限制水位（3）溢洪道堰顶高程6、水库进行调洪时（1）水库的最高洪水位与入库洪水的洪峰同时发生（2）入库洪水位的洪峰发生在水库最高洪水位之前（3）水库最高洪水位发生在入库洪水的洪峰之前7、在有闸门控制的水库防洪运行中，一场洪水的最大下池流量取决于（1）水库的泄洪能力（2）防洪库容的大小（3）水库的防洪调度方式Z 可以定得比不考虑短期洪水预报时8、在采用洪水预报配合调度时，限（1）高（2）低（3）无可奉告9、分期确定防洪限制水位时，主汛期的防洪限制水位与副汛期的汛限水位相比 （1）应高（2）应低（3）可以一样10、某水库所属流域洪水发生的时间缺乏规律性，则水库的防洪限制水位宜定为 （1）高于正常水位（2）等于正常水位（3）低于正常水位11、欲提高某已建水库大坝的防洪标准，可考虑采用 （1）提高正常蓄水位 （2）降低死水位（3）增加泄洪建筑物的泄洪能力12、有闸门控制的水库，溢洪道堰顶高程 堰 Z ，汛限水位 汛 Z 和正常高水位 蓄 Z 的关系 为（1） 堰 Z < 汛 Z £ 蓄 Z （2） 堰 Z £ 汛 Z £ 蓄 Z （3） 汛 Z £ 堰 Z < 蓄Z 13、在相同防洪库容条件下，有闸门控制泄流与自由泄流相比 （1）能增大最大下泄流量 （2）能减小最大下泄流量 （3）不影响最大下泄流量 1 4、某防洪系统中有水库、堤防、分洪工程，在发生洪水时以上三种防洪工程设施启 用的一般顺序为（1）水库滞洪、分洪区分洪、堤防泄洪 （2）水库蓄洪、堤防泄洪、分洪区分洪 （3）堤防泄洪、分洪区分洪、水库滞洪15、当水库的下游安全泄量为 安 q ，区间来水位 t Q , 区，并且水库至防洪区的洪水传播 时间为t ，则水库遇下游防洪标准的洪水时，其泄量为（1） 库 q £ 安 q — t + t Q , 区 （2） 库 q ³ 安 q — t + t Q , 区 （3） 库 q £ 安 q — t - t Q , 区16、防洪库容与兴利库容结合程度取决于 （1）洪水出现规律和洪水特性（2）汛限水位的高低和洪水出现规律与洪水特性 （3）泄流建筑物的控制条件、洪水特性及出现规律（三）判断题1、当库水位超过设计洪水位时，必须启用非常溢洪道。

水库调洪演算试算法一、水库调洪计算的任务入库洪水流经水库时，水库容积对洪水的拦蓄、滞留作用，以及泄水建筑物对出库流量的制约或控制作用，将使出库洪水过程产生变形。

与入库洪水过程相比，出库洪水的洪峰流量显著减小，洪水过程历时大大延长。

这种入库洪水流经水库产生的上述洪水变形，称为水库洪水调节。

水库调洪计算的目的是在已拟定泄洪建筑物及已确定防洪限制水位（或其他的起调水位）的条件下，用给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的泄洪能力曲线及库容曲线等基本资料，按规定的防洪调度规则，推求水库的泄流过程、水库水位过程及相应的最高调洪水位和最大下泄流量。

若水库不承担下游防洪任务，那么水库调洪计算的任务是研究和选择能确保水工建筑物安全的调洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的选择，最终确定水库的设计洪水位、校核洪水位、调洪库容及二种情况下相应的最大泄流量。

若水库担负下游防洪任务，首先应根据下游防洪保护对象的防洪标准、下游河道安全泄量、坝址至防洪点控制断面之间的区间入流情况，配合泄洪建筑物形式和规模，合理拟定水库的泄流方式，确定水库的防洪库容及其相应的防洪高水位；其次，根据下游防洪对泄洪方式的要求，进一步拟定为保证水工建筑物安全的泄洪方式，经调洪计算，确定水库的设计洪水位与校核洪水位及相应的调洪库容。

二、水库调洪计算基本公式洪水进入水库后形成的洪水波运动，其水力学性质属于明渠渐变不恒定流。

常用的调洪计算方法，往往忽略库区回水水面比降对蓄水容积的影响，只按水平面的近似情况考虑水库的蓄水容积（即静库容）。

水库调洪计算的基本公式是水量平衡方程式：t t t t t tV V t q q t Q Q -=∆+-∆++++1121121)()( （3-1）式中： t ∆——计算时段长度（s ）；1,+t t Q Q ——t 时段初、末的入库流量（m 3/s ）；1,+t t q q ——t 时段初、末的出库流量（m 3/s ）；1,+t t V V ——t 时段初、末水库蓄水量（m 3）。

A、4、调洪演算1、调洪演算的基本资料（1）起调水位：由于渭北地区水资源缺乏，尚书水库属于蓄洪运用水库，不能使用降低汛期限制水位的办法来保证水库安全。

水库的起调水位取正常蓄水位582.50m。

（2）库容曲线：2001年3月水库管理局委托陕西省水利电力设计院测量队，对尚书水库淤积和库容曲线进行了测量。

目前，坝前淤积面高程为570.00m,死库容已淤满，兴利库容为170万m3,总淤积量44万m3。

参见表4-1。

尚书水库水位与库容曲线表表4-1（3）溢洪道泄流曲线：溢洪道位于大坝右岸，涵洞泄流按宽顶堰计算，最大流量14m3/s，没有考虑涵洞淹没时的出流情况。

本次调洪演算对涵洞出流进行了复核，并考虑了淹没状态，当堰上水头小于2.0m时按宽顶堰计算，当堰上水头大于2.0m时涵洞淹没按管口出流计算流量。

经复核涵洞最大泄流量为42 m3/s，水位与泄流关系曲线表参见表4-2。

2、调洪计算的方法放水洞流量小（1.5m3/s）不参与调洪。

调洪计算的方法为蓄率中线法，三条工作曲线的计算表参见表4-3，将三条工作曲线绘制在同一图上，就可以进行调洪演算了。

蓄率中线法工作曲线计算表3、水库调洪运用方式在正常蓄水位582.50m时洪水入库，水库调洪运用方式是：入库流量小于闸门全开正常蓄水位下的出库流量（88m3/s）时，由闸门控制来多大流量泄多大流量；入库流量大于闸门全开正常蓄水位下的出库流量（88m3/s）时，闸门全开溢洪道畅泄，库水位回落到582.50m时由闸门控制来多大流量泄多大流量。

4、调洪计算结果将各频率设计洪水利用蓄率中线法进行调洪演算，其结果参见表4-4和表4-5。

从中可以看出， 30年一遇设计洪水调洪演算，水库最高洪水位为582.98m,最大下泄流量为113m3/s. 300年一遇校核洪水调洪演算，水库最高洪水位为584.44m,最大下泄流量为180m3/s.水库调洪计算表（P=0.33%）。

水库调洪演算
水库的调洪演算按按泄洪建筑物形式的不同，又可分为有闸门控制和自由泄流两种情况。

前者水库出流量和水库水位没有严格的关系，它随水电站的防洪调度规则而定，后者，除过机流量外，水库出流量与水库水位存在着严格的函数关系。

青溪水库调度时，同时结合了以上两种情况，即：调度起始阶段，采用闸门控制，当库水位达到某一特定水位时，闸门全开，采用自由泄流。

青溪水库有控泄设备的水库，因此，可以根据初设时拟定的调度规则进行调洪演算。

1所用资料
青溪水库调洪规则，设计洪水过程。

2具体计算过程
2．1 原理
根据青溪水库的调度原则分析，调度起始阶段按照固定下泄，当水位达到某一汛限水位时采用自由泄流方式。

水库的自由泄流时主要基于水量平衡的原理，具体如下：
1221212
2V V V t q q t Q Q -=∆=∆+-∆+ 式中：Q 1、Q 2～时段Δt 始末的入库流量（m 3/s ）.
q 1、q 2～时段Δt 始末的出库流量（m 3/s ）.
V 1、V 2～时段Δt 始末的水库蓄水量（m 3）.
Δt ～计算时段，视入库洪水过程线的历时而定，
2．2具体流程：
2．3 演算结果
根据青溪水库入库洪水和水库调度规则进行调洪演算。

各频率P=0.2%、P=0.33%、P=0.5%、P=1%的调度结果。

水库的调洪计算案例综述（1）水库调洪计算的原理对水库进行调洪计算就是想要我们逐时段求解，经过这个过程我们就可以得到水库的泄流量和蓄水量变化。

水量平衡方程：()()121221 22(11)Q Q q q t tV V +-∆=--+∆一般的讲，流过水库排水建筑物的水量就是排出的水量。

如果水库的泄洪建筑为无闸面泄洪形式，则泄洪量可由溢流堰公式计算。

在水量平衡方程的计算中，可用洪水过程线求得方程中的Q 1、Q 2，可利用水库防洪初始条件求解未知量q 1、V 1。

那么未知量q 2、V 2可以用这两个量作为已知量来求解。

用同样的方法可以得到泄流量和蓄水量与时间的关系。

（2）水库的调洪计算水利水电工程初步设计阶段基本的水库调洪计算方法有列表试算法、半图解法以及简化三角形法。

列表试算法因其误差较小，可借助计算机辅助的特点，成为了进行水库防洪调节计算应用最广泛的方法，但其在实际操作中，步骤比较繁琐且计算工作量比较大。

在实际生产中，为了避免列表试算法在操作中的诸多不便，往往采用半图解法代替列表是算法进行调洪计算；通过对半图解法的再次简化得到采取高切林的简化三角形法，这种方法这种方法只需求最大下泄流量，可用于初步规划阶段进行调洪多方案比较时的调洪计算。

根据坝址条件，为减少开挖量，选择渠道溢洪道作为泄洪建筑形式。

考虑到右岸需要布置泄洪建筑物，堰底的高程为83m 。

考虑到施工工艺、操作等条件。

具体如下设计：右岸布置的溢洪道堰底高程83m ，净宽2m 。

右岸的溢流堰形式为宽顶堰，计算堰流流量的系数m=0.38，左岸设置排沙洞，计算流量系数μ=0.9。

泄流公式如下：Q =μeB √2gH（1-2）式中：B ——堰顶宽度（m ）；μ——闸孔流量系数； H ——闸孔水头(m)； e ——闸门开度根据已知的设计资料调洪演算，计算时段取1t h ∆=，计算过程见表1－2。

表1－2 某水库(//2)q f V t q =+辅助曲线计算表（0.2%P =）822587.138.0069.40108.48329.387.339.0081.39120.398433.787.640.2593.61133.86838.2 88.2 41.75 106.11 147.865根据表1－2，绘出水库库水位与下泄流量的关系曲线，如图1－2所示。