水库调洪演算的原理和方法

水利水能规划第三章洪水调节第二节水库调洪计算的原理和方法水利水能规划一、水库调洪计算的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，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、水库特性曲线、拟定的泄洪建筑物的型式与尺寸、调洪方式等，通过计算，推求水库出流过程、最大下泄流量、特征库容和水库相应的特征水位。水库调洪计算是确定入库洪水、泄洪建筑物的型式与尺寸、调洪方式和调洪库容之间的定量关系。水利水能规划二、水库调洪计算的基本方程22Vq、Q、q(m3/s)t(min)Q~tq~tqmaxQiQi+1qiqi+1V2-V1titi+1△t12212122VVtqqtQQ1、水量平衡方程tQ~11Vq、t一个方程两个未知数没有办法求解水库水量平衡示意图水利水能规划二、水库调洪计算的基本方程)(Vfq/231BHM溢q/2102HM洞qHH00q(m3/s)Z(m)Z~q溢Z~q洞2、蓄泄方程溢洪道泄洪洞)(~~~VfqHqVZV~q或方程不是显式，无法直接求解水利水能规划三、水库调洪计算方法（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。（2）推求水库下泄流量过程线q~t。（b）由起始条件确定Q1、Q2、V1和q1。（c）试算(q2~V2~q'2)。1、列表试算法（d）将q2、V2作为下时段的起始条件，推求q~t。（a）分析确定起调水位Z1和计算时段。无闸:Z1=Z堰顶有闸:Z1=Z限水利水能规划三、水库调洪计算方法q'2ΔtV2水量平衡方程q2、V2q~tq2=q'2起始条件Z1假设q2Q1、Q2V1、q1Z~Vq~Vq~Vqm、Zm？蓄泄方程推求q~t曲线示意图水利水能规划三、水库调洪计算方法（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。1、列表试算法（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。（2）推求水库下泄流量过程线q~t。水利水能规划三、水库调洪计算方法Q、q(m3/s)t(min)Q~tq~tQ、q(m3/s)t(min)Q~tqmaxq~t△tt1t2qmaxt'qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。水利水能规划三、水库调洪计算方法（4）推求Vm、V调、Zm。1、列表试算法qmaxVmZmV调=Vm-V汛限Z~Vq~V（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。（2）推求水库下泄流量过程线q~t。水利水能规划列表试算法小结：洪水过程线起始条件q~V曲线的绘制←Z~Vq~t曲线的推求←试算qm的推求←绘图Zm、Vm推求←查图（表）水利水能规划水库调洪计算的半图解法122121VVΔt2qqΔt2QQ222211qtVqtVQ由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢用半图解法。等式两边同时除以△t,并移项2tV2tV2q21qqtV、、、均可与水库水位Z建立函数关系221QQQ水利水能规划因此，可根据选定的计算时段△t，已知的水库容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘制曲线组：2)(1qtVZf水库调洪计算的半图解法2)(2qtVZfqZf)(3)/(2),/(2),/(333smqtVsmqtVsmQ)(mZ调洪计算半图解法的双辅助线)(1Zf)(2Zf)(3Zf水利水能规划三、半图解法的计算步骤水库调洪计算的半图解法1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算时段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算时段。算出各时段的平均入库流量以及定出第一时段初始的Z1、q1、V1各值。Q水利水能规划2.利用辅助线在图上求解。水库调洪计算的半图解法Z1abcdfgq2eZ2)(1Zf)(2Zf)(3Zf)/(2),/(2),/(333smqtVsmqtVsmQ下泄流量q（m3/s）0Z(m)2)(1qtVZf2)(2qtVZfqZf)(3水利水能规划水库调洪计算的半图解法3.根据Z2值，利用水库Ｚ～Ｖ曲线即可求出V2。4.将ｅ点代表的Ｚ2值作为下一时段的Ｚ1值1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算时段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算时段。算出平均入库流量Q1以及定出第一时段初始的Z1、q1、V1各值。2.利用辅助线在图上求解得出Z2。5.求出该时段的Ｚ2、q2、V2值。如此逐时段进行计算，即可得到下泄流量过程线ｑ～ｔ。水利水能规划Q、q(m3/s)t(min)Q~tq~tQ、q(m3/s)t(min)Q~tqmaxq~t△tt1t2qmaxt'推求qm示意图6.在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。水库调洪计算的半图解法水利水能规划7.推求Vm、V调、Zm。qmaxVmZmV调=Vm-V汛限Z~Vq~V【例题】水库调洪计算的半图解法水利水能规划【补偿调节】水库QQ区坝址AB6hqQB防洪保护区QB=q+Q区河流水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划水利水能规划【补偿调节】水库QQ区坝址AB6hqQB防洪保护区QB=q+Q区河流水利水能规划有闸门控制的溢洪道调洪作用示意图水利水能规划水利水能规划水库防洪计算•一、水库防洪计算的任务•在防洪计算时，通常初步拟定泄流方式，这需要根据洪水特性、水库安全、闸门启闭设备，以及技术经济条件等综合考虑加以论证确定。泄洪建筑物形式的选择必须综合考虑水利枢纽的地形条件、地质条件、水库大坝类型、综合利用要求以及利用洪水预报进行泄洪的可能性等条件，最终选定时也必须进行技术经济比较论证。•水库防洪计算的任务，主要是对各种拟定的方案，通过调洪计算，求得最大下泄流量、调洪库容和最高洪水位等技术参数，为技术经济论证和选择最佳方案提供依据。水利水能规划•水库防洪计算的内容，主要包括以下几点：•(1)根据库区地形、地质等条件，分析洪水特性及灾害情况，考虑兴利库容与调洪(防洪)库容结合的可能和程度，拟定苦干个泄流建筑物形式、位置、尺寸，以及汛期运用方式的方案。•(2)对各方案进行调洪计算，求得每个方案相应于各种设计洪水的最大下泄流量、调洪库容和最高洪水位。•(3)计算各方案的大坝造价、淹没损失、泄流建筑物投资、下游堤防造价、水库防洪效益等经济指标、进行技术经济分析与比较，选择最佳方案。水利水能规划•二、无闸溢洪道水库的防洪计算•(一)下游无防洪要求时•(1)拟定方案；(2)调洪计算；(3)计算坝高；(4)计算各方案的投资(5)选定方案水利水能规划•(二)下游有防洪要求•在防洪水利计算中需要考虑下游安全泄量的要求，分别对枢纽标准与下游防洪标准的洪水进行调洪计要。具体的步骤是：•(1)假定不同的溢洪道宽度B方案。•(2)对下游防洪标准的设计洪水进行调洪计算，求得B与qm的关系。舍去qm超过下游安全泄量的宽度方案。•(3)对满足下游防洪要求的诸方案，再对枢纽防洪标准的洪水，进行调洪计算，以确定坝高、设计洪水位与校核洪水位，以及相应调洪库容。并进行经济比较，求得经济上合理或最佳的方案。计算过程与无防洪要求的基本相同。水利水能规划•三、有闸溢洪道水库的防洪计算第十四章水库防洪计算水利水能规划水利水能规划•四、具有非常泄洪设施水库的防洪计算•(一)非常泄洪设施•有的水库校核洪水比设计洪水大得多，尤其当校核洪水采用可能最大洪水时，二者相差更为悬殊。如只设有正常泄洪建筑物，必将增加工程造价。因此，为了安全又不致使造价过高，若条件许可，应尽量修建位置适当、工程比较简易的非常泄洪建筑物，帮助正常泄洪设置宣泄比设计洪水大得多的洪水。•(二)非常泄洪设施的启用标准•目前，多以某一库水位作为启用标准，这个水位称为启用水位。启用标准较高，虽能减少下游洪水灾害，但会使建筑物规模增大，上游淹没损失增加；启用标准过低，建筑物规模小、造价低，但下游遭受洪水灾害机会增多，损失亦大。因此非常泄洪设施的启用标准必须通过综合技术经济论证来决定。水利水能规划•(三)调洪计算•针对已选定的非常溢洪道宽度、启用水位、校核标准(或可能最大洪水)的入库洪水过程，按无闸溢洪道的自由溢流，采用本章第二节所介绍的方法进行调洪计算，求得非常泄洪情况下的泄流过程线、最大下泄流量，在校核洪水标准下所需要的防洪库容，以及校核洪水位和坝顶高程。必须指出，计算时应使用合成泄流曲线及相应的蓄泄曲线，即启用水位的泄流量应包括正常溢洪道的泄流量和非常溢洪道的泄流量。•通过调洪计算成果，可以看出，当溢洪道宽度不变时，如果降低启用水位，溢洪道将提早泄洪，增大下泄流量和减小所需的防洪库容。在启用条件相同的情况下，非常泄洪设施的尺寸越大泄洪能力也越大，所需的防洪库容也越小。因此，可根据上述的相互关系，以及地区的实际情况，对方案进行优选。第十四章水库防洪计算水利水能规划ABC坝址区间陆面库面水库周边流域分水线A、B、C为水库回水末端入库洪水示意图入库洪水：从水库周边汇入水库（包括入库断面）的洪水。回水末端洪水区间陆面洪水库面的降水量入库洪水入库洪水与坝址洪水的区别？水利水能规划入库洪水与坝址洪水的区别峰现时间提前洪峰增大峰形尖瘦峰前洪量增大洪量增大ABC坝址区间陆面库面水库周边流域分水线A、B、C为水库回水末端入库洪水示意图水利水能规划入库洪水分析计算雨量资料推求流量资料推求流量叠加法马斯京根法槽蓄曲线法水量平衡法干支流有实测资料、区间洪水估计得当由坝址洪水反演入库洪水，资料要求较少由坝址洪水推求入库洪水，缺乏实测洪水tVtVOIS水利水能规划入库洪水系列频率计算干流洪水支流洪水坝址洪水入库洪水与坝址洪水的关系马斯京根法槽蓄曲线法流量叠加入库设计洪水坝址设计洪水入库洪水与坝址洪水的关系马斯京根法槽蓄曲线法