（水文学及水资源专业论文）受人类活动影响的水库设计洪水调度研究.pdf

! ! 童查兰查丝堡至丝兰堕堡圭兰堡兰兰 摘要 随着社会经济的发展和国家对水利建设的日益重视，许多上游本为天然 流域情况的水库若干年后其上游发生了各种类型的人类活动，这些合理或不 合理的人类活动改变了上游的天然状况，上游地质、地貌及水文情势变得复 杂起来，一定程度上影响了水库所处流域的水文环境和水库的运行方式。若 依然按照原有的调度规则进行调度，势必会对这一流域上下游的人民生活和 城市建设等产生不利影响甚至是极大的危害、也会威胁水库本身的安全或者 可能会浪费有效资源。上游修建多个中小水库就是种较大规模的人类活 动，本文研究旨在考虑上游多个中小水库影响的条件下，对现有的下游水库 设计入库洪水过程进行调洪演算，定量分析上游中小水库的蓄泄对下游水库 设计入库洪水过程调度的影响程度。本文主要从上游水库发生溃坝对下游水 库设计洪水调度产生影响和上游水库有调蓄作用对下游水库设计洪水调度产 生影响两个方面详细阐述了上游人类活动( 多个中小水库的修建) 对下游水 库设计洪水调度的影响程度。论文以广东省长潭水库为研究对象，阐述了受 人类活动影响的水库设计洪水调度研究方法，研究了水库在其上游修建了若 干个中小水库以后其设计洪水调度所受的影响程度，分析比较了研究结 果，探讨了水库在考虑上游多个水库影响下的防洪标准、调度原则及水资源 综合利用特点。 关键词溃坝洪水、调蓄作用、水库设计洪水、调洪演算、影响程度 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hc h i n a ss o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n di n c r e a s i n ga t t e n t i o nt ow a t e r r e s o u r c e sp r o j e c t s c o n s t r u c t i o np a i db yc h i n e s eg o v e r n m e n t ，t h eu p s t r e a ma r e a s o fm a n yr e s e r v o i r sw h i c hw e r e o r i g i n a l l y n a t u r a lc a t c h m e n t sa r e c u r r e n t l y i n t e r v e n e db yd i f f e r e n tk i n d so fh u m a na c t i v i t i e s t h e s er a t i o n a la n di r r a t i o n a l h u m a na c t i v i t i e sa l t e r e dr e s e r v o i r s c a t c h m e n t sn a t u r a lc o n d i t i o n s ，a sar e s u l t ， t h e i r g e o l o g i c a l ，g e o g r a p h i c a l a n d h y d r o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c sb e c o m em o r e c o m p t i c a t e d ，a n dc o n s e q u e n t l y t h e i r g r e a t l yc h a n g e dh y d r o l o g i c a lr e g i m e s a f f e c t e dr e s e r v o i r s r o u t i n eo p e r a t i o n i fr e s e r v o i r sa r es t i l lo p e r a t e da c c o r d i n gt o t h eo r i g i n a lr e g u l a t i n gr u l e s ，t h i sw i l lc a u s en e g a t i v ei m p a c t so n ，o re v e ns e r i o u s d a m a g et o ，p e o p l e s l i v e sa n dc i t i e s i n f r a s t r u c t u r e ，t h r e a t e nt h e s a f e t y o f r e s e r v o i r so rw a s t ee f f e c t i v er e s o u r c e s t h ec o n s t r u c t i o no f m i d d l ea n ds m a l l 。s i z e r e s e r v o i r si si m p a c t p r o f o u n dh u m a na c t i v i t i e s t h i sp a p e ra i m st oc o n d u c tf l o o d r o u t i n go fd e s i g n e di n f l o wf l o o d so f d o w n s t r e a mr e s e r v o i r su n d e rc o n s i d e r a t i o n o fe x i s t e n c eo f u p s t r e a mm i d d l ea n ds m a l l s i z er e s e r v o i r s ，q u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e t h e d e g r e eo fi m p a c to ft h eu p s t r e a mr e s e r v o i r s d a m - b r e a kf l o o d s o rf l o o d r e g u l a t i n gf u n c t i o n so nd e s i g ni n f l o wf l o o d so f t h ed o w n s t r e a mr e s e r v o i r s ，t h e p a p e r s e l e c t e dc h a n g t a nr e s e r v o i ri n g u a n g d o n gp r o v i n c ea sc a s es t u d ys i t e ， i n v e s t i g a t e dt h ei m p a c t so f4u p s t r e a mr e s e r v o i r so nc h a n g t a nr e s e r v o i r sd e s i g n i n f l o wf l o o d sa n d e x p l o r e dc h a n g t a nr e s e r v o i r sf l o o d - p r o t e c t i o ns t a n d a r d s ， r e g u l a t i n g r u l e sa n dp o t e n t i a lf o r i n t e g r a t e dw a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o n a f t e r n e w l y c o n s t r u c t e du p s t r e a mr e s e r v o i r sb e i n gt a k e ni n t oa c c o u n t k e y w o r d s d a m b r e a k f l o o d s ；f l o o d r e g u l a t i n gf u n c t i o n ：d e s i g n f l o o d so f r e s e r v o i r ：f l o o d - r o u t i n g ；i m p a c td e g r e e i j 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 问题的提出 许多大中型水利工程在设计和建设时，通常会考虑到以后可能受到的各种 人类活动的影响，因而会做一些相应的预防措施和工程保险措施。但由于水利 工程受水文气象等随机因素的影响较多，又和国民经济发展建设密切相关，具 有一定的随机性、阶段性以及风险性，因此水利工程的设计标准是相对的，它 在建设之初的设计标准也是带有一定风险的优化标准。水利工程在建成之后， 各种预料之外的事件时有发生，即使有所预料，它们对该水利工程的影响范 围、影响程度大小也难以定量预测，因而对它们的防范措施难以做到严密。 某一区域的大中型水利工程对其所处区域的经济建设以及城市安全保障等 方面起着举足轻重的作用，它通过对水资源进行合理的分配利用，来满足工农 业生产、发电、航运和生态养殖等需要；当城市在遭遇洪水灾害时能通过合理 的水利调度壤大限度地防洪减灾，保障人们生命财产安全，保障城市建设。可 以说，它的功能发挥与否、功能正确发挥与否以及功能发挥的程度大小对该地 区的国计民生起着重要作用。因此，在不可预料的事件或预料不周的事件发生 后，如何最大限度地减少这种事件对这一水利工程的不利影响，如何最大限度 地利用这种事件对这一水利工程的有利影响，并提前对产生有利或不利影响进 行定量分析作为提高工程综合效益或拟定防范措施的备用数据依据是科技工作 者必须要做的研究工作。如何进行定量分析并根据分析结果对水利工程措施提 出合理的建议也是科技工作者面i 临的任务。 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 最为常见的情况就是在某一大中型水库建设前，其上游是天然流域，若干 年后，大规模的合理或不合理的人类活动改变了上游的天然状况，上游地质、 地貌及水文情势变得复杂起来，从而严重影响了该水库所处 流域的水文环境，干扰了水库的正常运行，若依然按照原有的调度规则进行调 度，势必会浪费有效资源或会对这一流域上下游的人民生活和城市建设等产生 不利影响甚至是极大的危害，另外也会威胁水库本身的安全。水库是水利的主 要基础设施，加强水库安全管理，在防御超标准洪水发挥工程效益的同时，最 大限度地降低洪水灾害、最大限度地利用可用资源是水利现代化的根本要求。 因此，如何充分利用有利因素、避免不利因素和危害，保障水库自身安全，是 一个重要的课题，也是本文的选题。 人类活动有许多类型，如水资源的大量开采利用、河道治理、植树造林、 梯田建设、修建水利工程等。对于大中型水库流域来说，人类活动影响的主要 因子是该流域控制面积内的水田、塘坝、山塘以及各种类型的水利工程，其中 水利工程的影响是最主要的。本文中所涉及的人类活动主要针对上游修建水利 工程。准确地说，本文研究的人类活动主要指上游修建多个中小水库。以广东 长潭水库为例，它建成于1 9 8 7 年，当时其上游为天然流域情况，近年来，随 着国民经济的飞速发展和国家对水利水电建设的日益重视，流域内新建了若干 中小型水库，这些中小水库对国民经济建设发挥了一定的作用，但是，这些中 小型水库设计标准相对较低。当流域发生较小洪水时，各水库拦蓄部分洪水： 当发生较大洪水时，各水库将开闸放水；当特大超标准洪水出现时，部分水库 可能发生溃坝，产生溃坝洪水。所有这些都将对长潭水库已有设计洪水的调洪 演算结果产生影响，进而可能改变水库的防洪标准和设计参数。因此，本文研 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 究旨在考虑上游多个中小水库影响的条件下，对现有的长潭水库设计洪水过程 进行调洪演算，定量分析上游中小水库的蓄泄对长潭水库的防洪特征水位及防 洪标准的影响程度，并分析比较研究结果，提出合理的建议。这对保证该水库 的防洪安全、提高水资源综合利用等方面，具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 2 1 世纪人类将面临资源、环境、人1 5 1 三大主题。随着经济的发展和人们生 活质量的不断提高，需水量剧增，世界范围内水资源的供需矛盾日益突出，人 类为获取更多的水资源而进行的有关活动日益频繁。由于受人类活动影响而引 发的气候、地貌、生态、泥沙、水质等变化已引起世界各国政府和科学家们的 高度重视，并根据不同的问题开展研究，取得了令人振奋的研究成果。 在泥沙、水质、气候、地貌、生态等方面国内有关的科研单位和高等院校 先后开展了黄土高原人类活动对土壤侵蚀的影响研究；青海湖地区生态环境演 变与人类活动关系的研究；人类活动对天水市河流泥沙影响的研究：人类活动 对鄂尔多斯环境退化的影响的研究；沙漠化与人类活动的关系研究；人类活动 对湟水流域生态环境的影响研究；人类活动对焦作地区环境水文地质的影响研 究：人类活动对济南泉域地下水水质的影响研究；人类活动对河北平原地下水 水质演化的影响研究等等，非常广泛。 水利工程受人类活动影响的研究国内外大致有以下方面： ( 1 ) 研究上游单一水库溃坝洪水对下游水利工程的影响 1 9 9 4 年松辽水利委员会水文局有关学者曾对冰湖溃坝洪水对满拉水库的影 响进行过分析，研究的主要目的是分析冰湖溃决的可能性，并采用率定后的美 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 国天气局土坝缺口侵蚀模型( b r e a c h ) 对白湖溃坝洪水进行了计算【lj ，而在 分析渍坝洪水对满拉水库的影响方面涉及不多。 ( 2 ) 研究上游水库调节对下游水库淹没的影响 1 9 9 5 年湖南省水电设计研究总院曾对东江水库调节对其下游各级水库淹没 的影响进行过分析，研究利用东江水库空闲库容容纳洪水，减少下泄流量，从 而使下游各梯级水库淹没损失减少，提高经济效益【2 1 ，研究过程中，主要涉及 的是上游水库的削峰作用分析及回水影响分析。 ( 3 ) 研究水库上游水利工程对下游中小型水库洪水预报的影响 2 0 0 2 年辽宁省大伙房水库管理局科技工作者作了水库上游水利工程对下游 中小型水库洪水预报影响的研究，研究中从理论角度上将主要控制水库上游流 域内所有的水利工程模拟为一座确定位置的虚拟水库，由水库群相关特征数据 求出虚拟水库的各特征值。通过流域调查及流域产汇流分析，在主控水库原预 报结果的基础上，对虚拟水库的调节进行定性分析，最终求得在考虑上游水利 工程影响情况下的主控水库入库洪水预报过程口1 。 2 0 0 0 年，郭生练教授在总结前人研究工作的基础上在考虑人类活动影响的 丰满水库洪水预报方案研究中，采用新安江三水源模型进行产流计算，纳西 ( j e 。n a s h ) 模型和地下线性水库进行汇流计算，采用改进的可变遗忘因子递 推最小二乘法进行实时校正洪水预报，提出考虑水利工程( 流域内大、中、小 型水库和塘垸堤坝) 和土地利用( 水稻田面积) 对产汇流结果影响的洪水预报 方案 4 1 。在上游大中小水库群影响处理的方法上处主要考虑它们正常调蓄情 况，对它们的非常情况如渍坝情况分析计算较少。在考虑它们正常调蓄情况时 主要按下面几点来处理：以水库群的总库容的一半作为防洪库容；将防洪 堡堡奎兰查墼堡垒丝兰堡堡圭兰堡兰圣 库容转换为整个流域控制面积上的“蓄水容量”；用平均土壤含水量作指 标，处理水库初始蓄量；用新安江三水源产流模型进行计算。第三点即将防 洪库容转换为整个流域控制面积上的“蓄水容量”是一个构思很好的概化方 法，但是因为上游各水库的库容大小不且所控制的流域面积不等以及整个流 域下垫面分布不均等情况，概化会导致计算结果的偏差，文中所提到的“由此 可见，模型的模拟预报效果较差，有待改进提高。”，笔者认为可能是概化导致 的结果。 从上述可知，水利工程受人类活动的影响的研究已引起世界各国政府和科学 家们的关注并从理论和应用方面开展了系列的研究，但是定性研究相对较多， 定量研究相对较少，方法和过程也有待于进一步拓宽改进。 1 3 本文研究内容 本文主要从上游中小水库发生溃坝对下游水库设计洪水调度产生影响和上 游中小水库具有调蓄作用对下游水库设计洪水调度产生影响两个方面来分析研 究人类活动( 多个中小水库的修建) 对下游水库设计洪水调度的影响程度：论 文结合实例详细阐述了受人类活动影响的水库设计洪水调度研究方法，以广东 省长潭水库为研究对象，研究水库在其上游修建了若干个中小水库以后，其设 计洪水调度所受的影响程度；并分析比较研究结果，探讨水库在考虑上游多个 水库影响下的防洪标准、调度原则及水资源综合利用特点。 1 4 主要创新点 本文主要创新点是： ( 1 ) 从设计洪水的角度定量研究当流域内发生超标准洪水时，因上游中 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 小水库发生溃坝而对下游水库设计洪水调度产生的影响 ( 2 ) 从设计洪水的角度定量研究当流域内发生常规洪水时，因上游中小 水库的调蓄作用而对下游水库设计洪水调度产生的影响。 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 2 1 流域概况 第2 章研究区域概况 长潭水电站位于广东省梅州市蕉岭县城北约6 k m 的石窟河流域长潭峡谷段 中。石窟河河道全长1 5 0 k m ，流域面积3 6 8 1 k m 2 。石窟河流域地处南方湿润地 区，气候为副热型，冬季为大陆性气候，夏季为海洋性气候，雨量丰沛。4 6 月为前汛期，7 1 0 月为后汛期，每年的1 1 月次年的3 月为枯季。流域内 共有水文站两处，为长潭和圆丰；水位站四处，分别为东留、石磺峰、竹岭和 下坝；雨量站十处，分别为苏湖、自莲塘、中山、民主、十方、仁居、下坝、 圆丰、岩前和长潭。 长潭水电站建成于1 9 8 7 年，水库坝址以上集水面积为1 9 9 0 k m 2 ，河道长约 l o o k m 。当初修建时，它的上游是天然流域情况，近年来，随着国家对水利工 程建设的重视，它的上游先后修建了6 0 0 万k m 2 以上的水库电站四座，它们分 别是： 东留水库：集水面积为2 3 3k m 2 ，总库容为2 3 8 0 1 0 4 m 3 石磺峰水库：集水面积为6 3 7 4 k m 2 ，总库容为3 2 2 0 x1 0 4 m 3 下坝水库：集水面积为l1 2 9k m 2 ，总库容为2 2 9 5x1 0 4 m 竹岭水库：集水面积为5 5 8k m 2 ，总库容为6 2 0 4 1 0 4 m 3 以上四个水库，集水总面积为1 6 8 7k 辞，占长潭水库集水面积的8 5 。这 些中，j , t x 库的修建对国民经济建设发挥了一定的作用，同时也对长潭水库已有 设计洪水的调洪演算结果产生影响，进而可能改变水库的防洪标准和设计参 数。流域水系及站网分布见图2 - 1 。 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 图2 - 1 长潭以上流域水系及站网分布图 8 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 2 2 工程概况 2 ，2 ，1 长潭水库 工程于1 9 8 3 年1 2 月动工兴建，1 9 8 7 年元月下闸蓄水，1 9 8 7 年4 月份 1 # ，2 # 机组并网发电，1 2 月份3 # ，4 机组并网发电。水库1 0 0 年设计洪水位 为1 5 l _ 5 0 m ，1 0 0 0 0 年校核洪水位为1 5 6 3 0 m ，总库容为1 6 9 l o s m 3 ，汛期控 制水位为1 4 4 o o m ，库容系数3 2 属季调节水库。工程为砼空腹重力坝，由 坝内式厂房及开敞式变电站等主要建筑物组成。大坝坝顶高程为1 5 6 ，3 8 m ，坝 长为2 0 5 5 m 。设有5 个溢洪道，每孔宽8 m ，高1 3 m ，装有8 1 3 m 的孤型闸门 控制，堰顶高程1 3 6 o o m ，坝内装有4 台水轮发电机组，单机容量为1 5 1 0 4 k w ，最大过水能力4 2 1i n a s 。水库综合概况见表2 - 1 。 表2 1 长潭水库综合概况表 序号指标名称单位数值 l 坝址以上集水面积 k m 21 9 9 0 2坝顶高程1 5 6 3 8 3坝基高程8 5 o o 4最大坝高7 1 - 3 8 5 总库容 1 0 8 m 31 6 9 6工程设计标准 1 0 0 年一遇( p = 1 ) 7 工程校核标准1 0 0 0 0 年一遇( p = o 0 1 ) 8 设计洪水位 m1 5 1 5 0 9 校核洪水位1 6 6 3 0 1 0 设计洪水位时库容1 0 8 0 1 9 6 8 l l校核洪水位时库容1 0 8 m 30 3 3 4 1 1 2正常高水位m1 4 8 0 0 1 3 防洪限制水位 m 1 4 4 0 0 1 4 死水位m1 3 6 0 0 1 5发电极限水位m1 3 4 6 0 1 6 坝顶长度2 0 5 5 0 l7溢洪道尺寸 孔数宽高 5 8 1 3 1 8 水轮发电机组台数台4 1 9单机最大过水能力m 3 s4 2 1 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 2 2 2 上游中小型水库 长潭水库上游各水库综合概况见表2 2 。 表2 2 长潭水库上游中小水库综合概况表 序 指标名称单位 竹岭水库下坝水库石磺峰水库东留水库 号 特征值或指标 l坝址以上集水面积k m 25 5 8 01 1 2 9 06 3 742 3 3 0 2坝顶高程 m 2 0 0 0 01 7 8 5 04 6 85 0 3 坝基高程 m1 7 3 0 01 4 5 0 04 1 40 0 4 最大坝高 2 7 0 03 3 5 04 9 5 05 4 5 0 5工程设计标准2 0 年一遇5 0 年一遇5 0 年一遇 5 0 年一遇 6工程校核标准5 0 0 年一遇 7设计洪水位4 6 64 1 8校核洪水位4 6 75 7 9正常高水位m1 9 5 0 01 7 5 0 02 3 04 6 6 0 0 l o防洪限制水位m l l死水位1 7 3 0 02 1 5 0 04 4 7 0 0 1 2发电极限水位1 7 3 0 0 1 3总库容 1 0 。一 0 0 6 2 0 40 2 2 9 50 3 2 2 00 2 3 8 0 1 4调节库容1 0 8 m 3o 0 1 0 1 00 2 1 5 20 1 6 3 0 1 5 死库容 1 0 8 m 300 5 0 0 0 0 4 0 0 1 g坝顶长度m7 2 o1 2 9 41 2 5 o2 1 7 4 1 7水轮发电机组台数3222 1 8单机最大过水能力蠢i s 孔数 1 9溢洪道尺寸3 1 2 l o 宽高 2 0坝型 细骨料砼砌石重力坝砌石拱坝 2 l调节性能 季调节不完全秣 2 2坝址距长潭距离m3 8 4 5 02 7 1 0 04 3 2 5 07 9 1 0 0 1 0 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 2 3 基本资料 ( 1 ) 长潭水库各项工程指标及设计指标，见上表2 一l ； ( 2 ) 长潭水库上游各中小水库各项工程指标及设计指标，见上表2 - 2 ； ( 3 ) 长潭水库不同频率设计洪水过程( p = 5 ，p = 3 3 3 ，p = i ，p = o 5 ，p = o 1 ) ，该资料来自长潭水电站水库洪水复查报告( 广东省水 利电力勘测设计院，1 9 9 5 年1 1 月) ，见图2 2 。表2 3 ； ( 4 ) 长潭水库水位库容关系，见表2 - 4 ； ( 5 ) 长潭水库水位下泄流量关系，见表2 - 5 ，表中孔数指溢洪道开孔数； ( 6 ) 长潭水库水位单机最大出流量关系，见表2 - 6 。 l |p = 0 一 7 髟 i 一j p 7 一 ： 一p = o ：5 | | 1 刑6 缀-& 夕 ，膏i 一 ： 8影瓣 ，p 。3 3 一一莎 跚 p = 5 二习r - _u-_ 冬疹 ”，仝、 缚j鼙缮蕊 271 21 72 22 7驼3 7 4 24 75 25 7b 26 77 2 时南c h ) 图2 - 2 长潭水库天然流域情况下不同频率设计洪水过程线表2 3 长潭水库 阿 h - 帮 静 。(s，静。， 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 天然流域情况下不同频率设计洪水过程线( t = l h ) 不同频率流量( m 3 s )不同频率流量( m 3 s ) tt 5 3 3 3 1 0 5 o 1 5 3 3 3 1 0 5 01 l4 5 04 9 25 8 46 6 17 6 7 3 76 6 07 1 78 3 8 9 5 91 0 5 4 24 9 25 3 86 4 77 2 58 4 83 86 2 26 7 07 9 08 9 51 0 2 2 35 3 55 8 47 l l7 8 89 2 93 95 8 46 2 27 4 38 3 29 9 0 45 7 76 3 37 6 78 5 11 0 1 04 05 7 16 1 37 3 38 2 29 7 5 56 1 96 8 28 2 39 1 51 0 9 14 15 5 96 0 37 2 48 1 3 9 5 9 66 5 47 1 48 6 59 5 01 1 3 64 26 0 76 5 5 7 8 88 7 41 0 2 3 76 9 07 4 69 0 79 8 51 1 8 24 36 5 57 0 68 5 29 3 41 0 8 6 86 8 67 3 58 9 39 8 11 1 6 44 46 5 87 0 2 8 5 79 4 01 0 9 9 g6 8 27 2 48 7 99 7 71 1 4 64 56 6 06 9 8 8 6 39 4 61 1 1 l 1 06 6 17 0 78 5 l9 3 91 1 1 84 66 8 27 3 0 8 9 89 8 l1 1 5 2 l l6 4 06 9 08 2 39 0 l1 0 9 14 77 0 57 6 2 9 3 31 0 1 61 1 9 3 1 28 1 68 9 41 0 9 11 2 1 01 5 0 24 87 2 47 7 89 5 51 0 4 41 2 3 8 1 39 9 21 0 9 81 3 5 81 5 2 01 9 1 34 97 4 37 9 49 7 81 0 7 3 1 2 8 2 1 41 0 7 31 1 8 21 4 9 91 6 2 91 8 5 25 07 4 97 9 49 7 8 1 0 7 31 2 8 9 1 51 1 5 41 2 6 71 6 3 91 7 3 81 7 9 15 17 5 5 7 9 49 7 81 0 7 31 2 9 5 1 61 2 8 11 4 4 21 8 2 21 9 8 12 3 1 35 27 3 2 7 7 99 5 41 0 4 91 2 6 3 1 71 4 0 71 6 1 82 0 0 62 2 2 42 8 3 65 37 0 8 7 6 59 3 l1 0 2 61 2 3 0 1 81 8 1 52 0 0 52 4 8 42 7 6 53 4 3 25 4 6 8 17 3 88 9 49 8 31 1 8 3 1 92 2 2 32 3 9 22 9 6 23 3 0 74 0 2 75 56 5 47 l l 8 5 79 4 01 1 3 7 2 02 4 7 02 7 3 33 3 8 93 7 7 64 6 0 45 66 1 06 6 3 8 0 68 8 91 0 7 3 2 12 7 1 63 0 7 43 8 1 64 2 4 55 1 8 15 75 6 56 1 67 5 58 3 8 1 0 0 9 2 22 8 8 03 1 9 04 0 1 04 4 8 05 5 7 15 85 4 05 8 7 7 2 08 0 39 6 2 2 32 8 2 l3 1 6 63 9 1 44 3 6 55 4 4 45 95 1 45 5 8 6 8 57 6 89 1 4 2 42 7 1 23 0 2 53 7 7 44 2 1 05 2 5 36 0 4 9 55 3 66 5 77 3 38 7 6 2 52 6 0 32 8 8 03 6 3 34 0 5 55 0 6 26 l4 7 65 1 4 6 2 96 9 98 3 8 2 62 4 0 62 6 6 73 3 8 53 7 4 44 6 5 36 24 6 75 0 5 6 1 66 8 08 1 3 2 72 2 0 92 4 4 83 1 3 83 4 3 34 2 4 56 34 5 7 4 9 56 0 36 6 07 8 7 2 81 9 5 22 1 7 42 7 9 73 0 8 23 8 1 26 4 4 5 l4 9 26 0 06 4 87 8 7 2 91 6 9 61 9 0 02 4 5 6 2 7 3 03 3 8 06 54 4 54 8 95 9 76 3 57 8 8 3 01 5 5 11 7 3 42 2 2 02 4 6 33 0 5 86 64 4 54 8 7 5 9 26 3 97 8 5 3 11 4 0 71 5 6 91 9 8 42 1 9 52 7 3 76 74 4 54 8 5 5 8 66 4 37 8 3 3 21 3 0 51 4 5 31 8 3 72 0 5 12 5 3 36 8 4 3 54 7 l5 7 26 2 67 6 3 3 31 2 0 31 3 3 71 6 8 91 9 0 72 3 2 9 6 94 2 54 5 75 5 86 0 9 7 4 2 3 41 1 2 21 2 5 21 5 7 81 7 8 52 1 9 6 7 04 1 64 4 85 4 96 0 3 7 3 3 3 51 0 4 11 1 6 81 4 6 61 6 6 32 0 6 37 14 0 64 3 8 5 4 05 9 77 2 4 3 68 5 l9 4 31 1 5 21 3 1 11 5 5 97 24 0 3 4 3 55 3 35 9 77 2 1 1 2 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 表2 - 4 长潭水库水位库容曲线 水位( m )库容( 1 0 3 )水位( m )库容( 1 0 8 一)水位( m )库容( 1 0 8 m 3 ) 1 3 5 oo 5 5 01 4 0 5o 7 6 91 4 5 51 0 0 5 1 3 5 50 5 6 51 4 1 00 7 8 01 4 6 0i 0 3 0 1 3 6 o0 5 8 01 4 1 50 8 0 51 4 6 51 0 6 0 1 3 6 50 6 0 01 4 2 0o 8 3 01 4 7 01 0 9 0 1 3 7 00 6 2 01 4 2 50 8 5 01 4 7 5 1 1 2 0 1 3 7 50 6 4 01 4 3 o0 8 7 01 4 8 0 1 1 5 0 1 3 8 0o 6 6 01 4 3 5o 8 9 51 4 8 5 1 1 8 0 1 3 8 。50 6 8 01 4 4 ，o0 9 2 01 4 9 o 1 2 l o 1 3 9 00 7 0 01 4 4 50 9 5 01 4 9 5 1 2 4 0 1 3 9 50 7 2 01 4 5 0 0 9 8 01 5 0 0 1 2 7 0 1 4 0 00 7 4 0 表2 5 长潭水库水位泄流量关系 l 篙 流量( m 3 s )水位 流量( m 3 s ) 1 孔2 孔3 孔4 孔5 孔( m )1 孔 2 孔3 孔4 孔5 孔 1 3 5 0o0o01 4 3 2 8 05 6 08 4 0 1 1 2 01 4 0 0 1 3 6oo0 001 4 43 4 0 6 8 01 0 2 0 1 3 6 01 7 0 0 1 3 72 04 06 0 8 01 0 01 4 54 0 0 8 0 01 2 0 0 1 6 0 02 0 0 0 1 3 84 08 01 2 01 6 0 2 0 01 4 64 6 69 3 2 1 3 9 8 1 8 6 42 3 3 0 1 3 97 01 4 02 1 0 2 8 03 5 01 4 75 3 6 1 0 7 21 6 0 82 1 4 4 2 6 8 0 1 4 01 1 5 2 3 03 4 54 6 05 7 51 4 8 6 1 01 2 2 01 8 3 0 2 4 4 03 0 5 0 1 4 1 1 6 03 2 04 8 06 4 08 0 01 4 9 6 9 01 3 8 02 0 7 0 2 7 6 03 4 5 0 1 4 2 2 2 04 4 06 6 08 8 01 1 0 0 1 5 07 7 01 5 4 0 2 3 1 03 0 8 03 8 5 0 - 1 3 堡童奎兰坐篓堡至兰兰堕丝圭兰竺篁兰 表2 6 长潭水库水位单机最大出流量曲线 水位( m )单机最大出流量曲线( m 3 s ) 水位( m )单机最大出流量曲线( m 。s ) 1 3 5 ，0 3 5 o1 4 3 04 0 5 1 3 5 ，53 5 41 4 3 54 0 8 1 3 6 03 5 81 4 4 04 1 0 1 3 6 53 6 21 4 4 54 1 2 1 3 7 0 3 6 51 4 5 0 4 1 5 1 3 7 5 3 7 o1 4 5 5 4 1 6 1 3 8 03 7 51 4 6 04 1 8 1 3 8 53 8 01 4 6 54 2 0 1 3 9 03 8 51 4 7 04 2 1 1 3 9 53 9 81 4 7 54 2 2 1 4 0 ，o3 9 21 4 804 2 4 1 4 0 53 9 51 4 8 54 2 6 1 4 1 03 9 81 4 904 2 7 1 4 1 54 0 01 4 954 2 9 1 4 2 04 0 21 5 004 3 1 1 4 2 54 0 4 ( 7 ) 典型洪水暴雨资料 本文选取的典型洪水是1 9 8 3 年6 月发生的一场洪水( 相当于2 0 3 0 年一 遇的洪水) 。据此摘录暴雨资料。按照天然流域划分方法将长潭水库坝址以上 流域分为东留、东留石磺峰、石磺峰下坝、竹岭和长潭区间5 块单元面 积，单元面积与流域出口之间用河网连接。在每块单元面积上选取3 个雨量 站，用加权平均法推求每块单元面积上的面雨量。各单元面积权重及选用的雨 量站见表2 - 7 ，降雨过程见表2 - 8 ，表中，a 、b 、c 、d 、e 分别代表东留、东 留石磺峰、石磺峰下坝、竹岭和长潭区间5 块单元。 表2 - 7 单元面积权重及雨量站表 单元面积东留东留一石磺峰石磺峰一下坝竹岭区 间 权 重0 1 20 2 0 l0 2 4 70 2 8 o 1 5 2 苏湖、中山、 岩前、平远、岩前、 雨量站南洞、白莲塘、十方、民主、 普滩、 小窑苏湖普滩 普滩蕉岭 兰塞查兰查墼堡兰堡兰堕堡圭兰堡篁兰 表2 81 9 8 3 年6 月长潭水库坝址以上流域单元面积面雨量表 降雨量( m m )降雨量 m m ) 月日时月日时 abcdeabcde 61 480000o2 11 3 85 2o00 91 820 2o0 22 23 21 2ooo 1 1 002 600o2 32 8 91 5 40 20 2o 1 1o200 5o61 6o2 1 11 4 1ooo 1 2855 300o12 4 82 6 ，2l - 8 o 12 1 30o0o022 7 1 3 54 6 02 8 12 0 4 1 4o0 20 44 8o 43 1 1 11 1 72 12 1 3 ，9 1 50 55 202o41 4 3 7 11 95 7 4 2 1 6oo000 65 5 74 0 33 1 21 9 22 8 1 7040 82 ，9o 64 51 5 832 1 3 5 1 8oo0o07 9 81 0 21 6 2 1 33 1 1 90ooo 0872 2 4 4 5 64 1 52 7 4 2 0oo00093 63 7 8 23 795 2 l0o0o01 05 4 3l _ 70 93 1 2 20000ol l 4 36 61 2 4 5 3 4 7 2 30o 200o1 20 6 0 2002 1 61 50o00o0 1 30o 0 9009 1oo0oo 1 40o 676 6 2 2o00o01 5 01 300 50 3oo0o0 1 60 51 20o0 40oooo 1 7o2 43 11 1 3 ，l 500o0 2 01 80 10 5 1o5 ，5 6oo 1000 1 900 ooo 70o000 2 0oo2 71 7 1 7 800oo0 2 1o 50 7 00o1 9oo00 02 2oo 0o0 1 00000 02 300 300 1 1ooo0 061 7000 0o0 1 20ooo0 10o 31 30 2 13 1 30000 0zo0 o 3o 303 1 40oo0 o300 0oo 9 1 50000 0400 o0 0 1 60o2 3 o2 4 500oo o 1 1 70o 5 50o 60o0 0o 1 80oo0 4 17o 3 0 1o 10 0 1 1 9000 1 7061 7 80 30 28 8 38 2 00o ，31 1 2 6 88 290o 000 1 5 - 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 续表2 - 81 9 8 3 年6 月长潭水库坝址以上流域单元面积面雨量表 降雨量( m )月日降雨量( i n m ) 月日时 abcde时abcde 1 0o 321 322 42 20o 1 01o 1 l6 37 52 15 122 30 o0o0 8 1 252 5l0 7l61 800 o00 1 33 9 2 50 31 91l0o0 oo 1 401 61 481 0 91 1 720 o5 16 15 1 1 500006 730 0000 1 6ooo 8o 9 1 4 ，443 14 3 008o 1 703 6o0 7 355 64 4 07 70 1 800oo06l 1 2o2 11 1 1 9o0 00o700 o0o 2 0o3 7 2 12 12 1805 8 1 097 792 2 10000090 0 100l0 ( 8 ) 长潭水库调度规则 长潭水库运行原则是，水库来水在二十年一遇以下时，按下游堤防的安全 泄量1 8 0 0 m 3 s 下泄( 包括发电流量) ，当水库来水在二十年一遇以上百年一遇 以下时，水库控制泄量为2 8 8 0i n 3 s ( 包括发电流量) ，即先按二十年一遇，控 制泄量1 8 0 0m 3 s ( 包括发电流量) 调洪；当水库水位达到二十年一遇洪水位以 上百年一遇洪水位以下时，控制泄量( 包括发电流量) 2 8 8 0 m 3 s ，当水库来洪大 于百年一遇时，控制泄量2 8 8 0m 3 s ( 包括发电流量) 调洪；超过百年一遇洪水 位后，水库不再控制泄量，即以溢洪道闸门全开泄洪，以保证各建筑物安全。 具体操作如下： 在汛期，当库水位在防洪限制水位1 4 4m 以下、水库遇一般洪水时，按 正常发电蓄水调度。 当库水位在汛期防洪限制水位1 4 4m 附近时，电站应以水轮机最大过水 能力发电，保持库水位在防洪限制水位上、下运行。 当入库流量小于或等于泄洪能力时，则按来多少、泄多少( 包括发电用 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 水) 调度，将库水位保持在1 4 4 m 。 当库水位在1 4 4 1 4 8 9 0 m 之间，入库流量大于泄洪能力，但小于等于 2 8 8 0m s s 时，控制泄量1 8 0 0m 3 s ( 包括发电用水) 水库开始拦洪。 当来水继续增大，库水位达到1 4 8 9 0m 、但入库流量小于4 1 6 0m 。s 时，则控制泄量2 8 8 0m 3 s 。 当水库来水继续增大，水库水位达到1 5 1 5 0 m 时，此时不再考虑下游防 洪限制，全部闸门敞开泄洪，4 台机组也面时参加发电泄洪，直到库水位 迅速消落至防限水位1 4 4 m 为止，以备调蓄后续洪水。 当水库敞泄后，库水位继续上涨并推断库水位将超过坝顶高程1 5 63 0 m 时，则必须采取紧急保坝措施，以确保大坝安全。 2 4 天然流域情况下水库设计洪水调度 2 4 1 调洪演算基本原理 洪水波在水库中行进时，其流态属于明渠非恒定流，可用圣维南方程组来 描述，方程组包括连续性方程和运动方程，般难以得出精确的分析解，因此 常采用简化的近似解法，如瞬态法等。对水库来讲，运动方程和连续性方程可 近似用以下两式描述： q = f ( h )( 2 1 ) 等+ 譬：( 善+ 粤) + 鱼堕一g 。 (22)2 f2、，2 7 “、一 河海大学水资源环境学院硕士学位论文 式中q - - , 溢洪道或泄洪洞泄洪能力( m 3 s ) ； h 堰顶水位( m ) ； k ，k 为计算时段始末的水库库容( 一) ； q l ，q ：为计算时段始末的入库流量( m 3 s ) ； q l , g ：为计算时段始末的出库流量( m 3 s ) ： 出为计算时段( s ) 。 联解( 2 1 ) 和( 2 2 ) ，就可以求得水库下泄流量过程、最大下泄流量q 。、 防洪库容v