第四章 洪水调节.ppt

1、第四章 洪水调节,第四章 洪水调节,第一节 水库调洪的任务与防洪标准 第二节 水库调洪计算的原理 第三节 水库调洪计算的列表试算法 第四节 水库调洪计算的半图解法 第五节 其他情况下的水库调洪计算,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,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。 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

2、流量。,一.调洪任务作用,滞洪,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,蓄洪,当水库有下游防洪任务时，它的作用主要是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量。只削减下泄洪峰流量，基本上不减少下游洪量。,若水库是防洪与兴利相结合的综合利用水库，则除了滞洪作用外还起蓄洪作用。蓄洪既能削减下泄洪峰流量，又能减少下游洪量。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,有时，水库下泄的洪水与下游区间洪水或支流洪水遭遇，相叠加后其总流量会超过下游的安全泄量。这时就要求水库起“错峰”的作用，使下泄洪水不与下游洪水同时到达需要防护的地区。这是滞洪的一种特殊情况。 若水库不需承担下游防洪任务，则洪水期下泄流量可不受限制。

3、但由于水库本身自然地对洪水有调蓄作用，洪水流量过程经过水库时仍然要变形，客观上起着滞洪的作用。,水库泄洪建筑物的类型：溢洪道、泄水中孔、底 孔及泄洪隧洞。 在一般情况下，应首先考虑采用比较经济、泄洪能力大的溢洪道为主要泄洪设施。 为满足非常情况的需要，大型水库都要设置有放空水库的底孔。 泄洪隧洞的特点与泄水孔相似，但造价较高。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,水库调节洪水示意图,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,有闸门情形一,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,有闸门情形二,二、防洪标准,在水

4、库调洪过程中，入库洪水的大小不同，下泄洪水、拦蓄库容、水库水位变化等也将不同。通常，入库洪水的大小要根据下游防洪要求以及大坝等水工建筑物的防洪安全要求来选定。因此，在进行水库调洪计算时，必须先确定一个合理的防洪标准。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,水工建筑物的防洪标准：,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,（1）若水库不需承担下游防洪任务，则应按水工建筑物本身的防洪安全要求选定防洪标准。 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，水库枢纽一切工作维持正常状态； 二是非常运用情况的标准，称校核标准，该种标准的洪水（校核洪水）来临时，水库枢纽的某些正常工作和次要

5、建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。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,（2）若水库要承担下游防洪任务，则除了要选定水工建筑物的设计标准外，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，并征求有关方面的意见。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,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。,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,水利

6、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,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水标准,第一节 水库调洪的任务与防洪标准,水电站厂房正常运用洪水标准和非常运用洪水标准,永久性挡水和泄水建筑物非常运用洪水标准,第二节 水库调洪计算的原理,调洪计算的目的：,一定的水库 拟定的泄洪建筑物,防洪标准 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,第二节 水库调洪计算的原理,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

7、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，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。 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。,第二节 水库调洪计算的原理,3.基本原理：水库水量平衡原理 在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。,水量平衡方程,式中：,一个方程两个未知数没有办法求解,Q、q(m3/s),t (min),Qt,qt,qmax,

8、Qi,Qi+1,qi,qi+1,V2-V1,ti,ti+1,t,第二节 水库调洪计算的原理,水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程： 蓄泄方程：,第二节 水库调洪计算的原理,溢洪道的泄流能力可按堰流公式计算：,q溢溢洪道泄流能力(m3s)；,H0考虑行近流速v的堰顶水头，可近似等于堰顶水深H（m）；,B溢流堰净宽（m）；,M1溢流系数，其值取决于溢流堰型式；,第二节 水库调洪计算的原理,泄洪洞的泄流能力可按有压管流公式计算：,q洞泄洪洞的泄流能力(m3s)；,H0考虑行近流速v的堰顶水头，非淹没出流时，H等于库水位与洞口中心高程之差，淹没出流时，H为上下游水位之差（m）；,泄洪洞洞口

9、的过水断面面积（m2）；,M2流量系数。,第二节 水库调洪计算的原理,方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换算得到。 （1）堰流 H即为库水位Z与堰顶高程之差 （2）闸孔出流 H即为库水位Z与闸孔中心高程之差 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),目前常用的调洪计算方法主要有列表式算法和半图解法。,第二节 水库调洪计算的原理,需要注意的几点：,在有闸门控制的情况下，q=f（V）不是一条曲线，而是以不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

10、保持q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。 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。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,列表试算法： 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，去推求设计洪水流量过程线。 已知 （1）入库洪水过程 （2）下游允许水库下泄的最大流量 （3）水库汛期防洪限制水位 （4）泄洪建筑物的型式和尺寸 推求 （1）下泄洪水过程线 （2）拦蓄洪水的库容和水库水位的变化,第三节 水库调洪计算的列表试算法,一、 解题步骤： 1)根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲线ZV，并根据既

11、定的泄洪建筑物的型式和尺寸，由相应的水力学出流计算公式求得qV 曲线。 2)从第一时段开始调洪，由起调水位(即汛前水位)查ZV 及qV 关系曲线得到水量平衡方程中的V1和q1，由入库洪水过程线Q(t)查得Q1、Q2；然后假设一个q2值，根据水量平衡方程算得相应的V2值，由V2在qV 曲线上查得q2，若二者相等，即为所求。否则，应重设q2，重复上述计算过程，直到二者相等为止。 3)将上时段末的q2 、 V2值作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即可得出水库下泄流量过程线q(t)。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,4)将入库洪水Q(t)和计算的q(t)两条曲线点绘在一张图上，若计算的最

12、大下泄流量正好是二线的交点，说明计算的是正确的。否则，计算的有误差，应改变时段重新进行试算，直至计算的正好是二线的交点为止。 5)由qm查qV曲线，得最高洪水位时的总库容Vm，从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容V调。由Vm查ZV 曲线，得最高洪水位Z洪。（当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的qm、V调、 Z洪即为设计标准的最大泄流量qm,设、设计防洪库容V设和设计洪水位Z设。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的qm、V调、 Z洪即为qm,校、V校和Z校。）,第三节 水库调洪计算的列表试算法,水库调洪计算的基本步骤,列表试算法,（1）由ZV曲线、泄流计算公式推求qV曲线。,（2）推求水库

13、下泄流量过程线qt。,（a）分析确定起调水位Z1 无闸: Z1=Z堰顶 有闸: Z1=Z限,（b）由起始条件确定Q1、Q2 、V1和q1。,（c）试算(q2V2q2)。,（d）将q2、V2作为下时段的起始条件，推求qt。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,水库调洪计算的基本步骤,q2,t,V2,水量平衡方程,q2、V2,qt,q2=q2,起始条件,Z1,假设q2,Q1、Q2,V1、q1,ZV,qV,qV,qm、Zm,？,蓄泄方程,推求qt曲线示意图,第三节 水库调洪计算的列表试算法,水库调洪计算的基本步骤,（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。,Q、q(m3/s),t (min),

14、Qt,qt,Q、q(m3/s),t (min),Qt,qmax,qt,t,t1,t2,qmax,t,qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,水库调洪计算的基本步骤,（4）推求Vm、V调、Zm。,qmax,Vm,Zm,V调=Vm-V汛限,ZV,qV,第三节 水库调洪计算的列表试算法,第三节 水库调洪计算的列表试算法,二、 列表试算法实例,例某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰顶高程为36.0m。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门控制q使其等于Q，水库保持在汛期防洪限制水位(38.0m）。当Q继续增大，使闸门达到全开，以后就不用

15、闸门控制，q随z的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制，与无闸门控制情况相同。水库容积特性V=f（Z）、根据泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位与下泄流量关系曲线qf(z)见表1。,求水库的下泄流量过程、库水位变化情况、最大下泄流量、水库达到的最高水位及发生的相应时刻。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,表1 某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线(闸门全开),第三节 水库调洪计算的列表试算法,图3-2 某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线,第三节 水库调洪计算的列表试算法,从第18h起，Q开始大于173.9m3/s，水库开始蓄水。因此，以第18h为起调时刻，此时初始的q1为173.9m3/s

16、，而初始的V1为6450104m3。 然后，按式(3-2)进行计算。相应数据列入表中。数字下有横线者为初始已知值。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,第三节 水库调洪计算的列表试算法,第一个计算时段第18-21h，q1173.9m3/s，V1=6450104m3，Q1174m3/s，Q2340m3/s。对q2 、v2要进行试算，试算过程。,第三节 水库调洪计算的列表试算法,第三节 水库调洪计算的列表试算法,在第36h，Z40.5m，V10 232104m3，Q=900m3/s，q78lm3/s； 而在第39h，Z=40.51m，V=l 0280l04m3,Q=7604m3, q=790m3/s

17、。 按前述水库调洪的原理，当q max出现时，一定是qQ，此时Z、V均达最大值。 显然，q max将出现在第36h与第39h之间，在表3-4中并未算出。通过进一步试算，在第38h16min处，可得出qmaxQ795m3/s，Zmax=40.52m，Vmax10290104m3。 也可通过图解近似定出相应值。,第四节 水库调洪计算的半图解法,列表试算法很麻烦，工作量较大，所以人们比较喜欢用半图解法。 半图解法的具体方法又有多种，常用的两种 -双曲线辅助法（讲述） -单曲线辅助法,第四节 水库调洪计算的半图解法,水库调洪计算的半图解法双辅助线,双辅助线法的基本原理仍然是逐时段连续求解水库的水量平衡

18、方程和蓄泄方程，但为了避免试算，需对这两个方程作适当的变换。,等式两边同时除以t,并移项,均可与水库水位Z建立函数关系,第四节 水库调洪计算的半图解法,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：,调洪计算半图解法的双辅助线,第四节 水库调洪计算的半图解法,半图解法的计算步骤：,1.根据已知的Qt过程线、ZV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。,2. 利用辅助线在图上求解,第四节 水库调洪计算的半图解法,双辅助线半图解

19、法,3.根据Z2值，利用水库曲线即可求出V2。,4.将点代表的2值作为下一时段的1值,1.根据已知的Qt过程线、ZV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2、q2、V2值。如此逐时段进行计算，即可得到下泄流量过程线。,第四节 水库调洪计算的半图解法,第四节 水库调洪计算的半图解法,半图解法中必需的两根辅助线,本方法属于半图解法中的双辅助线法。,第四节 水库调洪计算的半图解法,半图解法的计算步骤,(1)根据已知的入库洪水流量过程线、水库水位容积关系曲线

20、、汛期防洪限制水位、计算时段t等，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 ，并定出第一时段初始的Z1、q1、V1值。,第四节 水库调洪计算的半图解法,半图解法的计算步骤(2)：,(2)在图3-4的水位坐标轴上量取第一时段的Z1，得a点。作水平线ac交曲线A于b点，并 使bc= 。 因曲线A是（V/t-q/2)=f1(z），a点代表Z1，ab=(V1/t-q1/2)， ac= + (V1/t-q1/2)，按式(3-5)，即等于（V2/t+q2/2）。,半图解法的计算步骤(3),(3) 从c点作垂线交曲线B于d点，过d点作水平线de交水位坐标轴于e，显然de=ac=（V2/t+q2/2）。因曲线B是 （V/t-q/2)=f2(Z），d点在曲线B上，e就应代表Z2，从e点可读出Z2值。,半图解法的计算步骤(4),(4) de交曲线C于f点，过f 点作垂线交q坐标轴于g点。因曲线C是q=f3(Z),e代表Z2,而ef是q2，即从g点可以读出q2的值。,第四节 水库调洪计算的半图