第三章 水库洪水调节2

第三章

洪水调节

第一节概述第二节水库调洪的基本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水库防洪能力复核

第一节概一、水库调洪的方式与作用

述

水库调洪方式:水库为满足既定的防洪任务和要求而拟定的具体的泄洪规则。河道的允许泄量:指防护河段允许通过而不发生泛滥的最大流量。水库泄洪建筑物的类型：溢洪道(无闸和有闸)、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。

第一节概一、水库调洪的方式与作用Q,q QmV洪 Q~t qm q~t

述Q,q V洪 c q允 b相应下游防洪标准的Q~t

d

q~t

胸墙 0V防 Z防 Z蓄 Z限

0

a

Z

ZZmV防

闸门Z堰

Z限

Z堰

t0

t1

t2

t3

t4 Q、q

Q设~t

t0

q0

t1

t2

t3

t4

无闸溢洪道调洪作用示意图

V洪

q~t

有闸溢洪道调洪作用示意图

BA q0

0 t0 t2闸门全开

t4

qm

t

闸门渐开

泄洪洞调洪作用示意图

第一节概

述

二、水库调洪计算的作用及任务

作用：拦蓄洪水，削减洪峰，延长泄洪时间，使下泄流量能安全通过下游河道。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形式和尺寸、调洪方式等，通过计算，推求出水库的出流过程、最大下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位。

第一节概

述

三、防洪标准包括保护对象的防洪标准和水工建筑物的防洪设计标准,它是衡量防洪措施、防洪能力和防御洪水水平的标准。(一)水工建筑物的等级和防洪标准表3-1水库工程等别总库 (108m3)≥10 10~1.0 1.0~0.1

水利水电枢纽工程的分等指标防洪治涝治涝面积 (万亩)≥200 200~60 60~15灌溉灌溉面积 (万亩)≥150 150~50 50~5供水城镇及工矿企业的重要性特别重要重要中等水电站装机容量 (MW)≥1200 1200~300 300~50

工程规模

城镇及工矿企业的重要性特别重要重要中等

保护农田(万亩)≥500 500~ 100 100~30

ⅠⅡⅢ

大Ⅰ型大Ⅱ型中型

ⅣⅤ

小Ⅰ型小Ⅱ型

0.10~0.010.01~0.001

一般—般

30~5≤5

15~3≤3

5~0.5≤0.5

一般—

50~10≤10

第一节表3-2工程等别ⅠⅡⅢ

概

述

(一)水工建筑物的等级和防洪标准水工建筑物级别的划分临时性建筑物级别 4 4 5

永久性建筑物级别主要建筑物1 2 3

次要建筑物3 3 4

ⅣⅤ表

3-3建筑物级别洪水重现期(年)

45

55

5

永久性水工建筑物正常运用的洪水防洪标准 1 500 2 100 3 50 4 30 5 20

第一节(二)防护对象的防洪标准

概

述

防洪防护对象的防洪标准，应按防护对象的重要性、历史洪水灾害情况、工程的防洪能力及政治经济影响等因素，通过分析论证后拟定。表3-4等级Ⅰ重要性特别重要的城市

城市的等级和防洪标准非农业人口(万人)≥150防洪标准≥200

ⅡⅢⅣ

重要的城市中等城市一般城镇

150~50 50~20≤20

200~100 100~50 50~20

第一节(二)防护对象的防洪标准

概

述

表3-5乡村防护区的等级和防洪标准等级ⅠⅡ防护区人口(万人)≥150 150~50防护区耕地面积(万亩)≥300 300~100防洪标准 100~50 50~30

ⅢⅣ

50~20≤20表3-6等级ⅠⅡⅢⅣ

100~30≤30工矿企业的等级和防洪标准

30~20 20~10

工矿企业规模特大型大型中型小型

防洪标准 200~100 100~50 50~2020~10

第二节

水库调洪计算的原理

水库调洪是在水量平衡和动力平衡(即圣维南方程组的连续方程和运动方程)的支配下进行

的。水量平衡用水库水量平衡方程表示，动力平衡可由水库蓄泄方程(或蓄泄曲线)来表示。调洪计算就是从起调开始，逐时段连续求解这两个方程。

第二节

水库调洪计算的原理

一、水库水量平衡方程在某一时段内，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。Q、q(m3/s)

Q1 Q2 q1 q2 t t V2 V1 2 2

Qi+1

Q~t

Qiqi+1 qi△t

qmaxq~t V2-V1 ti ti+1

Q~t

q1、V1q 2、V2

t

t (min)

水库水量平衡示意图

一个方程两个未知数没有办法求解

第二节水库调洪计算的原理二、蓄泄方程一般指水库的蓄水量与下泄流量之间的关系方程。q f (V )Z~q洞Z(m) Z~q溢

或q~ Vq溢 M1BH 3/2

HH0

q洞 M 2 H0溢洪道泄洪洞

1/2

0

q(m3/s)

~V q~ H Z q~ f (V )

方程不是显式，无法直接求解

第三节水库调洪的列表试算法解题步骤： 1)根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲线Z~V,并根据既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q~V曲线。 2)从第一时段开始调洪，由起调水位(即汛前水位)查Z~V及q~V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q~V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q~V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 Z~V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。)

【例3-1】

水库调洪计算的基本步骤列表试算法(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。(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(q2~V2~q'2)。(d)将q2、V2作为下时段的起始条件，推求q~t。

水库调洪计算的基本步骤起始条件假设q2

Z1

Z~V q~V

V1、q1V2

Q1 Q2 q q t 1 2 t V2 V1 2水量平衡方程 2

Q1、Q2

Δtq2=q'2

蓄泄方程q'2

?qm、Zmq~t

q2、V2

推求q~t曲线示意图

q~V

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)Q、q(m3/s)

Q~tqmax q~t

Q~t qmaxq~t

t (min)

t1 t2 t'△t

t (min)

qm是两线的交点则计算正确；否则在t1,t2之间计算qm。