水庫調(diào)洪演算的原理和方法

1、水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃第三章第三章 洪水調(diào)節(jié)洪水調(diào)節(jié)第二節(jié) 水庫調(diào)洪計算的原理和方法水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃一、水庫調(diào)洪計算的任務一、水庫調(diào)洪計算的任務 在在水工建筑物或下游防護對象的防洪標準一定的情況水工建筑物或下游防護對象的防洪標準一定的情況下，下，根據(jù)根據(jù)水文分析計算提供的各種標準的設(shè)計洪水或已知水文分析計算提供的各種標準的設(shè)計洪水或已知的設(shè)計入庫洪水過程線、水庫特性曲線、擬定的泄洪建筑的設(shè)計入庫洪水過程線、水庫特性曲線、擬定的泄洪建筑物的型式與尺寸、調(diào)洪方式等，物的型式與尺寸、調(diào)洪方式等，通過計算通過計算，推求推求水庫出流水庫出流過程、最大下泄流量、特征庫容和水庫相應的特征水位。過程

2、、最大下泄流量、特征庫容和水庫相應的特征水位。 水庫調(diào)洪計算是確定入庫洪水、泄洪建筑物的型式與尺寸、水庫調(diào)洪計算是確定入庫洪水、泄洪建筑物的型式與尺寸、調(diào)洪方式和調(diào)洪庫容之間的定量關(guān)系。調(diào)洪方式和調(diào)洪庫容之間的定量關(guān)系。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃二、水庫調(diào)洪計算的基本方程二、水庫調(diào)洪計算的基本方程22Vq 、Q、q(m3/s)t (min)Qtqt qmaxQiQi+1qiqi+1V2-V1titi+1t12212122VVtqqtQQ1、水量平衡方程、水量平衡方程tQ 11Vq、t一個方程兩個未知數(shù)沒有辦法求解一個方程兩個未知數(shù)沒有辦法求解水庫水量平衡示意圖水庫水量平衡示意圖水利水能規(guī)劃水利水

3、能規(guī)劃二、水庫調(diào)洪計算的基本方程二、水庫調(diào)洪計算的基本方程)(Vfq /231BHM溢q/2102HM洞qH HH H0 00q(m3/s)Z(m)Zq溢Zq洞2、蓄泄方程、蓄泄方程溢洪溢洪道道泄洪泄洪洞洞)(VfqHqVZVq或方程不是顯式，無法直接求解方程不是顯式，無法直接求解水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、水庫調(diào)洪計算方法三、水庫調(diào)洪計算方法（1）由）由ZV曲線、泄流計算公式推求曲線、泄流計算公式推求qV曲線。曲線。（2 2）推求水庫下泄流量過程線）推求水庫下泄流量過程線qt。（b）由起始條件確定）由起始條件確定Q1、Q2 、V1和和q1。（c）試算）試算(q2V2q 2)。1、列表試算法、

4、列表試算法（d）將）將q2、V2作為下時段的起始條件，推求作為下時段的起始條件，推求qt。（a）分析確定起調(diào)水位）分析確定起調(diào)水位Z1和計算時段。和計算時段。 無閘無閘: Z1=Z堰頂堰頂 有閘有閘: Z1=Z限限水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、水庫調(diào)洪計算方法三、水庫調(diào)洪計算方法q2tV2水量平衡方程水量平衡方程q2、V2qtq2=q 2起始條件起始條件Z1假設(shè)假設(shè)q2Q1、Q2V1、q1ZVqVqVqm、Zm？蓄泄蓄泄方程方程推求推求qt曲線示意圖曲線示意圖水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、水庫調(diào)洪計算方法三、水庫調(diào)洪計算方法（3 3）在一張圖上點繪）在一張圖上點繪Q(tQ(t) )和和q(tq(t

5、) )，推求，推求qm。1、列表試算法、列表試算法（1）由）由ZV曲線、泄流計算公式推求曲線、泄流計算公式推求qV曲線。曲線。（2 2）推求水庫下泄流量過程線）推求水庫下泄流量過程線qt。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、水庫調(diào)洪計算方法三、水庫調(diào)洪計算方法Q、q(m3/s)t (min)Qtqt Q、q(m3/s)t (min)Qtqmaxqt t tt t1 1t t2 2qmaxttqm是兩線的交點則計算正確；否則在是兩線的交點則計算正確；否則在t1，t2之間計算之間計算qm。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、水庫調(diào)洪計算方法三、水庫調(diào)洪計算方法（4 4）推）推求求Vm、V調(diào)調(diào)、Zm。1、列表試算法

6、、列表試算法qmaxVmZmV調(diào)調(diào)=Vm-V汛限汛限ZVqV（3 3）在一張圖上點繪）在一張圖上點繪Q(tQ(t) )和和q(tq(t) )，推求，推求qm。（1）由）由ZV曲線、泄流計算公式推求曲線、泄流計算公式推求qV曲線。曲線。（2 2）推求水庫下泄流量過程線）推求水庫下泄流量過程線qt。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃列表試算法小結(jié)：列表試算法小結(jié)：洪水過程線洪水過程線起始條件起始條件qV曲線的繪制曲線的繪制ZVqt曲線的推求曲線的推求試算試算qm的推求的推求繪圖繪圖Zm、Vm推求推求查圖（表）查圖（表）水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法122121VVt2q

7、qt2QQ222211qtVqtVQ由上節(jié)知道列表試算法麻煩工作量大，故人們比較喜歡由上節(jié)知道列表試算法麻煩工作量大，故人們比較喜歡用半圖解法。用半圖解法。等式兩邊同時除以等式兩邊同時除以t, t,并并移移項項2tV2tV2q21qqtV、均可與水庫水位均可與水庫水位Z建立函數(shù)關(guān)系建立函數(shù)關(guān)系221QQQ水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 因此，可根據(jù)選定的計因此，可根據(jù)選定的計算時段算時段t，已知的水庫容，已知的水庫容積關(guān)系曲線，以及根據(jù)水力積關(guān)系曲線，以及根據(jù)水力學公式算出的水位下泄流量學公式算出的水位下泄流量關(guān)系曲線，事先計算并繪制關(guān)系曲線，事先計算并繪制曲線組：曲線組：2)(1qtVZf水庫調(diào)洪

8、計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法2)(2qtVZfqZf)(3)/(2),/(2),/(333smqtVsmqtVsmQ)(mZ調(diào)洪計算半圖解法的雙輔助線調(diào)洪計算半圖解法的雙輔助線)(1Zf)(2Zf)(3Zf水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃三、半圖解法的計算步驟三、半圖解法的計算步驟水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法 1.根據(jù)已知的根據(jù)已知的Qt過程線、過程線、ZV曲線、曲線、Z限限、計算、計算時段時段t，確定調(diào)洪計算的起始時段，并劃分各計，確定調(diào)洪計算的起始時段，并劃分各計算時段。算出各時段的算時段。算出各時段的平均入庫流量平均入庫流量 以及定出以及定出第一時段第一時段初始的初始的Z

9、1、q1、V1各值。各值。Q水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 2.利利用用輔輔助助線線在在圖圖上上求求解。解。水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法Z1 abcdfgq2eZ2)(1Zf)(2Zf)(3Zf)/(2),/(2),/(333smqtVsmqtVsmQ下泄流量q（m3/s）0Z(m)2)(1qtVZf2)(2qtVZfqZf)(3水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法 3.根據(jù)根據(jù)Z2值，利用水庫曲線即可求出值，利用水庫曲線即可求出V2。 4.將點代表的將點代表的2值作為下一時段的值作為下一時段的1值值1.根據(jù)已知的根據(jù)已知的Qt過程線、過程線、ZV曲線

10、、曲線、Z限限、計算時、計算時段段t，確定調(diào)洪計算的起始時段，并劃分各計算，確定調(diào)洪計算的起始時段，并劃分各計算時段。算出時段。算出平均入庫流量平均入庫流量Q1以及定出第一時段以及定出第一時段初初始的始的Z1、q1、V1各值。各值。 2.利用輔助線在圖上求解得出利用輔助線在圖上求解得出Z2。 5.求出該時段的求出該時段的2、q2、V2值。如此逐時段進行值。如此逐時段進行計算，即可得到下泄流量過程線。計算，即可得到下泄流量過程線。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃Q、q(m3/s)t (min)Qtqt Q、q(m3/s)t (min)Qtqmaxqt t tt t1 1t t2 2qmaxtt推求推求q

11、 qm m示意圖示意圖6.6.在一張圖上點繪在一張圖上點繪Q(tQ(t) )和和q(tq(t) )，推求，推求qm。水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃7.7.推推求求Vm、V調(diào)調(diào)、Zm。qmaxVmZmV調(diào)調(diào)=Vm-V汛限汛限ZVqV【例【例 題題】水庫調(diào)洪計算的半圖解法水庫調(diào)洪計算的半圖解法水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃【補償調(diào)節(jié)【補償調(diào)節(jié)】水庫水庫QQ Q區(qū)區(qū)壩址壩址AB6hqQ QB B防防洪洪保保護護區(qū)區(qū)QB=q+Q區(qū)區(qū)河流河流水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃

12、水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃【補償調(diào)節(jié)【補償調(diào)節(jié)】水庫水庫QQ Q區(qū)區(qū)壩址壩址AB6hqQ QB B防防洪洪保保護護區(qū)區(qū)QB=q+Q區(qū)區(qū)河流河流水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃有閘門控制的溢洪道調(diào)洪作用示意圖有閘門控制的溢洪道調(diào)洪作用示意圖水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水庫防洪計算水庫防洪計算 一、水庫防洪計算的任務一、水庫防洪計算的任務 在防洪計算時，通常初步擬定泄流方式，這需在防洪計算時，通常初步擬定泄流方式，這需要根據(jù)洪水特性、水庫安全、閘門啟閉設(shè)備，要根據(jù)洪水特性、水庫安全、閘門啟閉設(shè)備，以及技術(shù)經(jīng)濟條件等綜合考慮加以論

13、證確定。以及技術(shù)經(jīng)濟條件等綜合考慮加以論證確定。泄洪建筑物形式的選擇必須綜合考慮水利樞紐泄洪建筑物形式的選擇必須綜合考慮水利樞紐的地形條件、地質(zhì)條件、水庫大壩類型、綜合的地形條件、地質(zhì)條件、水庫大壩類型、綜合利用要求以及利用洪水預報進行泄洪的可能性利用要求以及利用洪水預報進行泄洪的可能性等條件，最終選定時也必須進行技術(shù)經(jīng)濟比較等條件，最終選定時也必須進行技術(shù)經(jīng)濟比較論證。論證。 水庫防洪計算的任務，主要是對各種擬定的方水庫防洪計算的任務，主要是對各種擬定的方案，通過調(diào)洪計算，求得最大下泄流量、調(diào)洪案，通過調(diào)洪計算，求得最大下泄流量、調(diào)洪庫容和最高洪水位等技術(shù)參數(shù)，為技術(shù)經(jīng)濟論庫容和最高洪水位等

14、技術(shù)參數(shù)，為技術(shù)經(jīng)濟論證和選擇最佳方案提供依據(jù)。證和選擇最佳方案提供依據(jù)。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 水庫防洪計算的內(nèi)容，主要包括以下幾點：水庫防洪計算的內(nèi)容，主要包括以下幾點： (1)(1)根據(jù)庫區(qū)地形、地質(zhì)等條件，分析洪水特性及根據(jù)庫區(qū)地形、地質(zhì)等條件，分析洪水特性及災害情況，考慮興利庫容與調(diào)洪災害情況，考慮興利庫容與調(diào)洪( (防洪防洪) )庫容結(jié)合的庫容結(jié)合的可能和程度，擬定苦干個泄流建筑物形式、位置、可能和程度，擬定苦干個泄流建筑物形式、位置、尺寸，以及汛期運用方式的方案。尺寸，以及汛期運用方式的方案。 (2)(2)對各方案進行調(diào)洪計算，求得每個方案相應于對各方案進行調(diào)洪計算，求得每個方

15、案相應于各種設(shè)計洪水的最大下泄流量、調(diào)洪庫容和最高洪各種設(shè)計洪水的最大下泄流量、調(diào)洪庫容和最高洪水位。水位。 (3)(3)計算各方案的大壩造價、淹沒損失、泄流建筑計算各方案的大壩造價、淹沒損失、泄流建筑物投資、下游堤防造價、水庫防洪效益等經(jīng)濟指標、物投資、下游堤防造價、水庫防洪效益等經(jīng)濟指標、進行技術(shù)經(jīng)濟分析與比較，選擇最佳方案。進行技術(shù)經(jīng)濟分析與比較，選擇最佳方案。水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 二、無閘溢洪道水庫的防洪計算二、無閘溢洪道水庫的防洪計算 ( (一一) )下游無防洪要求時下游無防洪要求時 (1)(1)擬定方案；擬定方案；(2)(2)調(diào)洪計算；調(diào)洪計算；(3)(3)計算壩高；計算壩高；

16、(4)(4)計算各方案的投資計算各方案的投資(5)(5)選定方案選定方案水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 ( (二二) )下游有防洪要求下游有防洪要求 在防洪水利計算中需要考慮下游安全泄量的要求，在防洪水利計算中需要考慮下游安全泄量的要求，分別對樞紐標準與下游防洪標準的洪水進行調(diào)洪計分別對樞紐標準與下游防洪標準的洪水進行調(diào)洪計要。具體的步驟是：要。具體的步驟是： (1)(1)假定不同的溢洪道寬度假定不同的溢洪道寬度B B方案。方案。 (2)(2)對下游防洪標準的設(shè)計洪水進行調(diào)洪計算，求得對下游防洪標準的設(shè)計洪水進行調(diào)洪計算，求得B B與與qm的關(guān)系。舍去的關(guān)系。舍去qm超過下游安全泄量的寬度方案。超過

17、下游安全泄量的寬度方案。 (3)(3)對滿足下游防洪要求的諸方案，再對樞紐防洪標對滿足下游防洪要求的諸方案，再對樞紐防洪標準的洪水，進行調(diào)洪計算，以確定壩高、設(shè)計洪水準的洪水，進行調(diào)洪計算，以確定壩高、設(shè)計洪水位與校核洪水位，以及相應調(diào)洪庫容。并進行經(jīng)濟位與校核洪水位，以及相應調(diào)洪庫容。并進行經(jīng)濟比較，求得經(jīng)濟上合理或最佳的方案。計算過程與比較，求得經(jīng)濟上合理或最佳的方案。計算過程與無防洪要求的基本相同。無防洪要求的基本相同。 水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 三、有閘溢洪道水庫的防洪計算三、有閘溢洪道水庫的防洪計算第十四章 水庫防洪計算水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 四、具有非常泄

18、洪設(shè)施水庫的防洪計算四、具有非常泄洪設(shè)施水庫的防洪計算 ( (一一) )非常泄洪設(shè)施非常泄洪設(shè)施 有的水庫校核洪水比設(shè)計洪水大得多，尤其當校核有的水庫校核洪水比設(shè)計洪水大得多，尤其當校核洪水采用可能最大洪水時，二者相差更為懸殊。如洪水采用可能最大洪水時，二者相差更為懸殊。如只設(shè)有正常泄洪建筑物，必將增加工程造價。因此，只設(shè)有正常泄洪建筑物，必將增加工程造價。因此，為了安全又不致使造價過高，若條件許可，應盡量為了安全又不致使造價過高，若條件許可，應盡量修建位置適當、工程比較簡易的非常泄洪建筑物，修建位置適當、工程比較簡易的非常泄洪建筑物，幫助正常泄洪設(shè)置宣泄比設(shè)計洪水大得多的洪水。幫助正常泄洪設(shè)

19、置宣泄比設(shè)計洪水大得多的洪水。 ( (二二) )非常泄洪設(shè)施的啟用標準非常泄洪設(shè)施的啟用標準 目前，多以某一庫水位作為啟用標準，這個水位稱目前，多以某一庫水位作為啟用標準，這個水位稱為啟用水位。啟用標準較高，雖能減少下游洪水災為啟用水位。啟用標準較高，雖能減少下游洪水災害，但會使建筑物規(guī)模增大，上游淹沒損失增加；害，但會使建筑物規(guī)模增大，上游淹沒損失增加；啟用標準過低，建筑物規(guī)模小、造價低，但下游遭啟用標準過低，建筑物規(guī)模小、造價低，但下游遭受洪水災害機會增多，損失亦大。因此非常泄洪設(shè)受洪水災害機會增多，損失亦大。因此非常泄洪設(shè)施的啟用標準必須通過綜合技術(shù)經(jīng)濟論證來決定。施的啟用標準必須通過綜

20、合技術(shù)經(jīng)濟論證來決定。 水利水能規(guī)劃水利水能規(guī)劃 ( (三三) )調(diào)洪計算調(diào)洪計算 針對已選定的非常溢洪道寬度、啟用水位、校核針對已選定的非常溢洪道寬度、啟用水位、校核標準標準( (或可能最大洪水或可能最大洪水) )的入庫洪水過程，按無閘的入庫洪水過程，按無閘溢洪道的自由溢流，采用本章第二節(jié)所介紹的方溢洪道的自由溢流，采用本章第二節(jié)所介紹的方法進行調(diào)洪計算，求得非常泄洪情況下的泄流過法進行調(diào)洪計算，求得非常泄洪情況下的泄流過程線、最大下泄流量，在校核洪水標準下所需要程線、最大下泄流量，在校核洪水標準下所需要的防洪庫容，以及校核洪水位和壩頂高程。必須的防洪庫容，以及校核洪水位和壩頂高程。必須指出

21、，計算時應使用合成泄流曲線及相應的蓄泄指出，計算時應使用合成泄流曲線及相應的蓄泄曲線，即啟用水位的泄流量應包括正常溢洪道的曲線，即啟用水位的泄流量應包括正常溢洪道的泄流量和非常溢洪道的泄流量。泄流量和非常溢洪道的泄流量。 通過調(diào)洪計算成果，可以看出，當溢洪道寬度不通過調(diào)洪計算成果，可以看出，當溢洪道寬度不變時，如果降低啟用水位，溢洪道將提早泄洪，變時，如果降低啟用水位，溢洪道將提早泄洪，增大下泄流量和減小所需的防洪庫容。在啟用條增大下泄流量和減小所需的防洪庫容。在啟用條件相同的情況下，非常泄洪設(shè)施的尺寸越大泄洪件相同的情況下，非常泄洪設(shè)施的尺寸越大泄洪能力也越大，所需的防洪庫容也越小。因此，可能力也越大，所需的防洪庫容也越小。因此，可根據(jù)上述的相互關(guān)系，以及地區(qū)的實際情況，對根