水庫洪水調節(jié)基本原理學習教案

1、會計學1水庫洪水水庫洪水(hngshu)調節(jié)基本原理調節(jié)基本原理第一頁，共80頁。洪水洪水(hngshu)(hngshu)會造成哪會造成哪些危害些危害? ?沖垮河堤沖垮河堤(h (h d)d)第1頁/共79頁第二頁，共80頁。洪水洪水(hngshu)(hngshu)會造成會造成哪些危害哪些危害? ?淹沒淹沒(ynm)(ynm)農農田與村莊田與村莊第2頁/共79頁第三頁，共80頁。洪水會造成洪水會造成(zo chn)(zo chn)哪些危害哪些危害? ?破壞破壞(phui)(phui)交通等交通等公共設施公共設施第3頁/共79頁第四頁，共80頁。洪水會造成洪水會造成(zo chn)(zo chn

2、)哪些哪些危害危害? ?造成造成(zo (zo chn)chn)人畜傷人畜傷亡亡第4頁/共79頁第五頁，共80頁。對沿岸城市構成對沿岸城市構成(guchng)(guchng)巨巨大威脅大威脅洪水洪水(hngshu)(hngshu)會造成哪會造成哪些危害些危害? ?第5頁/共79頁第六頁，共80頁?？购閾岆U抗洪搶險加固加固(ji )(ji )大堤大堤防御洪水防御洪水(hngshu)災害災害第6頁/共79頁第七頁，共80頁。第7頁/共79頁第八頁，共80頁。第8頁/共79頁第九頁，共80頁。呈加速上升之態(tài)勢；1990年的洪水直接經濟損失為億元，1994、1995年為億元、億元，連續(xù)(linx)兩年

3、突破千億元；1998年由于長江、松花江、嫩江流域遭遇歷史罕見洪水，全年洪水直接經濟損失高達億元，洪水災害對我國國民經濟的可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重威脅。第9頁/共79頁第十頁，共80頁。第10頁/共79頁第十一頁，共80頁。第11頁/共79頁第十二頁，共80頁。第12頁/共79頁第十三頁，共80頁。第13頁/共79頁第十四頁，共80頁。漢初至清末近漢初至清末近2100年年 水災水災214次，平均次，平均10年一次年一次 大洪水年份大洪水年份 宜昌站流量宜昌站流量 損失損失 1788 8.6 萬萬 沙市沙市(sh sh)以上潰以上潰22處；處； 1860 9.25 萬萬 受淹受淹3萬多萬多KM2； 1

4、870 10.5 萬萬 受淹受淹3萬多萬多KM2 ； 萬萬 亡萬；亡萬； 萬萬 亡萬；亡萬； 萬萬 亡亡5699；萬萬 亡亡33169 ； 1998 萬萬 亡亡1432人，淹沒耕地萬畝，受災人口萬人，淹沒耕地萬畝，受災人口萬第14頁/共79頁第十五頁，共80頁。施和非工程措施想結合抗御洪水的辦法即是此防洪思想和策略的發(fā)展，比較有效第15頁/共79頁第十六頁，共80頁。防洪措施防洪措施工程工程(gngchng)措施措施非工程措施非工程措施(cush)修筑堤防修筑堤防河道整治河道整治開辟分洪道和分蓄洪工程開辟分洪道和分蓄洪工程水庫攔洪水庫攔洪水土保持水土保持洪泛區(qū)管理洪泛區(qū)管理建立洪水預報和洪水警

5、報系統建立洪水預報和洪水警報系統洪水保險洪水保險第16頁/共79頁第十七頁，共80頁。第17頁/共79頁第十八頁，共80頁。第18頁/共79頁第十九頁，共80頁。第19頁/共79頁第二十頁，共80頁。第20頁/共79頁第二十一頁，共80頁。第21頁/共79頁第二十二頁，共80頁。水、泄流建筑物類型與尺寸、調洪方式和調洪庫容之間是相互關聯、相互影響的。n水庫防洪調節(jié)計算，就是要定量地分析計算它們之間的關系。第22頁/共79頁第二十三頁，共80頁。 二二 水庫水庫(shuk)(shuk)調洪的任務調洪的任務 任務：在水工建筑物或下游防護對象的防洪標準一任務：在水工建筑物或下游防護對象的防洪標準一定

6、的情況下，根據定的情況下，根據(gnj)水文分析計算提供的各種標準水文分析計算提供的各種標準的設計洪水或已知的設計入庫洪水過程線，水庫特性曲的設計洪水或已知的設計入庫洪水過程線，水庫特性曲線、擬定的泄洪建筑物的形式和尺寸、調洪方式等，通線、擬定的泄洪建筑物的形式和尺寸、調洪方式等，通過計算，推求出水庫的出流過程、最大下泄流量、特征過計算，推求出水庫的出流過程、最大下泄流量、特征庫容和相應的特征洪水位。庫容和相應的特征洪水位。 作用：攔蓄洪水，削減洪峰，延長泄洪時間，使作用：攔蓄洪水，削減洪峰，延長泄洪時間，使下泄下泄(xi xi)流量能安全通過下游河道。流量能安全通過下游河道。第23頁/共79

7、頁第二十四頁，共80頁。水庫水庫(shuk)調節(jié)洪水示意圖調節(jié)洪水示意圖QtZtqt庫庫水水位位Z流流量量Qq(a)V蓄蓄第24頁/共79頁第二十五頁，共80頁。 無閘門(zhmn)情形一 第25頁/共79頁第二十六頁，共80頁。 無閘門(zhmn)情形二 第26頁/共79頁第二十七頁，共80頁。 有閘門有閘門(zhmn)情形情形一一第27頁/共79頁第二十八頁，共80頁。 有閘門有閘門(zhmn)情形二情形二第28頁/共79頁第二十九頁，共80頁。第29頁/共79頁第三十頁，共80頁。第30頁/共79頁第三十一頁，共80頁。第31頁/共79頁第三十二頁，共80頁。（2）若水庫要承擔）若水庫要

8、承擔(chngdn)下游防洪任務，則除了要選定水工建筑物的設下游防洪任務，則除了要選定水工建筑物的設計標準外，還要選定下游防護對象的防洪標準，即防護對象所應抗御的計標準外，還要選定下游防護對象的防洪標準，即防護對象所應抗御的設計洪水頻率。防護對象的防洪標準，應根據防護對象的重要性、歷次設計洪水頻率。防護對象的防洪標準，應根據防護對象的重要性、歷次洪災情況及對政治、經濟的影響，結合防護對象和防洪工程的具體條件，洪災情況及對政治、經濟的影響，結合防護對象和防洪工程的具體條件，并征求有關方面的意見。并征求有關方面的意見。第32頁/共79頁第三十三頁，共80頁。第33頁/共79頁第三十四頁，共80頁。

9、設計永久性水工建筑物所采用的洪水標準，分為正常運用（設計）和非常運用（校核）兩種情況，根據建筑物級別按表4，表5，表6選定(xun dn)。 永久性擋水和泄水建筑物正常運用洪水標準第34頁/共79頁第三十五頁，共80頁。 水電站廠房正常運用(ynyng)洪水標準和非常運用(ynyng)洪水標準 永久性擋水和泄水建筑物非常(fichng)運用洪水標準第35頁/共79頁第三十六頁，共80頁。一定的水庫一定的水庫(shuk)擬定的泄洪建筑物擬定的泄洪建筑物防洪標準防洪標準類型、尺寸類型、尺寸防洪限制水位防洪限制水位入庫洪水過程入庫洪水過程下游安全泄量下游安全泄量出庫出庫洪水洪水過程過程最大最大下泄下

10、泄流量流量防洪防洪特征特征庫容庫容特征特征水位水位第36頁/共79頁第三十七頁，共80頁。第37頁/共79頁第三十八頁，共80頁。 基本原理：水庫水量平衡基本原理：水庫水量平衡(pnghng)(pnghng)方程方程 在某一時段內，入庫水量減去出庫水量，應等在某一時段內，入庫水量減去出庫水量，應等于該時段內水庫增加或減少的蓄水量。水量平衡于該時段內水庫增加或減少的蓄水量。水量平衡(pnghng)(pnghng)方程為：方程為： 22Vq 、Q、q(m3/s)t (min)Qtqt qmaxQiQi+1qiqi+1V2-V1titi+1t12212122VVtqqtQQ水量平衡水量平衡(pngh

11、ng)方程方程tQ 11Vq、t水庫水庫(shuk)水量平衡示意圖水量平衡示意圖一個方程兩個未知數沒有辦法求解一個方程兩個未知數沒有辦法求解第38頁/共79頁第三十九頁，共80頁。第39頁/共79頁第四十頁，共80頁。 溢洪道的泄流能力(nngl)可按堰流公式計算： 2/301BHMq溢 q溢溢洪道泄流能力(nngl)(m3s)； H0考慮行近流速v的堰頂水頭，可近似(jn s)等于堰頂水深H（m）； B溢流堰凈寬（m）； M1溢流系數，其值取決于溢流堰型式； 第40頁/共79頁第四十一頁，共80頁。 泄洪洞的泄流能力可按有壓管流公式(gngsh)計算： 2/102HMq洞 q洞泄洪洞的泄流能

12、力(nngl)(m3s)； H0考慮行近流速v的堰頂水頭，非淹沒出流時，H等于(dngy)庫水位與洞口中心高程之差，淹沒出流時，H為上下游水位之差（m）； 泄洪洞洞口的過水斷面面積（m2）； M2流量系數。 第41頁/共79頁第四十二頁，共80頁。231BHMq 溢 方程或曲線，可按泄洪建筑物的水力特性換算得到。（1）堰流H即為庫水位(shuwi)Z與堰頂高程之差（2）閘孔出流H即為庫水位(shuwi)Z與閘孔中心高程之差 根據H與q的關系曲線求出Z與q的關系曲線q=f(z)。由水庫水位(shuwi)z在水庫容積特性曲線上，求出相應的水庫蓄水容積V。于是，最終求出下泄流量q與庫容V的關系曲線q

13、=f(V)212HMq洞第42頁/共79頁第四十三頁，共80頁。第43頁/共79頁第四十四頁，共80頁。第44頁/共79頁第四十五頁，共80頁。第45頁/共79頁第四十六頁，共80頁。攔蓄洪水的庫容和水庫水位攔蓄洪水的庫容和水庫水位的變化的變化第46頁/共79頁第四十七頁，共80頁。第47頁/共79頁第四十八頁，共80頁。第48頁/共79頁第四十九頁，共80頁。2. 2. 列表式算法計算列表式算法計算(j sun)(j sun)原理原理求解求解(qi ji)思路：思路：假定假定(jidng)2q2V,2q方程（方程（1）方程（方程（2）,2?2qq 是是輸出結果輸出結果否否第49頁/共79頁第

14、五十頁，共80頁。例例某水庫的泄洪建筑物型式和尺寸已定，設有閘門，堰某水庫的泄洪建筑物型式和尺寸已定，設有閘門，堰頂高程頂高程(gochng)為。水庫的運行方式是：在洪水來臨時為。水庫的運行方式是：在洪水來臨時，先用閘門控制，先用閘門控制q使其等于使其等于Q，水庫保持在汛期防洪限制水，水庫保持在汛期防洪限制水位位(38.0m)。當。當Q繼續(xù)增大，使閘門達到全開，以后就不用繼續(xù)增大，使閘門達到全開，以后就不用閘門控制，閘門控制，q隨隨z的升高而加大，流態(tài)為自由泄流，的升高而加大，流態(tài)為自由泄流，qmax也不限制，與無閘門控制情況相同。水庫容積特性也不限制，與無閘門控制情況相同。水庫容積特性Vf(

15、z)、根據泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位與下泄流量關系、根據泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位與下泄流量關系曲線曲線qf(z)見表見表2。求水庫的下泄求水庫的下泄(xi xi)流量過程、庫水位變化情況、流量過程、庫水位變化情況、最大下泄最大下泄(xi xi)流量、水庫達到的最高水位及發(fā)生流量、水庫達到的最高水位及發(fā)生的相應時刻。的相應時刻。第50頁/共79頁第五十一頁，共80頁。水位水位Z(m)36.0 36.5 37.0 37.5 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 庫容庫容V(m3) 433048005310586070807760854094201025011200下

16、泄流量下泄流量q(m3/s)022.5 55.0 105.0 267.2 378.3 501.9 638.9 786.1 946.0 表表 某水庫某水庫(shuk)V=f(Z)、q=f(Z)曲線曲線(閘門全開閘門全開)返回返回(fnhu)例題例題第51頁/共79頁第五十二頁，共80頁。第52頁/共79頁第五十三頁，共80頁。返回返回(fnhu)分析分析第53頁/共79頁第五十四頁，共80頁。第54頁/共79頁第五十五頁，共80頁。表表3-3 調洪計算調洪計算(j sun)列表試算法列表試算法211212113222VVVQq( QQ)( qq)()tt第55頁/共79頁第五十六頁，共80頁。第

17、一個計算第一個計算(j sun)時段第時段第18-21h，q13/s，V1=6450104m3，Q1174m3/s，Q2340m3/s。對。對q2 、v2要進行試算，試算過程。要進行試算，試算過程。211212113 222VVV(QQ )(qq )()tt第56頁/共79頁第五十七頁，共80頁。入庫入庫(r k)洪水過程線洪水過程線入庫流量入庫流量Q(m3/s)下泄流量下泄流量q(m3/s)200015001000500041403938 0 10 20 30 40 50 時間時間t(h) 0 10 20 30 40 50 時間時間t(h)qmaxZmaxV蓄蓄下泄下泄(xi xi)洪水過程

18、線洪水過程線水庫水庫(shuk)水位過程線水位過程線第57頁/共79頁第五十八頁，共80頁。 在第在第36h，Z，V10 232104m3，Q=900m3/s，q78lm3/s；而在第而在第39h，Z，V=l 0280l04m3,Q=7604m3, q=790m3/s。按前述水庫調洪的原理，當按前述水庫調洪的原理，當q max出現時，一定出現時，一定(ydng)是是qQ，此時，此時Z、V均達最大值。均達最大值。顯然，顯然，q max將出現在第將出現在第36h與第與第39h之間，在表之間，在表3-4中中并未算出。通過進一步試算，在第并未算出。通過進一步試算，在第38h16min處，可得出處，可得

19、出qmaxQ795m3/s，Zmax，Vmax10290104m3。也可通過圖解近似定出相應值。也可通過圖解近似定出相應值。第58頁/共79頁第五十九頁，共80頁。第59頁/共79頁第六十頁，共80頁。 水庫調洪演算雙輔助(fzh)曲線計算表僅需對下表做何改變既可求得？（一）調洪演算雙輔助線法雙輔助線法：先將式（3-1）改寫成 式中式中左端各項為已知值，可制作關系曲線（見下圖），以此作為(zuwi)輔助曲線，便可避免調洪演算中的試算，而可按下圖箭頭所示方法進行演算222211qtVQqtV時段平均入庫流量tQ2qtVz2qtVz第60頁/共79頁第六十一頁，共80頁。)()2(2ZfqtV)(

20、)2(1ZfqtV)(3Zfq水位水位下泄流量下泄流量(liling)關系曲線關系曲線ZZZ(m)第61頁/共79頁第六十二頁，共80頁。ABCABC) 53 ()2()2(2211qtVqtVQQ第62頁/共79頁第六十三頁，共80頁。ABCABC(2)在圖在圖3-4的水位坐標軸上的水位坐標軸上量取第一時段的量取第一時段的Z1，得，得a點點。作水平線。作水平線ac交曲線交曲線(qxin)A于于b點，并點，并使使bc= 。因曲線因曲線(qxin)A是（是（V/t-q/2)=f1(z），），a點代表點代表Z1，ab=(V1/t-q1/2)，ac= + (V1/t-q1/2)，按，按式式(3-5)

21、，即等于（，即等于（V2/t+q2/2）。）。QQ) 53 ()2()2(2211qtVqtVQ第63頁/共79頁第六十四頁，共80頁。ABCABC第64頁/共79頁第六十五頁，共80頁。ABCABC第65頁/共79頁第六十六頁，共80頁。第66頁/共79頁第六十七頁，共80頁。第67頁/共79頁第六十八頁，共80頁。 解解 Q第68頁/共79頁第六十九頁，共80頁。第69頁/共79頁第七十頁，共80頁。 g q2Z2 e f d Z1 b c a)2(11qtVQ222Vqt下泄下泄(xi xi)流量流量q(m3/s)第70頁/共79頁第七十一頁，共80頁。表表3-6 調洪計算半圖解法調洪計

22、算半圖解法 ( (雙輔助線法）雙輔助線法）第71頁/共79頁第七十二頁，共80頁。時間時間t(h)t(h)入庫洪水流入庫洪水流量量Q(mQ(m3 3/s)/s)時段平均入時段平均入庫流量庫流量Q(mQ(m3 3/s)/s)下泄流下泄流量量q(mq(m3 3/s)/s)時段平均下時段平均下泄流量泄流量q(mq(m3 3/s)/s)時段內水庫存水時段內水庫存水量變化量變化V(V(萬萬m m3 3) )水庫存水水庫存水量量V(V(萬萬m m3 3) )水庫水位水庫水位z(m)z(m)(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)(7)(7)(8)(8/p>

23、57257173.9173.9180.5180.583836450645038.0 38.0 2121340340595595187187224.5224.54004006533653338.138.1242485085013851385262262343.5343.5112511256933693338.438.427271920192016851685425425522.5522.5125612568058805839.239.2303014501450128012806206206776776516519314931439.939.9333311101110100510057347347

24、57.5757.52672679965996540.340.33636900900830830781781785.5785.54848102321023240.540.53939760760685685790790781781-104-104102801028040.5140.514242610610535535772772751.5751.5-234-234101761017640.440.44545460460410410731731702.5702.5-316-3169942994240.340.34848360360325325674674645.5645.5-346-34696269

25、62640.140.151512902906176179280928039.939.9第72頁/共79頁第七十三頁，共80頁。時間時間t(h)t(h)181821212424272730303333363639394242454548485151水庫水水庫水位位z(m)z(m)383838.138.138.438.439.239.2404040.340.340.540.540.540.540.440.440.340.340.140.139.939.9水庫水水庫水位位z1(m)z1(m)383838.138.138.438.439.239.2404040.340.340.440.440.540.540.440.440.240.240.140.139.939.9 調洪計算調洪計算(j sun)列表試算法與半圖解法的對比列表試算法與半圖解法的對比半圖解半圖解法法列表列表(li bio)試算試算法法第73頁/共79頁第七十四頁，共80頁。寫出水庫調洪計算雙輔助線半圖解法的求解寫出水庫