水資源規(guī)劃與利用第三章剖析電子教案

水資源規(guī)劃與利用第三章剖析

⑶無閘濫洪道的水庫調(diào)洪情況

無閘溢洪道水庫的調(diào)洪作用1—入庫流量過程線；2—下泄流量過程線；3—庫水位過程線

⑷設(shè)閘溢洪道的水庫調(diào)洪情況

有閘溢洪道水庫的調(diào)洪作用1—胸墻；2—閘門；3—溢洪道；4—入庫流量過程線（相當(dāng)與下游防洪標(biāo)準(zhǔn)）；5—下泄流量過程線

2、防洪標(biāo)準(zhǔn)

⑴防洪標(biāo)準(zhǔn)⑵如何確定防洪標(biāo)準(zhǔn)水庫下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)根據(jù)防護對象的重要性、歷次洪水災(zāi)害及其對政治經(jīng)濟的影響，按照國家規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)范圍，經(jīng)分析論證后，與有關(guān)部門協(xié)商選定。在選定水工建筑物的前提下，還要選定下游防護對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，顯然，防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)高于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

水庫自身的安全標(biāo)準(zhǔn)：是指設(shè)計水工建筑物所采用能夠的洪水標(biāo)準(zhǔn)。目的只是為了確定建筑物的合理尺寸和水庫特征水位。水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)分正常運用和非常運用兩種情況。與前者相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn)稱為設(shè)計洪水；與后者相應(yīng)的洪水稱為校核洪水。我國現(xiàn)在采用的方法是根據(jù)建筑物的級別，按水工建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，選擇適合的設(shè)計和校核洪水的標(biāo)準(zhǔn)。

洪水引起垮壩失事的統(tǒng)計：①1964年前各國重大垮壩失事202次，其中溢洪能力不足占23%；②美國，大壩失事100座，其中21座是由洪水引起的；③日本，1950-1965年1266座土壩失事，有466次是由暴雨造成的，占38%。由此可見，確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是一個復(fù)雜而嚴(yán)肅的問題。

3、2水庫調(diào)洪計算的原理

1、水庫泄洪建筑物泄流能力的分析

泄洪建筑物在某水頭下的泄流能力，是指該水頭下泄洪建筑物可能通過的最大流量，是實際泄流量的上限。對無閘溢洪道，該水頭下的泄流量和泄流能力是一致的。對于有閘溢洪道，當(dāng)閘門全開時二者也是一致的。溢洪道的類型、尺寸既定之后，不管是有閘還是無閘，其泄流能力僅隨水頭而變化。

溢洪道的泄流能力可按堰流公式計算：

q溢—溢洪道泄流能力(m3／s)；

H0—考慮行近流速v的堰頂水頭，可近似等于堰頂水深H（m）；

B—溢流堰凈寬（m）；

M1—溢流系數(shù)，其值取決于溢流堰型式；

泄洪洞的泄流能力可按有壓管流公式計算：

q洞—泄洪洞的泄流能力(m3／s)；

H0—考慮行近流速v的堰頂水頭，非淹沒出流時，H等于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）；

ω—泄洪洞洞口的過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；

M2—流量系數(shù)。

為調(diào)洪計算上的方便，常將溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式繪制成蓄泄曲線q—V，其中q為當(dāng)水庫蓄量V時對應(yīng)的泄流能力。

從溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式可知，對于一定的泄洪建筑物來說，當(dāng)行近流速水頭不計時，q僅為V的單值函數(shù)，即q=f（V）。

因而，對于一定的水庫和泄洪建筑物，可按溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式及庫容曲線計算并繪制該水庫的蓄泄曲線q—V。

某水庫泄洪建筑物為無閘溢洪道，其堰頂高程與正常蓄水位齊平，為116m，堰頂凈寬B=45m，堰流系數(shù)M1=1.6。該水庫設(shè)有小型水電站，汛期按水輪機過水能力Q電=10(m3／s)引水發(fā)電。該水庫的庫容曲線列于下表中，試?yán)L制其蓄泄曲線q—V。

庫水位Z/m7580859095100105115125庫容V/106m30.5410234577.5119234401表1某水庫水位容積曲線表

①繪制庫容曲線Z—V。

②列表計算q—V。

③繪制該水庫的蓄泄曲線q—V。

表2某水庫q—V關(guān)系計算表

庫水位Z/m①116118120122124126堰頂水頭H/m②0246810泄流能力q/m3/s③10214586106816382280庫容V/106m3④247276307340378423某水庫庫容曲線Z—V及蓄泄曲線q—V

2、水庫調(diào)洪計算基本原理

水庫調(diào)洪是在水量平衡和動力平衡(即水力學(xué)中所說的連續(xù)方程和運動方程)的支配下進行的。水量平衡可表示為水庫水量平衡方程，動力平衡可由水庫蓄泄方程(或蓄泄曲線)來反映。從起調(diào)開始，逐時段連續(xù)求解這兩個方程，即可由入庫流量過程Q—t求得下泄流量過程q—t這就是水庫調(diào)洪計算所遵循的基本原理。

⑴水量平衡方程

⑵水庫蓄泄方程或水庫蓄泄曲線

q=f(V)或q—V曲線

上兩式中，僅q2，V2為未知數(shù)，故聯(lián)立求解可得。

如第一時段，Q1，Q2可從人庫洪水過程線得知，q1、Vl可由起調(diào)水位Z1查Z—V、q—V線得到，從而可聯(lián)解出該時段末的q2，V2。顯然，該時段的q2，V2正是第2時段開始時的q1、Vl，于是又可聯(lián)立解出第2時段末的q2，V2，依此類推，即可求出水庫下泄流量過程線、最大下泄流量qm、調(diào)洪庫容Vm和水庫最高洪水位Z洪。

3、3水庫調(diào)洪計算的列表試算法

①根據(jù)Z～V，Z～q線推求q～V線。

②選取合適的時段，以秒為單位。

③決定開始計算的邊界條件，Z1，V1，q1。

④假定時段末的q2，按水量平衡方程求得V2。

⑤按④計算得的V2，查q～V線得相應(yīng)的q2與假定的q2比較，如相等則假定正確，如不相等重新假定。

⑥求得正確的q2，V2即做為下一時段之q1，V1，繼續(xù)演算。

例題：某水庫的泄洪建筑物和尺寸已定，設(shè)有閘門。水庫的運用方式是：在洪水來臨時，先用閘門控制q使等于Q，水庫保持汛期防洪限制水位（38.0m）不變；當(dāng)Q繼續(xù)加大，使閘門達到全開，以后就不用閘門控制，q隨Z的升高而加大，流態(tài)為自由泄流，qmax也不限制，情況與無閘門控制一樣。已知V=f（Z），并根據(jù)泄洪建筑物和尺寸，算出q=f（Z）曲線。堰頂高程為36.0m。

某水庫V=f（Z）、q=f（Z）曲線（閘門全開）

Z3636.53737.53838.53939.54040.541V4330480053105860645070807760854094201025011200q022.555105173.9267.2378.3501.9638.9786.1946調(diào)洪計算列表試算法

t（h）Q（m3/s）時段平均入流量（m3/s）q（m3/s）時段平均出流量（m3/s）△V（萬m3）V（萬m3）Z（m）18174

173.9

64503821340257187180.583653338.124850595262224.5400693338.42719201385425343.51125805839.23014501685620522.51256931439.93311101280734677651996540.3369001005781757.52671023240.539760830790785.5481028040.5142610685772781-1041017640.445460535731751.5-234994240.348360410674702.5-316962640.151290325617645.5-346928039.9第一時段（第18-21小時）試算過程

tQZVq△VV/2q/2Z/2hm3/sm3/s萬m3m3/sm3/sm3/s萬m3萬m3m3/sm18174386450173.9

2134038.4695024825721150650018038.04

38.26690211

192.670652018238.06

38.16530187

180.583653318738.103、4其它情況下的水庫調(diào)洪計算

有閘門控制q時，調(diào)洪原理和方法與無閘門時相似，不同的是水庫運行方式變化多.

1、根據(jù)需要隨時調(diào)整閘門的開啟孔數(shù)和每孔開啟高度2、不同閘門的開度，庫水位，下游淹沒等情況中的系數(shù)A，B不同。3、由于有閘門控制的變化多,應(yīng)采用試算法。

(a)下游有防洪要求的情況；(b)水工建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)大于下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的情況；(c)水庫下泄洪水要與下游區(qū)間洪水錯峰的情況；(d)根據(jù)預(yù)泄洪水的情況

1—入庫洪水過程線；2—下泄洪水過程線；3—水庫水位過程線

⑴下游有防洪要求時

qm不能超過q安，t1以前入庫洪水Q小于Z限下的q1，來多少泄多少q=Q；t1時，Q開始大于q，閘門全開，自由泄流；t2時，q=q安，為下游防洪安全，控制q不大于q=q安，水庫水位上升，關(guān)小閘門；t3時，入流Q=q=q安，水位最高。

⑵下游有防洪要求時，其標(biāo)準(zhǔn)小于大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

t1以前，Q＜q限，來多少泄多少q=Q；t1時，Q=q限，閘門全開，自由泄流，水位上升；t2時，q=q安，控制閘門；t3時，為下游防洪的庫容蓄滿，入庫洪水超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，考慮壩體安全，閘門全開，自由泄流；t4時，q=qm，水位最高。

⑶下游有錯峰要求時

使水庫下泄流量碰上區(qū)間洪水不超過q安，在Q～t線上畫平行于橫軸的q安線，將區(qū)間洪水倒畫在q