第三章水庫洪水調(diào)節(jié)

1、第三章第三章 洪水調(diào)節(jié)洪水調(diào)節(jié) 3. .1 水庫調(diào)洪的任務(wù)與防洪標(biāo)準(zhǔn)水庫調(diào)洪的任務(wù)與防洪標(biāo)準(zhǔn) 1、水庫調(diào)洪作用與任務(wù)、水庫調(diào)洪作用與任務(wù) 水庫具有調(diào)蓄作用 水庫調(diào)洪任務(wù) 對下游有防洪任務(wù)：削減下泄洪水流量，使 其不超過下游河床的安全泄量。 水庫本身的調(diào)洪任務(wù)：水庫不承擔(dān)下游防洪 任務(wù)時(shí)，洪水期下泄流量不受限制，但由于水庫本 身自然地對洪水有調(diào)蓄作用，洪水過程變形，客觀 上有滯洪作用。 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 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

2、防洪標(biāo)準(zhǔn)）；5下泄流量過程線 2、防洪標(biāo)準(zhǔn)、防洪標(biāo)準(zhǔn) 防洪標(biāo)準(zhǔn) 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(hù)對象的重要 性、歷次洪水災(zāi)害及其對政治經(jīng)濟(jì)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(hù)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 水庫自身的安全標(biāo)準(zhǔn)：是指設(shè)計(jì)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(yùn)用和非常運(yùn)用兩種情況。與前者相應(yīng)的洪 水標(biāo)準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)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

3、工建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，選擇適合的設(shè)計(jì)和 校核洪水的標(biāo)準(zhǔn)。 3. .2 水庫調(diào)洪計(jì)算的原理水庫調(diào)洪計(jì)算的原理 1 1、水庫泄洪建筑物泄流能力的分析、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(shí)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(shí) 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(jì)算： 2/3 01BH Mq 溢 q溢溢洪道泄流能力(m3s)； H0考慮行近流速v的堰頂水頭，可近似等于 堰頂水深H

4、（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(jì)算： 2/1 02 HMq 洞 q洞泄洪洞的泄流能力(m3s)； H0考慮行近流速v的堰頂水頭，非淹沒出流 時(shí)，H等于庫水位與洞口中心高程之差，淹沒出流 時(shí)，H為上下游水位之差（m）； 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(jì)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qV，其中q為當(dāng)水 庫蓄量V時(shí)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(jì)時(shí)， q僅為V的單值函數(shù)，即q=f（V）。 因而，對于一定的

5、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(jì)算并繪 制該水庫的蓄泄曲線qV。 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(jī)過水能力Q電=10(m3s)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qV。 庫水位Z/m7580859095100105115125 庫容V/106m30.541023457 7 . 5 119234401 表1 某水庫水位容積曲線表 繪制庫容曲線ZV。 列表計(jì)算qV。 繪制該水庫的蓄泄曲線qV。 表2 某水庫qV關(guān)系計(jì)算表 庫水位

6、Z/m116118120122124126 堰頂水頭H/m0246810 泄流能力q/m3/s10214586106816382280 庫容V/106m3247276307340378423 某水庫庫容曲線ZV及蓄泄曲線qV 2、水庫調(diào)洪計(jì)算基本原理、水庫調(diào)洪計(jì)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(yùn)動方程)的支配下進(jìn)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(shí)段連續(xù)求解這兩個(gè)方程，即可由入庫流量過程 Qt求得下泄流量過程qt這就是水庫調(diào)洪計(jì)算所 遵循的基本原理。 水量平衡方程 12 2121

7、22 VVVt qq t QQ 水庫蓄泄方程或水庫蓄泄曲線 q=f(V)或qV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(shí)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ZV、qV線得到， 從而可聯(lián)解出該時(shí)段末的q2，V2。 顯然，該時(shí)段的q2，V2正是第2時(shí)段開始時(shí)的 q1、Vl，于是又可聯(lián)立解出第2時(shí)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(jì)算的列表試算法水庫調(diào)洪計(jì)算的列表試算法 根據(jù)ZV，Zq線推求qV線。 選取合適的時(shí)段，以秒為單位。 決定開始計(jì)算的邊界條

8、件，Z1，V1，q1。 假定時(shí)段末的q2，按水量平衡方程求得V2 。 按計(jì)算得的V2，查qV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。 求得正確的q2，V2即做為下一時(shí)段之q1，V1， 繼續(xù)演算。 例題例題：某水庫的泄洪建筑物和尺寸已定，設(shè)有 閘門。水庫的運(yùn)用方式是：在洪水來臨時(shí)，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(dá)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3

9、6.0m。 某水庫某水庫V=f（Z）、）、q=f（Z）曲線（閘門全開）曲線（閘門全開） Z3636.53737.53838.53939.54040.541 V4330480053105860645070807760854094201025011200 q022.555105173.9267.2378.3501.9638.9786.1946 調(diào)洪計(jì)算列表試算法調(diào)洪計(jì)算列表試算法 t（h）Q（m3/s）時(shí)段平均 入 流 量 （m3/s） q（m3/s）時(shí)段平均 出 流 量 （m3/s） V （ 萬 m3） V（萬m3） Z（m） 18174 173.9 645038 21340257187180.

10、583653338.1 24850595262224.5400693338.4 2719201385425343.51125805839.2 3014501685620522.51256931439.9 3311101280734677651996540.3 369001005781757.52671023240.5 39760830790785.5481028040.51 42610685772781-1041017640.4 45460535731751.5-234994240.3 48360410674702.5-316962640.1 51290325617645.5-34692803

11、9.9 第一時(shí)段（第第一時(shí)段（第18-21小時(shí)）試算過程小時(shí)）試算過程 Q q tQZVqVV/2q/2Z/2 hm3/ s m3/s萬m3m3/sm3/ s m3/s萬m3萬m3m3/sm 1 8 174386450173.9 2 1 34038.4695024825721150650018038.04 38.26690211 192.670652018238.06 38.16530187 180.583653318738.10 3、4 其它情況下的水庫調(diào)洪計(jì)算其它情況下的水庫調(diào)洪計(jì)算 有閘門控制q時(shí)，調(diào)洪原理和方法與無閘門時(shí) 相似，不同的是水庫運(yùn)行方式變化多. 1、根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整閘門的開

12、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(jì)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(cuò)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 下游有防洪要求時(shí)下游有防洪要求時(shí) 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(shí)，Q開始大于q，閘門全開，自由泄流； t2時(shí)， 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(shí)，入流Q= q=q安，水位最高。 下游有防洪要求時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)小于大壩設(shè)計(jì)下游有防洪要求時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)小于大壩設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) t1以前，Qq限，來多少泄多少q=Q； t1時(shí)， Q= q限，閘門全開，自由泄流，水位上 升； t2時(shí)， q= q安，控制閘門； t3時(shí)，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(shí)，q=qm，水位最高。 下游有錯(cuò)峰要求時(shí)下游有錯(cuò)峰要求時(shí)