水資源規(guī)劃與利用第三章

1、水電學(xué)院水電學(xué)院第三章第三章 洪水調(diào)節(jié)洪水調(diào)節(jié) 水電學(xué)院水電學(xué)院 3、1 水庫(kù)調(diào)洪的任務(wù)與防洪標(biāo)準(zhǔn)水庫(kù)調(diào)洪的任務(wù)與防洪標(biāo)準(zhǔn) 1、水庫(kù)調(diào)洪作用與任務(wù)、水庫(kù)調(diào)洪作用與任務(wù) 水庫(kù)具有調(diào)蓄作用 水庫(kù)調(diào)洪任務(wù) 對(duì)下游有防洪任務(wù)：削減下泄洪水流量，使其不超過(guò)下游河床的安全泄量。 水庫(kù)本身的調(diào)洪任務(wù)：水庫(kù)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(kù)本身自然地對(duì)洪水有調(diào)蓄作用，洪水過(guò)程變形，客觀上有滯洪作用。水電學(xué)院水電學(xué)院 無(wú)閘濫洪道的水庫(kù)調(diào)洪情況 無(wú)閘溢洪道水庫(kù)的調(diào)洪作用1入庫(kù)流量過(guò)程線；2下泄流量過(guò)程線；3庫(kù)水位過(guò)程線 水電學(xué)院水電學(xué)院 設(shè)閘溢洪道的水庫(kù)調(diào)洪情況 有閘溢洪道水庫(kù)的調(diào)洪作用1胸

2、墻；2閘門；3溢洪道；4入庫(kù)流量過(guò)程線（相當(dāng)與下游防洪標(biāo)準(zhǔn)）；5下泄流量過(guò)程線 水電學(xué)院水電學(xué)院 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(kù)下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)根據(jù)防護(hù)對(duì)象的重要性、歷次洪水災(zāi)害及其對(duì)政治經(jīng)濟(jì)的影響，按照國(guó)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(duì)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)。水電學(xué)院水電學(xué)院 水庫(kù)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(kù)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)

3、的洪水稱為校核洪水。我國(guó)現(xiàn)在采用的方法是根據(jù)建筑物的級(jí)別，按水工建筑物設(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)。 水電學(xué)院水電學(xué)院洪水引起垮壩失事的統(tǒng)計(jì)：1964年前各國(guó)重大垮壩失事202次，其中溢洪能力不足占23%；美國(guó)，大壩失事100座，其中21座是由洪水引起的；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(jiàn)，確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜而嚴(yán)肅的問(wèn)題。 水電學(xué)院水電學(xué)院 3、2 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的原理水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的原理 1 1、水庫(kù)泄洪建筑物泄流能力的分析、水庫(kù)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(guò)的

4、最大流量，是實(shí)際泄流量的上限。對(duì)無(wú)閘溢洪道，該水頭下的泄流量和泄流能力是一致的。對(duì)于有閘溢洪道，當(dāng)閘門全開(kāi)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(wú)閘，其泄流能力僅隨水頭而變化。 水電學(xué)院水電學(xué)院 溢洪道的泄流能力可按堰流公式計(jì)算： 2/301BHMq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（m）； B溢流堰凈寬（m）； M1溢流系數(shù)，其值取決于溢流堰型式； 水電學(xué)院水電學(xué)院 泄洪洞的泄流能力可按有壓管流公式計(jì)算： 2/102HMq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(méi)出流時(shí)，H等于庫(kù)水位與洞

5、口中心高程之差，淹沒(méi)出流時(shí)，H為上下游水位之差（m）； 泄洪洞洞口的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）； M2流量系數(shù)。 水電學(xué)院水電學(xué)院 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(kù)蓄量V時(shí)對(duì)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(duì)于一定的泄洪建筑物來(lái)說(shuō)，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(duì)于一定的水庫(kù)和泄洪建筑物，可按溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式及庫(kù)容曲線計(jì)算并繪制該水庫(kù)的蓄泄曲線qV。 水電學(xué)院水電學(xué)院 某水庫(kù)泄洪建筑物為無(wú)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。

6、該水庫(kù)設(shè)有小型水電站，汛期按水輪機(jī)過(guò)水能力Q電=10(m3s)引水發(fā)電。該水庫(kù)的庫(kù)容曲線列于下表中，試?yán)L制其蓄泄曲線qV。 庫(kù)水位Z/m7580859095100105115125庫(kù)容V/106m30.541023457 7 .5119234401表1 某水庫(kù)水位容積曲線表 水電學(xué)院水電學(xué)院 繪制庫(kù)容曲線ZV。 列表計(jì)算qV。 繪制該水庫(kù)的蓄泄曲線qV。 表2 某水庫(kù)qV關(guān)系計(jì)算表 庫(kù)水位Z/m116118120122124126堰頂水頭H/m0246810泄流能力q/m3/s10214586106816382280庫(kù)容V/106m3247276307340378423水電學(xué)院水電學(xué)院某水庫(kù)庫(kù)

7、容曲線ZV及蓄泄曲線qV 水電學(xué)院水電學(xué)院 2、水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算基本原理、水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算基本原理 水庫(kù)調(diào)洪是在水量平衡和動(dòng)力平衡 (即水力學(xué)中所說(shuō)的連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程)的支配下進(jìn)行的。水量平衡可表示為水庫(kù)水量平衡方程，動(dòng)力平衡可由水庫(kù)蓄泄方程(或蓄泄曲線)來(lái)反映。從起調(diào)開(kāi)始，逐時(shí)段連續(xù)求解這兩個(gè)方程，即可由入庫(kù)流量過(guò)程Qt求得下泄流量過(guò)程qt這就是水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算所遵循的基本原理。 水電學(xué)院水電學(xué)院 水量平衡方程 12212122VVVtqqtQQ 水庫(kù)蓄泄方程或水庫(kù)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。水電學(xué)院水電學(xué)院 如第一時(shí)段，Q1，Q2可從人庫(kù)洪水過(guò)程

8、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(kāi)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(kù)下泄流量過(guò)程線、最大下泄流量qm、調(diào)洪庫(kù)容Vm和水庫(kù)最高洪水位Z洪。 水電學(xué)院水電學(xué)院 3、3 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的列表試算法水庫(kù)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(kāi)始計(jì)算的邊界條件，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

9、正確的q2，V2即做為下一時(shí)段之q1，V1，繼續(xù)演算。 水電學(xué)院水電學(xué)院 例題例題：某水庫(kù)的泄洪建筑物和尺寸已定，設(shè)有閘門。水庫(kù)的運(yùn)用方式是：在洪水來(lái)臨時(shí)，先用閘門控制q 使等于Q，水庫(kù)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(kāi)，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(wú)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。 水電學(xué)院水電學(xué)院某水庫(kù)某水庫(kù)V=f（Z）、）、q=f（Z）曲線（閘門全開(kāi)）曲線（閘門全開(kāi)） Z3636.53737.53838.53939.54040.54

10、1V4330480053105860645070807760854094201025011200q022.555105173.9267.2378.3501.9638.9786.1946水電學(xué)院水電學(xué)院調(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(wàn)m3）V（萬(wàn)m3） Z（m）18174 173.9 64503821340257187180.583653338.124850595262224.5400693338.42719201385425343.51125805839.2301450168562

11、0522.51256931439.93311101280734677651996540.3369001005781757.52671023240.539760830790785.5481028040.5142610685772781-1041017640.445460535731751.5-234994240.348360410674702.5-316962640.151290325617645.5-346928039.9水電學(xué)院水電學(xué)院第一時(shí)段（第第一時(shí)段（第18-21小時(shí)）試算過(guò)程小時(shí)）試算過(guò)程 QqtQZVqVV/2q/2Z/2hm3/sm3/s萬(wàn)m3m3/sm3/sm3/s萬(wàn)m3萬(wàn)m3

12、m3/sm18174386450173.9 2134038.4695024825721150650018038.04 38.26690211 192.670652018238.06 38.16530187 180.583653318738.10水電學(xué)院水電學(xué)院 3、4 其它情況下的水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算其它情況下的水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算 有閘門控制q時(shí)，調(diào)洪原理和方法與無(wú)閘門時(shí)相似，不同的是水庫(kù)運(yùn)行方式變化多. 1、根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整閘門的開(kāi)啟孔數(shù)和每孔開(kāi)啟高度 2、不同閘門的開(kāi)度，庫(kù)水位，下游淹沒(méi)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。 水電學(xué)院水電學(xué)院(a)下游有防洪要求的情況；(

13、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(kù)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(kù)洪水過(guò)程線；2下泄洪水過(guò)程線；3水庫(kù)水位過(guò)程線 水電學(xué)院水電學(xué)院 下游有防洪要求時(shí)下游有防洪要求時(shí) qm不能超過(guò)q安，t1以前入庫(kù)洪水Q小于Z限下的q1，來(lái)多少泄多少q=Q； t1時(shí)，Q開(kāi)始大于q，閘門全開(kāi)，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(kù)水位上升，關(guān)小閘門； t3時(shí)，入流Q= q=q安，水位最高。 水電學(xué)院水電學(xué)院 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(lái)多少泄多少q=Q； t1時(shí)， Q= q限，閘門全開(kāi)，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(kù)容蓄滿，入庫(kù)洪水超過(guò)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，考慮壩體安全，閘門全開(kāi)，自由泄流； t4時(shí)，q=qm，水位最高。 水電學(xué)院水電學(xué)院 下游有錯(cuò)峰要求