水资源规划与利用第三章剖析电子教案

水资源规划与利用第三章剖析

⑶无闸滥洪道的水库调洪情况

无闸溢洪道水库的调洪作用1—入库流量过程线；2—下泄流量过程线；3—库水位过程线

⑷设闸溢洪道的水库调洪情况

有闸溢洪道水库的调洪作用1—胸墙；2—闸门；3—溢洪道；4—入库流量过程线（相当与下游防洪标准）；5—下泄流量过程线

2、防洪标准

⑴防洪标准⑵如何确定防洪标准水库下游的防洪标准：应根据防护对象的重要性、历次洪水灾害及其对政治经济的影响，按照国家规定的防洪标准范围，经分析论证后，与有关部门协商选定。在选定水工建筑物的前提下，还要选定下游防护对象的防洪标准，显然，防洪标准不应高于设计标准。

水库自身的安全标准：是指设计水工建筑物所采用能够的洪水标准。目的只是为了确定建筑物的合理尺寸和水库特征水位。水工建筑物的洪水标准分正常运用和非常运用两种情况。与前者相应的洪水标准称为设计洪水；与后者相应的洪水称为校核洪水。我国现在采用的方法是根据建筑物的级别，按水工建筑物设计标准的规定，选择适合的设计和校核洪水的标准。

洪水引起垮坝失事的统计：①1964年前各国重大垮坝失事202次，其中溢洪能力不足占23%；②美国，大坝失事100座，其中21座是由洪水引起的；③日本，1950-1965年1266座土坝失事，有466次是由暴雨造成的，占38%。由此可见，确定设计标准是一个复杂而严肃的问题。

3、2水库调洪计算的原理

1、水库泄洪建筑物泄流能力的分析

泄洪建筑物在某水头下的泄流能力，是指该水头下泄洪建筑物可能通过的最大流量，是实际泄流量的上限。对无闸溢洪道，该水头下的泄流量和泄流能力是一致的。对于有闸溢洪道，当闸门全开时二者也是一致的。溢洪道的类型、尺寸既定之后，不管是有闸还是无闸，其泄流能力仅随水头而变化。

溢洪道的泄流能力可按堰流公式计算：

q溢—溢洪道泄流能力(m3／s)；

H0—考虑行近流速v的堰顶水头，可近似等于堰顶水深H（m）；

B—溢流堰净宽（m）；

M1—溢流系数，其值取决于溢流堰型式；

泄洪洞的泄流能力可按有压管流公式计算：

q洞—泄洪洞的泄流能力(m3／s)；

H0—考虑行近流速v的堰顶水头，非淹没出流时，H等于库水位与洞口中心高程之差，淹没出流时，H为上下游水位之差（m）；

ω—泄洪洞洞口的过水断面面积（m2）；

M2—流量系数。

为调洪计算上的方便，常将溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式绘制成蓄泄曲线q—V，其中q为当水库蓄量V时对应的泄流能力。

从溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式可知，对于一定的泄洪建筑物来说，当行近流速水头不计时，q仅为V的单值函数，即q=f（V）。

因而，对于一定的水库和泄洪建筑物，可按溢洪道和泄洪洞的泄流能力公式及库容曲线计算并绘制该水库的蓄泄曲线q—V。

某水库泄洪建筑物为无闸溢洪道，其堰顶高程与正常蓄水位齐平，为116m，堰顶净宽B=45m，堰流系数M1=1.6。该水库设有小型水电站，汛期按水轮机过水能力Q电=10(m3／s)引水发电。该水库的库容曲线列于下表中，试绘制其蓄泄曲线q—V。

库水位Z/m7580859095100105115125库容V/106m30.5410234577.5119234401表1某水库水位容积曲线表

①绘制库容曲线Z—V。

②列表计算q—V。

③绘制该水库的蓄泄曲线q—V。

表2某水库q—V关系计算表

库水位Z/m①116118120122124126堰顶水头H/m②0246810泄流能力q/m3/s③10214586106816382280库容V/106m3④247276307340378423某水库库容曲线Z—V及蓄泄曲线q—V

2、水库调洪计算基本原理

水库调洪是在水量平衡和动力平衡(即水力学中所说的连续方程和运动方程)的支配下进行的。水量平衡可表示为水库水量平衡方程，动力平衡可由水库蓄泄方程(或蓄泄曲线)来反映。从起调开始，逐时段连续求解这两个方程，即可由入库流量过程Q—t求得下泄流量过程q—t这就是水库调洪计算所遵循的基本原理。

⑴水量平衡方程

⑵水库蓄泄方程或水库蓄泄曲线

q=f(V)或q—V曲线

上两式中，仅q2，V2为未知数，故联立求解可得。

如第一时段，Q1，Q2可从人库洪水过程线得知，q1、Vl可由起调水位Z1查Z—V、q—V线得到，从而可联解出该时段末的q2，V2。显然，该时段的q2，V2正是第2时段开始时的q1、Vl，于是又可联立解出第2时段末的q2，V2，依此类推，即可求出水库下泄流量过程线、最大下泄流量qm、调洪库容Vm和水库最高洪水位Z洪。

3、3水库调洪计算的列表试算法

①根据Z～V，Z～q线推求q～V线。

②选取合适的时段，以秒为单位。

③决定开始计算的边界条件，Z1，V1，q1。

④假定时段末的q2，按水量平衡方程求得V2。

⑤按④计算得的V2，查q～V线得相应的q2与假定的q2比较，如相等则假定正确，如不相等重新假定。

⑥求得正确的q2，V2即做为下一时段之q1，V1，继续演算。

例题：某水库的泄洪建筑物和尺寸已定，设有闸门。水库的运用方式是：在洪水来临时，先用闸门控制q使等于Q，水库保持汛期防洪限制水位（38.0m）不变；当Q继续加大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制，q随Z的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制，情况与无闸门控制一样。已知V=f（Z），并根据泄洪建筑物和尺寸，算出q=f（Z）曲线。堰顶高程为36.0m。

某水库V=f（Z）、q=f（Z）曲线（闸门全开）

Z3636.53737.53838.53939.54040.541V4330480053105860645070807760854094201025011200q022.555105173.9267.2378.3501.9638.9786.1946调洪计算列表试算法

t（h）Q（m3/s）时段平均入流量（m3/s）q（m3/s）时段平均出流量（m3/s）△V（万m3）V（万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第一时段（第18-21小时）试算过程

tQZVq△VV/2q/2Z/2hm3/sm3/s万m3m3/sm3/sm3/s万m3万m3m3/sm18174386450173.9

2134038.4695024825721150650018038.04

38.26690211

192.670652018238.06

38.16530187

180.583653318738.103、4其它情况下的水库调洪计算

有闸门控制q时，调洪原理和方法与无闸门时相似，不同的是水库运行方式变化多.

1、根据需要随时调整闸门的开启孔数和每孔开启高度2、不同闸门的开度，库水位，下游淹没等情况中的系数A，B不同。3、由于有闸门控制的变化多,应采用试算法。

(a)下游有防洪要求的情况；(b)水工建筑物设计标准大于下游防洪标准的情况；(c)水库下泄洪水要与下游区间洪水错峰的情况；(d)根据预泄洪水的情况

1—入库洪水过程线；2—下泄洪水过程线；3—水库水位过程线

⑴下游有防洪要求时

qm不能超过q安，t1以前入库洪水Q小于Z限下的q1，来多少泄多少q=Q；t1时，Q开始大于q，闸门全开，自由泄流；t2时，q=q安，为下游防洪安全，控制q不大于q=q安，水库水位上升，关小闸门；t3时，入流Q=q=q安，水位最高。

⑵下游有防洪要求时，其标准小于大坝设计标准

t1以前，Q＜q限，来多少泄多少q=Q；t1时，Q=q限，闸门全开，自由泄流，水位上升；t2时，q=q安，控制闸门；t3时，为下游防洪的库容蓄满，入库洪水超过下游防洪标准，考虑坝体安全，闸门全开，自由泄流；t4时，q=qm，水位最高。

⑶下游有错峰要求时

使水库下泄流量碰上区间洪水不超过q安，在Q～t线上画平行于横轴的q安线，将区间洪水倒画在q