水库调洪演算资料课件.ppt
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- 水库 演算 资料 课件
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1、西安理工大学水利水电学院西安理工大学水利水电学院 陈尧隆陈尧隆 水库调洪演算水库调洪演算 水库是对洪水起有效控制作用的防洪工程措施。利用水库调蓄洪水、削减洪峰,对提高江河防洪标准,减轻或避免洪水灾害起着十分重要的作用。一、水库调洪演算的目的 水库的防洪作用是通过洪水变化得以实现的。入库洪水过程Q(t)经水库防洪库 容的拦蓄、滞留作用以及泄洪建筑物的制约或控制作用,使出库洪水过程q(t)产生 变形。与入库洪水过程相比,出库洪水的洪峰流量显著减小、过程历时大大延长。次洪水最高水位流量q防洪限制水位库水位时间t时间tt1tot3t2t4ZtqtQtQmqmV水库调洪示意图 上述洪水变化,称为水库的洪
2、水调节。为了实现水库的洪水调节,必须具备的条 件是:有一定的防洪库容,有一定规模的泄洪建筑物和有一个合理的调度规则。否则,水库就不能发挥防洪功效,甚至难保自身安全。水库调洪演算的目的就是,根据拟定的设计洪水过程线、泄洪建筑物的泄流能力 曲线及水位库容关系等基本资料,按确定的防洪调度规则,采用适当的计算方法,求 出库水位和下泄流量的变化过程线。拟定设计洪水过程线 已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。接下来选用铁锁关站1964年9月24日一次洪水过程线为典型:典型洪峰Q=1640m3/s;24小时洪量W24=0.52亿m3,作为一日洪量(3日4时4日4时);同倍比放大求得的设计洪水过程线
3、其曲线如图。拟定设计洪水过程线 次洪水最高水位流量q防洪限制水位库水位时间t时间tt1tot3t2t4ZtqtQtQmqmV水库调洪示意图 要根据水库所承担的防洪任务,在确保大坝自身 安全的前提下,考虑下游防洪保护对象、下游河道安全泄量等要求,通过调洪演算,研究和选择恰当的调洪调度方案,并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的选择,最 终确定水库的设计洪水和相应的防洪特征水位。时间t流量qQtqttQtt+1Qt+1qtqt+1t水量平衡示意图 必须指出,这一研究所涉及的设计洪水选择是影响大坝,乃至流域防洪安全的最 重要因素,它通常对其他单项工程设计指标起控制作用。次洪水最高水位流量q防洪限制水位
4、库水位时间t时间tt1tot3t2t4ZtqtQtQmqmV水库调洪示意图 二、水库调洪计算的任务二、水库调洪计算的任务 入库洪水流经水库时,水库容积对洪水的拦蓄、滞留作用,以及泄水建筑物对出库流量的制约或控制作用,将使出库洪水过程产生变形。与入库洪水过程相比,出库洪水的洪峰流量显著减小,洪水过程历时大大延长。这种入库洪水流经水库产生的上述洪水变形,称为水库洪水调节。时间t流量qQtqttQtt+1Qt+1qtqt+1t水量平衡示意图 库容(万米)库水位库水位水库=f(Z)关系曲线图V=f(Z)关系曲线 铜钱坝水库ZV关系曲线 Z上(m)Z下(m)h1(m)底孔流量q1(m3/s)h2(m)表
5、孔流量q2(m3/s)总下泄量q(m3/s)605573.06 31.94 215.56 00.00 215.56 607574.90 32.10 216.10 2460.48 676.58 609576.82 32.18 216.37 41302.42 1518.79 611578.44 32.56 217.65 62392.70 2610.34 613580.00 33.00 219.11 83683.80 3902.91 615581.73 33.27 220.01 105148.27 5368.27 617583.39 33.61 221.13 126767.57 6988.70 61
6、9585.15 33.85 221.91 148528.12 8750.03 铜钱坝水库库水位-下泄流量曲线计算表 铜钱坝水库q=f(Z)关系曲线图泄量q(100米秒)库水位(米)库水位(米)q=f(Z)关系曲线6156256206056101030507090 水库调洪计算的目的是在已拟定泄洪建筑物及已确定防洪限制水位(或其他的起调水位)的条件下,用给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的泄洪能力曲线及库容曲线等基本资料,按规定的防洪调度规则,推求水库的泄流过程、水库水位过程及相应的最高调洪水位和最大下泄流量。若水库不承担下游防洪任务,那么水库调洪计算的任务是研究和选择能确保水工建筑物安全的调洪方式
7、,并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的选择,最终确定水库的设计洪水位、校核洪水位、调洪库容及二种情况下相应的最大泄流量。若水库担负下游防洪任务,首先应根据下游防洪保护对象的防洪标准、下游河道安全泄量、坝址至防洪点控制断面之间的区间入流情况,配合泄洪建筑物形式和规模,合理拟定水库的泄流方式,确定水库的防洪库容及其相应的防洪高水位;其次,根据下游防洪对泄洪方式的要求,进一步拟定为保证水工建筑物安全的泄洪方式,经调洪计算,确定水库的设计洪水位与校核洪水位及相应的调洪库容。三、水库调洪计算基本公式 洪水进入水库后形成的洪水波运动,其水力学性质属于明渠渐变不恒定流。常用的调洪计算方法,往往忽略库区回水水
8、面比降对蓄水容积的影响,只按水平面的近似情况考虑水库的蓄水容积(即静库容)。t1,ttQQ1,ttqq1,ttVVt时段初、末的入库流量(m3/s)计算时段长度(s)t时段初、末的出库流量(m3/s);t时段初、末水库蓄水量(m3)ttttttVVtqqtQQ1121121)()(水库调洪计算的基本公式是水量平衡方程式(-)当已知水库入库洪水过程线时,1,ttQQ均为已知;ttqV,则是计算时段t开始的初始条件。于是,式中仅 11,ttqV为未知数。必须配合水库水库泄流方程 q=f(V)与上式联立求解 11,ttqV的值。库容(万米)水库q=f(v)关系曲线图泄量q(米秒)q=f(v)关系曲线
9、 水库q=f(Z)关系曲线图泄量q(米秒)库水位(米)库水位(米)q=f(Z)关系曲线 库容(万米)库水位库水位水库=f(Z)关系曲线图V=f(Z)关系曲线 当水库同时为兴利用水而泄放流量时,水库泄流量应计入这部分兴利泄流量。假设暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下游的流量,若泄洪建筑物为无闸门表面溢洪道,则下泄流量q的计算公式为:1112ghmBhq式中:侧收缩系数;m 流量系数;B 溢洪道宽;h1 堰上水头。(-)若为孔口出流,则泄流公式为:222 ghq式中:孔口出流系数;孔口出流面积;h2 孔口中心水头。(-3)由式(-2)或(-3)所反映泄流 量 q 与泄洪建筑物水头h 的函数关系可转
10、换为泄流量 q 与库水位Z的关系曲线 qf(Z)。借助于水库容积特性 Vf(Z),可进一步求出水库下泄流量q与蓄水容积V 的关系,即 qf(V)(3-4)以水库洪水调节示意图说明如何进行一次洪水的水库调洪计算。图中Qt为入库洪水过程线;qt为水库调洪计算需要推求的出库流量过程线。t为计算 为计算 为计算 设 过程的面临时段,由入库洪水资料可知时段初、末的流量 1,ttQQ的数值,Vt,qt为该时段已知的 初始条件。次洪水最高水位流量q防洪限制水位库水位时间t时间tt1tot3t2t4ZtqtQtQmqmV水库调洪示意图 图中阴影线的面积表示该时段水库蓄水量的增量V,即V=Vt+1-Vt。利用式
11、(3-1),(3-4)可求解时段末的水库蓄水量Vt+1和相应的出库流量qt+1。前一个时段的 11,ttqV其值即成为后一时段的 求出后,ttqV,值,使计算有可能逐时段地连续进行下去。四、水库调洪计算半图解法四、水库调洪计算半图解法 水库调洪演算,就是联解(水库调洪演算,就是联解(-)和(和(-)两个方程)两个方程将(将(-)改写为:)改写为:(Vt/t+qt/2)+Q qt=(Vt+1/t)+(qt+1/2)(-5-5)Q 计算时段平均入流量计算时段平均入流量;Q(Qt+Qt+1)/2/2式(式(-5-5)的右端项利用式()的右端项利用式(-)代入,可见右端项为代入,可见右端项为q q的函
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