水资源规划及利用课件9.ppt

1、1/38沈阳农业大学沈阳农业大学水资源规划及利用课程组水资源规划及利用课程组Integrated water resources planning 第九讲第九讲2/38水库调洪计算的基本方法水库调洪计算的基本方法3本讲主要内容：本讲主要内容：第三章第三章一、列表试算法一、列表试算法二、半图解法二、半图解法三、简化三角形法三、简化三角形法四、考虑动库容的调洪演算四、考虑动库容的调洪演算五、无闸门控制时水库调洪计算中的几个问题五、无闸门控制时水库调洪计算中的几个问题水库水库洪水调节洪水调节及计算及计算3/38考虑动库容的调洪演算考虑动库容的调洪演算 在以往的防洪调度的方法、模型研究中，大多没有考虑

2、动在以往的防洪调度的方法、模型研究中，大多没有考虑动库容的影响，调洪演算只按静库容计算。库容的影响，调洪演算只按静库容计算。按静库容计算即近似地假定调洪时水库水面为水平并平行按静库容计算即近似地假定调洪时水库水面为水平并平行升降。它能满足一般的水库（湖泊式）调洪计算的精度要求。升降。它能满足一般的水库（湖泊式）调洪计算的精度要求。实际上，动库容是存在的，而且在某些情况下动库容对调实际上，动库容是存在的，而且在某些情况下动库容对调洪演算及防洪预报调度都产生了不可忽略的影响。因此研究水库洪演算及防洪预报调度都产生了不可忽略的影响。因此研究水库的动库容问题是非常必要的。的动库容问题是非常必要的。4/

3、38考虑动库容的调洪演算考虑动库容的调洪演算如一些峡谷型水库，由于楔形库容较大，当通过大洪水流量时，水库表如一些峡谷型水库，由于楔形库容较大，当通过大洪水流量时，水库表面常呈现明显的水面坡降。这种情况下，为减少误差提高精度，最好以面常呈现明显的水面坡降。这种情况下，为减少误差提高精度，最好以动库容曲线为基础来进行调洪计算。动库容曲线为基础来进行调洪计算。楔形库容楔形库容库流量为库流量为Q时的库水位时的库水位静库容静库容5/38 从实际的防洪设计需要出发，从实际的防洪设计需要出发，动库容在一次洪水中所起动库容在一次洪水中所起的作用，关键在于的作用，关键在于用动库容曲线进行调洪与用静库容曲线进用动

4、库容曲线进行调洪与用静库容曲线进行调洪所得到的坝前最高洪水位（或最大下泄流量）有何差行调洪所得到的坝前最高洪水位（或最大下泄流量）有何差别。别。考虑动库容的调洪演算考虑动库容的调洪演算6/38基本原理和方法与按静库容考虑的基本原理和方法与按静库容考虑的调洪计算基本相同调洪计算基本相同前者取用静库容曲线，而后者则应前者取用静库容曲线，而后者则应用动库容曲线用动库容曲线7/38若将水库水量平衡方程改写为若将水库水量平衡方程改写为212121122()2()VVqQQqqtt+=+-+考虑动库容曲线，则考虑动库容曲线，则 q=f(V)曲线，应换成曲线，应换成 q=f(V，Q)曲线曲线则则 q=f(V

5、，Q)曲线曲线可写成可写成q=f ，Q212121122()2()VVqQQqqtt+=+-+逐时段联合求解上面两式，可得各时段的下泄流量逐时段联合求解上面两式，可得各时段的下泄流量q，即下泄，即下泄流量过程流量过程qt。8/38212121122()2()VVqQQqqtt+=+-+考虑动库容的水库调洪计算原理：考虑动库容的水库调洪计算原理：q=f ，Q212121122()2()VVqQQqqtt+=+-+9/38q=f ，Q辅助线的计算辅助线的计算212121122()2()VVqQQqqtt+=+-+V=f(Z，Q)查得查得由坝前水位与堰顶高程求得由坝前水位与堰顶高程求得由泄流公式求得

6、由泄流公式求得10/3810 在实际问题中，由于水库地形复杂，入流断面也分布在各干支流上，在实际问题中，由于水库地形复杂，入流断面也分布在各干支流上，因此动库容的变化也将是复杂的，因此动库容的变化也将是复杂的，故必须要有较多的精度较高的资料，故必须要有较多的精度较高的资料，才能使按动库容曲线进行的调洪演算得到正确的结果。才能使按动库容曲线进行的调洪演算得到正确的结果。鉴于动库容对调洪的影响实际上常有存在，在与推求入库设计洪水鉴于动库容对调洪的影响实际上常有存在，在与推求入库设计洪水问题联系在一起后，会使问题复杂化。因此，对重要的水库，尤其是平问题联系在一起后，会使问题复杂化。因此，对重要的水库

7、，尤其是平原和浅丘地区河道入库段很长的水库，应深入分析入库洪水和动库容对原和浅丘地区河道入库段很长的水库，应深入分析入库洪水和动库容对调洪的影响问题，以便调洪的影响问题，以便在采用静库容调洪时，在应用计算成果上留有余在采用静库容调洪时，在应用计算成果上留有余地。地。11/38无闸门控制时水库调洪计算中的几个问题无闸门控制时水库调洪计算中的几个问题小型水库，总库容小型水库，总库容较小较小调节洪水的能力较调节洪水的能力较低低节省投资，管理方节省投资，管理方便便不设闸门，溢洪道的堰顶不设闸门，溢洪道的堰顶与正常蓄水位齐平与正常蓄水位齐平 当库水位超过溢洪道堰顶时，水库就自由泄洪。调洪计算的起调当库水

8、位超过溢洪道堰顶时，水库就自由泄洪。调洪计算的起调水位为正常蓄水位，即防洪限制水位等于正常蓄水位。水位为正常蓄水位，即防洪限制水位等于正常蓄水位。12/381.1.下游无防洪要求溢洪道宽度的选择下游无防洪要求溢洪道宽度的选择拟定方案拟定方案 水库的运用方式、堰顶高程、起调水位一定；假设几种可能水库的运用方式、堰顶高程、起调水位一定；假设几种可能的泄洪建筑物尺寸如溢洪道的宽度的泄洪建筑物尺寸如溢洪道的宽度B B调洪计算调洪计算对每个溢洪道宽度对每个溢洪道宽度B Bi i 的方案，利用库容曲线和泄洪公式，计的方案，利用库容曲线和泄洪公式，计算并绘出以溢洪道宽度算并绘出以溢洪道宽度B Bi i为参数

9、的一组蓄泄曲线为参数的一组蓄泄曲线。根据大坝。根据大坝设计洪水分别对各溢洪道宽度方案进行调洪计算，求出对应设计洪水分别对各溢洪道宽度方案进行调洪计算，求出对应各方案各方案（Bi）所相应的最大下泄流量和调洪库容。所相应的最大下泄流量和调洪库容。选定方案选定方案 溢洪道的最大下泄流量溢洪道的最大下泄流量q qm m随着溢洪道宽度的增加而增大，而随着溢洪道宽度的增加而增大，而设计调洪库容则随着溢洪道宽度的增加在减小。根据费用和设计调洪库容则随着溢洪道宽度的增加在减小。根据费用和设计要求选择方案。设计要求选择方案。下游无防洪要求，意味着下游对水库下泄流量没有明显的限下游无防洪要求，意味着下游对水库下泄

10、流量没有明显的限制，计算步骤大致分为：制，计算步骤大致分为：13/38 图图 溢洪道宽度与库容、泄量关系溢洪道宽度与库容、泄量关系S1-溢洪道、消能设施溢洪道、消能设施造价、下游堤防建设造价、下游堤防建设以及管理维修费用以及管理维修费用S2-大坝造价和淹没损大坝造价和淹没损失以及管理维修费用失以及管理维修费用S-总费用总费用2 21 114/38142 2、下游有防洪要求溢洪道宽度的选择、下游有防洪要求溢洪道宽度的选择下游防护对象下游防护对象的防洪标准的防洪标准P P1 1大坝防洪标准大坝防洪标准P P2 2水库担负水库担负下游防洪下游防洪任务时任务时遇到下游防护对象的防洪标准洪水时，水库所达

11、到的最高水遇到下游防护对象的防洪标准洪水时，水库所达到的最高水位称为防洪高水位，位称为防洪高水位，防洪高水位防洪高水位遇到大坝设计标准洪水时，水库所达到的最高水位称为遇到大坝设计标准洪水时，水库所达到的最高水位称为设计洪水位。设计洪水位。设计洪水位设计洪水位15/38 要考要考虑下游虑下游的限制的限制一要对两要对两种设计种设计标准标准（下游（下游防洪标防洪标准和大准和大坝防洪坝防洪标准）标准）的洪水的洪水分别进分别进行调洪行调洪计算计算二下游有防洪要求与无防洪要求的不同之处主要有两点：下游有防洪要求与无防洪要求的不同之处主要有两点：16/3816 一般情况下承担下游防洪任务的水库总是设闸门控制

12、的。一般情况下承担下游防洪任务的水库总是设闸门控制的。此处所指为中小型水库无条件设闸门的情况。此处所指为中小型水库无条件设闸门的情况。溢洪道宽度选择具体计算步骤：溢洪道宽度选择具体计算步骤：先假定不同的溢洪道宽度先假定不同的溢洪道宽度B B，对下游防洪标准，对下游防洪标准P P1 1的设计洪水进行调的设计洪水进行调洪计算，求出洪计算，求出B B和和q qm m 的关系。的关系。调洪计算结果中，凡是调洪计算结果中，凡是q qm m 大于大于q q安安 的溢洪道宽度方案不予考虑。的溢洪道宽度方案不予考虑。对于满足下游防洪要求的溢洪道宽度对于满足下游防洪要求的溢洪道宽度B B的不同方案的不同方案B

13、B1 1、B B2 2、，在对大坝防洪标准在对大坝防洪标准P P2 2的设计洪水进行调洪计算，求出相应的防洪的设计洪水进行调洪计算，求出相应的防洪库容库容V V1 1、V V2 2、和最大下泄流量和最大下泄流量q qm1m1、q qm2m2，然后根据求出的，然后根据求出的参数进行经济比较。其余计算与无防洪要求的相同。参数进行经济比较。其余计算与无防洪要求的相同。17/38第四节第四节 其他情况下的水库调洪计算其他情况下的水库调洪计算 上节介绍的无闸门控制的调洪计算是上节介绍的无闸门控制的调洪计算是调洪计算中的基本的情况。工程实际中遇调洪计算中的基本的情况。工程实际中遇到的情况常常要复杂的多。综

14、合利用的水到的情况常常要复杂的多。综合利用的水库，溢洪道上一般都设有闸门控制。库，溢洪道上一般都设有闸门控制。18/38设置闸门的作用？设置闸门的作用？（1 1）在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库防洪）在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库防洪与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。防洪角度：防洪角度：对于一定标准的洪水进行调蓄，所需水库库对于一定标准的洪水进行调蓄，所需水库库容是一定的。因防洪限制水位是水库蓄洪水的起调水位，容是一定的。因防洪限制水位是水库蓄洪水的起调水位，故防洪限制水位取得越低，调蓄洪水过程中的最高水位就故防洪限制水位取得越低，调蓄洪水过程中的最

15、高水位就会越低。对应于设计洪水，防洪限制水位降低可使水库设会越低。对应于设计洪水，防洪限制水位降低可使水库设计洪水位、校核洪水位以及相应的水库坝高降低。而坝高计洪水位、校核洪水位以及相应的水库坝高降低。而坝高降低会使整个工程的造价及淹没损失减少，降低会使整个工程的造价及淹没损失减少，故防洪限制水故防洪限制水位应尽可能降低。位应尽可能降低。19/38设置闸门的作用？设置闸门的作用？（1 1）在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库防洪）在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库防洪与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。兴利角度：兴利角度：防洪限制水位的降低受到水库兴利要求的限

16、制防洪限制水位的降低受到水库兴利要求的限制。因汛期结束时水是处在防洪限制水位，如汛期过后，水库因汛期结束时水是处在防洪限制水位，如汛期过后，水库所在的河流有足够的水量，不但能够满足当时用水的要求，所在的河流有足够的水量，不但能够满足当时用水的要求，而且能够保证水库在下一个供水期开始时回蓄到正常蓄水而且能够保证水库在下一个供水期开始时回蓄到正常蓄水位，则可将防洪限制水位定在低于正常蓄水位的位置。若位，则可将防洪限制水位定在低于正常蓄水位的位置。若汛期结束后河流几乎没有多余的水供水库蓄水，则只能把汛期结束后河流几乎没有多余的水供水库蓄水，则只能把水库的正常蓄水位作为防洪限制水位。水库的正常蓄水位作

17、为防洪限制水位。20/3820共用共用库容库容当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪限制水位当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪限制水位到正常蓄水位之间的库容既可用于兴利，又可以用到正常蓄水位之间的库容既可用于兴利，又可以用于防洪，称为共用库容或结合库容。于防洪，称为共用库容或结合库容。汛期要求库水位低一些，汛期要求库水位低一些，以利防洪以利防洪；防洪防洪问题问题 2 2则要求库水位高一些，则要求库水位高一些，以免汛后蓄水不足，影以免汛后蓄水不足，影响到兴利用水响到兴利用水兴利兴利设置设置闸门闸门可在主汛期之外分阶段提高防洪限制水位，拦蓄洪可在主汛期之外分阶段提高防洪限制水位，拦蓄洪水主峰后的部

18、分洪量，使水库既发挥了防洪作用，水主峰后的部分洪量，使水库既发挥了防洪作用，又能争取多蓄水兴利。又能争取多蓄水兴利。21/38 （2 2）在溢洪道上设置闸门，）在溢洪道上设置闸门，对于下游要求水库对于下游要求水库蓄洪蓄洪，与河道区间洪水与河道区间洪水错峰错峰，有预报洪水时提前，有预报洪水时提前预泄预泄腾空库容以腾空库容以减小最大下泄流量或减小最大下泄流量或水库群防洪调度水库群防洪调度等情况是十分必要的。等情况是十分必要的。22/3822图图 有闸与无闸溢洪道调洪效果比较有闸与无闸溢洪道调洪效果比较在同样满足下游河道允许（安全）泄量的情况下，有闸门控制在同样满足下游河道允许（安全）泄量的情况下，

19、有闸门控制泄流比无闸门自由泄流所需的防洪库容小。泄流比无闸门自由泄流所需的防洪库容小。23/38 图图 有闸与无闸溢洪道调洪效果比较有闸与无闸溢洪道调洪效果比较 在相同的防洪库容条件下，有闸门控制泄流可以减在相同的防洪库容条件下，有闸门控制泄流可以减小最大下泄流量小最大下泄流量24/38有闸门控制的优点有闸门控制的优点1可以错开洪峰遭遇，避免造成大洪水危害；可以错开洪峰遭遇，避免造成大洪水危害；2为综合利用水库兴利库容与防洪库容结合使用，为综合利用水库兴利库容与防洪库容结合使用，创造了有利条件创造了有利条件调洪计算的基本原理和方法与不用闸门控调洪计算的基本原理和方法与不用闸门控制时类似制时类似

20、因为水库运行方式有多种多样，要按需要因为水库运行方式有多种多样，要按需要随时调整闸门的开度（包括开启闸孔数目随时调整闸门的开度（包括开启闸孔数目和每个闸孔的开启高度），常用列表试算和每个闸孔的开启高度），常用列表试算法求解法求解 。利用闸门控制利用闸门控制下泄流量下泄流量q时时25/38水库不同运用方式下，利用闸门控制水库不同运用方式下，利用闸门控制q时水库调洪过程：时水库调洪过程：水库下游无防洪任水库下游无防洪任务的调洪计算情况务的调洪计算情况水库下游有防洪任务水库下游有防洪任务时调洪计算情况时调洪计算情况26/3826有闸门控制无防洪要求条件下：有闸门控制无防洪要求条件下：27/3827图

21、图 下游无防洪任务时的调洪示意图下游无防洪任务时的调洪示意图有闸门控制无防洪要求条件下：有闸门控制无防洪要求条件下：q=Q，保持，保持水位不变水位不变闸门开启与闸门开启与防洪限制水防洪限制水位齐平位齐平闸门闸门全开全开泄量最大，泄量最大，库水位最高库水位最高库水位降至库水位降至汛限水位汛限水位实线实线是有闸门控制出流；是有闸门控制出流；虚线虚线是无闸门控制出流是无闸门控制出流28/3828图图 下游无防洪任务时的调洪示意图下游无防洪任务时的调洪示意图有闸门控制无防洪要求条件下：有闸门控制无防洪要求条件下：实线实线是有闸门控制出流；是有闸门控制出流；虚线虚线是无闸门控制出流是无闸门控制出流通过有

22、闸控制出流和无闸控制出流过程的比通过有闸控制出流和无闸控制出流过程的比较可以得出结论：较可以得出结论：在调洪最高水位和最大下泄流量都相同的情在调洪最高水位和最大下泄流量都相同的情况下，有闸门控制情况下可以把起调水位由况下，有闸门控制情况下可以把起调水位由堰顶高程提高到防洪限制水位，减小调洪库堰顶高程提高到防洪限制水位，减小调洪库容增大兴利库容。容增大兴利库容。有闸门和无闸门情况的这种差别，是有闸门和无闸门情况的这种差别，是由于设置闸门后，由于设置闸门后，借助闸门控制，从洪水开借助闸门控制，从洪水开始就得到较高的泄流水头，使洪水初期增大始就得到较高的泄流水头，使洪水初期增大了下泄流量。了下泄流量

23、。有的水库也采用有闸门控制的有的水库也采用有闸门控制的泄流底孔（或隧洞），因其泄流水头大大提泄流底孔（或隧洞），因其泄流水头大大提高，故更能增加洪水初期的下泄流量。高，故更能增加洪水初期的下泄流量。29/38从以上分析看出，有无闸门控制相同与异同点如下从以上分析看出，有无闸门控制相同与异同点如下用闸门控制泄流，在调洪原理上与无闸门控制用闸门控制泄流，在调洪原理上与无闸门控制的情况一样。的情况一样。只是无闸门控制时的泄流方式是自由溢流，而只是无闸门控制时的泄流方式是自由溢流，而有闸门控制时，泄流方式可以人为控制变动。有闸门控制时，泄流方式可以人为控制变动。30/38不同水库运行方式：不同水库运行

24、方式：水库下游无防洪任水库下游无防洪任务的调洪计算情况务的调洪计算情况水库下游有防洪任务水库下游有防洪任务时调洪计算情况时调洪计算情况31/38一般采用不同设计标准洪水的两级（或多级）调洪计算方法。对于某一般采用不同设计标准洪水的两级（或多级）调洪计算方法。对于某一确定的溢洪道宽度一确定的溢洪道宽度B B 而言，步骤如下而言，步骤如下 对下游防洪标准对下游防洪标准P P1 1的设计洪水进行调洪计算的设计洪水进行调洪计算一一 按下游安全泄量按下游安全泄量q q安安要求，计算出满足下游防要求，计算出满足下游防洪要求所需的防洪库容及其相应的防洪高水洪要求所需的防洪库容及其相应的防洪高水位位二二 对大

25、坝设计标准对大坝设计标准P P2 2的设计洪水进行调洪计算的设计洪水进行调洪计算三三有闸门控制有防洪要求条件下：有闸门控制有防洪要求条件下：32/38闸门控制，闸门控制，使使q qQ Q闸门全部闸门全部打开打开q qq q安安Z限限入库洪水过程线入库洪水过程线下泄洪水过程线下泄洪水过程线水库水位过程线水库水位过程线ZQ,q t t1 1 t t2 2 t t3 3 00tt下游有防洪要求的情况：下游有防洪要求的情况：Q=q，水库水，水库水位达到最高位达到最高 t t1 1 t t2 2 t t3 3 33/3833图中，水库防洪调节计算，就是图中，水库防洪调节计算，就是 这里说明一点，当水库至

26、防护区的防洪控制站区间流量较这里说明一点，当水库至防护区的防洪控制站区间流量较大而不能忽略时，水库允许泄放流量大而不能忽略时，水库允许泄放流量q q允允（q q安安KQKQ区区）。式中）。式中K K为加大系数，视各地具体情况定。为加大系数，视各地具体情况定。在满足下游防洪要求在满足下游防洪要求 即即qqqq安安的情况的情况推求水库所需要的库容及相应的库推求水库所需要的库容及相应的库水位（即防洪高水位）水位（即防洪高水位）34/38水工建筑物设计标准大于下游防洪标准情况：水工建筑物设计标准大于下游防洪标准情况：Z限限ZOtOtt1 t2 t3 t4二级调洪计算：二级调洪计算：一级调洪计算：一级调

27、洪计算：以相应于以相应于下游防洪标准的设计洪水，下游防洪标准的设计洪水，作为入库洪水，控制泄流作为入库洪水，控制泄流量小于下游安全泄量，进量小于下游安全泄量，进行调洪计算，求防洪库容行调洪计算，求防洪库容和防洪高水位。和防洪高水位。二级调洪计算：二级调洪计算：用大坝的用大坝的设计标准洪水作为入库洪设计标准洪水作为入库洪水，进行调洪计算。水，进行调洪计算。入库洪水过程入库洪水过程出库洪水过程出库洪水过程35/38下游错峰要求下游错峰要求 目的以免水库下游下泄洪水与下游的区间洪水遭遇，危及以免水库下游下泄洪水与下游的区间洪水遭遇，危及下游安全。下游安全。在在t t2 2t t3 3时刻之间用闸门控

28、制时刻之间用闸门控制下泄流量下泄流量q q，使它与下游区间，使它与下游区间洪水叠加后仍不大于下游允洪水叠加后仍不大于下游允许的许的q q安安值。值。入库洪水过程线入库洪水过程线下泄洪水过程线下泄洪水过程线水库水位过程线水库水位过程线 t t1 1 t t2 2 t t3 3 Q,qZZ限限tt0036/38入库洪水过程线入库洪水过程线下泄洪水过程线下泄洪水过程线水库水位过程线水库水位过程线 t t1 1 t t2 2 t t3 3 Q,qZZ限限t00根据预报信息预根据预报信息预泄洪水，随着泄洪水，随着库水位下降而库水位下降而逐渐开大闸门。逐渐开大闸门。适当关小闸适当关小闸门，以控制门，以控制

29、qqqq安安，水库仅将预水库仅将预泄的库容回泄的库容回蓄满蓄满短期洪水预报的情况短期洪水预报的情况 洪水预报对于水库的防洪调度，甚至减少专洪水预报对于水库的防洪调度，甚至减少专门的防洪库容，都是有益的。门的防洪库容，都是有益的。37/38 总之，针对不同的闸门启闭过程，调洪计总之，针对不同的闸门启闭过程，调洪计算的具体手续会有所不同，要根据具体情况灵算的具体手续会有所不同，要根据具体情况灵活运用前述的计算方法。活运用前述的计算方法。38/38思考题：思考题：调洪计算的试算法，半图解法，简化三角形法计算步骤调洪计算的试算法，半图解法，简化三角形法计算步骤下游有无防洪任务对于有闸门控制的水库调洪计算方法有何不下游有无防洪任务对于有闸门控制的水库调洪计算方法有何不同？同？对于两级调洪计算，如何推求防洪高水位和设计洪水位？对于两级调洪计算，如何推求防洪高水位和设计洪水位？