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1、水资源规划及利用,沈阳农业大学水资源规划及利用课程组,Integrated water resources planning,第九讲,本讲主要内容：,第三章,一、列表试算法二、半图解法三、简化三角形法四、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,水库洪水调节及计算,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，大多没有考虑动库容的影响，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
2、水库的动库容问题是非常必要的。,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。,从实际的防洪设计需要出发，动库容在一次洪水中所起的作用，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。,考虑动库容的调洪演算,基本原理和方法与按静库容考虑的调洪计算基本相同,前者取用静库容曲线，而后者则应用动库容曲线,是否考虑动库容的调洪计算有何区别？,若将水库水量平衡方程改写为,考虑动库容曲线，则 q=f(V)曲线，应换成 q=f
3、(V，Q)曲线,则 q=f(V，Q)曲线可写成,q=f，Q,逐时段联合求解上面两式，可得各时段的下泄流量q，即下泄流量过程qt。,考虑动库容的水库调洪计算原理：,q=f，Q,q=f，Q辅助线的计算,V=f(Z，Q)查得,由坝前水位与堰顶高程求得,由泄流公式求得,10,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，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。,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，尤其是平原和浅丘地区河道入库段很长的水库，应深入
4、分析入库洪水和动库容对调洪的影响问题，以便在采用静库容调洪时，在应用计算成果上留有余地。,无闸门控制时水库调洪计算中的几个问题,不设闸门，溢洪道的堰顶与正常蓄水位齐平,1.下游无防洪要求溢洪道宽度的选择,调洪计算,对每个溢洪道宽度Bi 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Bi为参数的一组蓄泄曲线。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，求出对应各方案（Bi）所相应的最大下泄流量和调洪库容。,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制，计算步骤大致分为：,图 溢洪道宽度与库容、泄量关系,S1-溢洪道、消能设施造价、下游堤防建设以及管理维修费用,S2-大坝
5、造价和淹没损失以及管理维修费用,S-总费用,2,1,14,2、下游有防洪要求溢洪道宽度的选择,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，,防洪高水位,下游有防洪要求与无防洪要求的不同之处主要有两点：,16,一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。,溢洪道宽度选择具体计算步骤：,一,二,三,第四节 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。综合利用的水库，溢洪道上一般都设有闸门控制。,设置闸门的作用？,（1）在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库
6、防洪与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。防洪角度：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，故防洪限制水位取得越低，调蓄洪水过程中的最高水位就会越低。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，故防洪限制水位应尽可能降低。,设置闸门的作用？,（1）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。兴利角度：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，水库所在的河流有足够的水量，不但能够满足当时用水的
7、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，则只能把水库的正常蓄水位作为防洪限制水位。,20,设置闸门,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分洪量，使水库既发挥了防洪作用，又能争取多蓄水兴利。,（2）在溢洪道上设置闸门，对于下游要求水库蓄洪，与河道区间洪水错峰，有预报洪水时提前预泄腾空库容以减小最大下泄流量或水库群防洪调度等情况是十分必要的。,22,图 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，有闸门控制泄流比无闸门自由泄流所需的防洪库容小
8、。,图 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小最大下泄流量,调洪计算的基本原理和方法与不用闸门控制时类似,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（包括开启闸孔数目和每个闸孔的开启高度），常用列表试算法求解。,水库不同运用方式下，利用闸门控制q时水库调洪过程：,26,有闸门控制无防洪要求条件下：,27,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：,q=Q，保持水位不变,闸门开启与防洪限制水位齐平,闸门全开,泄量最大，库水位最高,库水位降至汛限水位,实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流,28,图 下游无防洪任务时的调洪示
9、意图,有闸门控制无防洪要求条件下：,实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流,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：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。,有闸门和无闸门情况的这种差别，是由于设置闸门后，借助闸门控制，从洪水开始就得到较高的泄流水头，使洪水初期增大了下泄流量。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高，故更能增加洪水初期的下泄流量。,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的情况一样。,只是无闸门控制
10、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。,例,不同水库运行方式：,对下游防洪标准P1的设计洪水进行调洪计算,一,按下游安全泄量q安要求，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位,二,对大坝设计标准P2的设计洪水进行调洪计算,三,有闸门控制有防洪要求条件下：,闸门控制，使qQ,闸门全部打开,q q安,Z限,入库洪水过程线,下泄洪水过程线,水库水位过程线,Z,Q,q,t1 t2 t3,0,0,t,t,下游有防洪要求的情况：,Q=q，水库水位达到最高,t1 t2 t3,33,图中，水库防洪调节计算，就是 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
11、不能忽略时，水库允许泄放流量q允（q安KQ区）。式中K为加大系数，视各地具体情况定。,在满足下游防洪要求 即qq安的情况,推求水库所需要的库容及相应的库水位（即防洪高水位）,水工建筑物设计标准大于下游防洪标准情况：,二级调洪计算：一级调洪计算：以相应于下游防洪标准的设计洪水，作为入库洪水，控制泄流量小于下游安全泄量，进行调洪计算，求防洪库容和防洪高水位。二级调洪计算：用大坝的设计标准洪水作为入库洪水，进行调洪计算。,入库洪水过程,出库洪水过程,在t2t3时刻之间用闸门控制下泄流量q，使它与下游区间洪水叠加后仍不大于下游允许的q安值。,入库洪水过程线,下泄洪水过程线,水库水位过程线,t1 t2 t3,Q,q,Z,Z限,t,t,0,0,根据预报信息预泄洪水，随着库水位下降而逐渐开大闸门。,适当关小闸门，以控制qq安，,水库仅将预泄的库容回蓄满,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。,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，要根据具体情况灵活运用前述的计算方法。,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？对于两级调洪计算，如何推求防洪高水位和设计洪水位？,
