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1、第四章 水库洪水调节计算,第一节 水库调洪的任务和防洪标准第二节 水库调洪计算原理第三节 水库防洪列表计算第四节 水库防洪半图解法第五节 无闸门情况下的水库调洪第六节有闸门情况下的水库调洪,第一节 水库调洪的任务和防洪标准,一.我国基本情况及治理二.水库的调洪计算任务三.防洪标准,一.我国基本情况及治理,1.基本情况：我国是一个洪涝灾害频繁的国家 据历史记载，自公元前2278年至1946年间，黄河改道26次，决口1593次；自公元前185年至1949年间，长江发生水灾220次；新中国成立后，还是有比较广泛的地区，对于较大洪水，尤其是特大洪水目前还不能抵御，几乎每年都有不少地区遭受洪涝灾害。就最
2、近10年来说，1981年四川发生特大洪水，1991年安徽、江苏等省发生特大洪水。尤其是1998年的特大洪水。（数据）,1981-四川,1991,1998,2010,2.治理措施：（1）对于自然因素，须通过各种工程措施进行抵御。如兴修堤防、整治河道、兴建水库及分洪滞洪工程、开挖新河和水土保持等。（2）对于人为因素，需要在防洪的指导思想上来个转变和发展。国内外已先后逐渐采取的工程措施和非工程措施想结合抗御洪水的办法即是此防洪思想和策略的发展，比较有效,疏浚河道,兴修堤防,修建水库,分洪区分洪,水土保持工程,3.水库的调洪作用，在于对入库洪水的滞蓄。使出库洪水过程变平缓，洪水历时延长，洪峰流量减小。
3、而影响水库洪水调节的因素主要是入库洪水、泄流建筑物型式与尺寸、以及汛期水库的控制运用方式和下游的防洪要求。若泄流建筑物尺寸减小，同一库水位的下泄量也将减小，所需调洪库容则将加大。反之，则正好相反。因此，入库洪水、泄流建筑物类型与尺寸、调洪方式和调洪库容之间是相互关联、相互影响的。水库防洪调节计算，就是要定量地分析计算它们之间的关系。,二.水库的调洪计算任务,无闸门表面泄洪道泄流的两种情况：（1）如图a所示，洪水开始进入水库时，水库水位（起调水位Z01）处于堰顶高程。（2）如图b所示，洪水开始进入水库时，水库水位（起调水位Z02）处于堰顶高程以下。,在规划设计阶段，调洪计算的任务是根据水文分析计
4、算提供的各种标准的设计洪水，对已经拟定的泄流建筑物型式与尺寸方案，遵循水库汛期控制运用规则，进行水库的蓄泄调节计算，推求泄流过程和最大下泄流量，并确定有关防洪的特征水位与特征库容。在水库的管理运用阶段，调洪计算的任务：是根据入库的洪水，在泄流建筑物类型尺寸已定的情况下，通过蓄泄调节计算，来预报水库达到的最高库水位和最大下泄流量。,三.防洪标准,防护对象的防洪标准，应根据防护对象的重要性、历次洪灾情况、社会经济影响和防洪工程的具体条件和实际能力分析选择。根据水利电力部颁发的SDJ11-77规范规定，防护对象的防洪标准可参考下表：,根据水利电力部颁发的SDJ12-78规范规定，水利水电枢纽工程本身
5、的防洪要求，按其工程规模、效益和在国民经济中的重要性划分为五等，等别按下表规定确定,水利水电枢纽工程的枢纽建筑物的级别由其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五等，按下表规定确定,设计永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为正常运用（设计）和非常运用（校核）两种情况，根据建筑物级别按表4，表5，表6选定。表4 永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水标准,表5 水电站厂房正常运用洪水标准和非常运用洪水标准,表6 永久性挡水和泄水建筑物非常运用洪水标准,对于非溢流坝的坝顶高程，为了保证不溢过或溅过坝顶，除规定应不低于水库正常运用和非常运用的静水位加波浪的计算高度外，还须考虑安全超高。其数值按表4
6、-7选定。,第二节 水库调洪演算方法,一.洪水调节计算原理1.水库调洪计算的直接目的，在于求出水库逐时段的蓄水、泄水变化过程，从而获得调节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄流量，一供进一步防洪计算分析之用。2.水库调洪演算要遇到两种情况：一种为下泄流量受到控制的调洪演算，其控制调节方式由水库防洪运行规则决定。这只有在有闸门控制的泄洪设备条件下才存在。另一种情况为自由泄洪条件下的调洪演算，无闸门溢洪道泄流、或设闸门开启程度一定的条件下泄流属此种情况。须联解水库水量平衡方程和相应水库蓄洪方程才能实现逐时段的调洪演算。对调洪过程中任一t（t=t2-t1）时段，计算式可表示如下（3-1）（3-2）式
7、中,蓄洪方程q=f(V)表示闸门开度不变条件下水库蓄水量与泄洪量间关系；当属无闸门自由溢洪道时为水库泄洪能力曲线。q=f(V)方程或曲线，可按泄洪设备类型尺寸（或闸门开度）的水力特性换算制作。若为无闸门表面泄洪道，其泄洪公式为（3-3）式中若底孔泄流，则泄流公式为（3-4）,根据式（3-3）、（3-4）可换算求得水库水位Z与泄流量q的关系q=f1(Z)，如下图中的Zq曲线。进而由库容曲线换算求得水库蓄水量V与q的关系q=f(V)。于是，在t 时段的调洪演算中，可由已知的t，联解式（3-1）、式（3-2）求得。依时序逐段递推计算，可求得该次洪水的水库蓄水和泄水的全过程。目前常用的调洪计算方法主要
8、有列表式算法和半图解法。,第三节 水库调洪计算列表试算法,水利规划中，常需要根据水工建筑物的设计标准或下游的防洪标准，按水文学中介绍的方法去推求设计洪水流量过程线。对于调洪计算来说，入库洪水流量过程线及下游所允许的水库最大泄流量都是已知的。并且对于初步拟定的方案，汛限水位及泄洪建筑物的样式尺寸也是确定的。调洪计算就是在这些已知条件下，推求泄洪的过程线、拦蓄洪水库容和水库水位变化过程线。,二.列表试算调洪演算的原理对于控制泄流情况，采用列表法十分方便，具体计算与第二章所述相同。对于自由泄流情况，则须联解式（3-1）和式（3-2）。然解析求解不可能，须通过试算求解。对于任意的t 时段，其已知，欲求
9、，其步骤是，假定V2（或q2）后，代入式（3-2）可求得q2（或V2），再以此q2（或V2）代入式（3-1）算得V2（或q2），若计算的与假定的一致，则试算完成，否则重新假定V2（或q2），直到满足为止。现用例子说明，具体步骤可参看书本P72。,算列1（p73),某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已经确定，设有闸门。水库运用方式为：在洪水来临时，先用闸门控制使得入库流量和出库流量相等，水库保持汛限水位不变（38.0米）；当入库流量继续加大，使闸门全开，以后就不用闸门控制，出库流量随入库流量的加大而加大，最大下泄流量不受限制，情况和无闸门一样，求水库调洪过程。（要补充的资料主要包括那些？）,第四节 水
10、库调洪半图解法,单辅助线法双辅助线法（参看课本p75),水库调洪演算单辅助曲线计算表,（一）调洪演算单辅助线法单辅助线法：先将式（3-1）改写成（3-5）式中式中左端各项为已知值，可制作关系曲线（见下图），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算中的试算，而可按下图箭头所示方法进行演算,图3-4 调洪演算单辅助线法,水库调洪演算双辅助曲线计算表仅需对下表做何改变既可求得？,（二）调洪演算双辅助线法双辅助线法：先将式（3-1）改写成（3-6）式中式中左端各项为已知值，可制作关系曲线（见下图），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算中的试算，而可按下图箭头所示方法进行演算,（三）.简化计算法 在小流域、小型
11、水库缺乏资料且水库只有无闸门泄洪道的情况下，设想将入库与出库流量过程都简化为三角形（见下图）时，则入库洪水总量为对于图a情况，水库起调水位在堰顶高程时水库最大下泄流量为 式中（3-7）对于图b情况，水库起调水位在堰顶高程以下，但充蓄到堰顶高程的时间小于涨洪历时T1，水库的最大下泄流量为式中 Vs蓄洪库容，其他符号同前。（3-8）式（3-7）、式（3-8）都是从水量平衡角度建立起qm与Vm的关系式的，还必须与泄流能力q=f(V)联解，才能求得qm与Vm,第五节 无闸门控制的水库防洪水利计算,水库防洪水利计算，即前面所谈到的防洪计算，其任务主要是确定泄洪建筑物型式、尺寸及高程等防洪参数和水库防洪运
12、行方式。1.水库泄洪建筑物型式组要有：底孔（包括中孔）表面溢洪道 泄洪隧道 2.水库上游无回水淹没限制情况 山区、丘陵区为各种兴利（如灌溉、发电）任务修建的中、小型水库常属于此种情况，水库的防洪设计主要按水库大坝安全要求的设计洪水和校核洪水进行。在水库正常蓄水位即溢洪道堰顶高程一定的条件下，溢洪道宽度的选择主要取决于坝址地形、枢纽整体布置及下游地质条件所允许的最大单宽流量等因素，应通过技术经济分析比较确定。,总费用Si=Szi+Sqi与Bi的关系如图所示。由总费用最小Smin可选出最经济的溢洪道宽度。3.水库上游有回水淹没限制情况这种情况的水库防洪问题，在很大程度上限制了水库正常蓄水位的选择,
