工程水文及水利计算-第24讲

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1、工程水文及水利计算门宝辉可再生能源学院第十二章 水库防洪计算12-1 概述 12-2 水库调洪计算的原理和方法 12-3 水库防洪计算 12-1 概述 1、防洪设计标准 在河流上修建水库，通过其对洪水的拦洪削峰，可防 止或减轻甚至消除水库下游地区的洪水灾害。 若遇特大洪水或调度运用不当，大坝失事也会形成远 远超过天然洪水的溃坝洪水。因此，防洪设计中除考虑下游防护对象的防洪要求外 ，更应确保大坝安全。下游防洪要求和大坝等水工建 筑物本身防洪安全要求，一般通过防洪设计标准（常 用洪水发生频率或重现期表示）来体现。 板桥水库1975年8月入库洪峰13100m3s，溃坝流量 竟达79000m3s，造成

2、了下游极大的损失。水库自身安全标准是指设计水工建筑物所采用的洪水 标准。12-1 概述 1、防洪设计标准 水工建筑物的洪水标准分正常运用和非常运用两种情况。与前者相应的洪水称为设计洪水；与后者相应的洪水称为校核洪水。 对于水库安全标准一般应采用入库洪水，如因资料等 方面的原因而改用坝址洪水时，应估计二者的差异对 水库调洪计算结果的影响。 12-1 概述 1、防洪设计标准 防护对象防洪标准应采用防洪保护区相应河段控制断面的设计洪水，该设计洪水由水库坝址以上流域及坝址至控制断面之间的区间两部分洪水组成，应考虑二者的不同组合类型及其对水库调洪计算结果的影响。防洪是一项长期艰巨的工作。目前解决洪水问题

3、，一 般都趋向于采取综合治理的方针，合理安排蓄、泄、 滞、分等措施。 防洪措施是指防止或减轻洪水灾害损失的各种手段和对策，它包括防洪工程措施和防洪非工程措施。 12-1 概述 2、防洪措施 防洪工程措施指为控制和抗御洪水以减免洪水灾害损 失而修建的各种工程措施，主要包括堤防与防洪墙、 分蓄洪工程、河道整治工程、水库以及水土保持等。 堤防是古今中外最广泛采用的一种防洪工程措施，这 一措施对防御常遇洪水较为经济，容易实行。 防洪工程措施（1）修筑堤防 主要作用：提高河道渲泄洪水的能力。 负面影响：可能增加河道泥沙淤积，抬高河床，恶化防洪 情势 。12-1 概述 2、防洪措施 河道整治是流域综合开发

4、中的一项综合性工程措施。 可根据防洪、航运、供水等方面的要求及天然河道的 演变规律，合理进行河道的局部整治。 防洪工程措施（2）河道整治 在适当地点开辟分洪道行洪，可将超出河道安全泄量 的峰部流量绕过重点保护河段后回归原河流或分流入 其他河流。分洪道的作用是提高其临近的下游重点保 护河段的防洪标准。 （3）开辟分洪道和分蓄洪工程 12-1 概述 2、防洪措施 防洪工程措施分蓄洪工程则是利用天然洼地、湖泊或沿河地势平缓的洪泛区，加修周边围堤、进洪口门和排洪设施等工程措施而形成分蓄洪区。其防洪功能是分洪削峰，并利用分蓄洪区的容积对所 分流的洪量起蓄、滞作用。 （3）开辟分洪道和分蓄洪工程 12-1

5、 概述 2、防洪措施 防洪工程措施水土保持也可归类于防洪工程措施，它有一定的蓄水 、拦沙、减轻洪患的作用。其方法除包括一般的植树 、种草等水土保持措施外，还包括在小河上修筑挡沙 坝、梯级坝等。 （5）水土保持 防洪工程措施通过对洪水的蓄、泄、滞、分，起到防 洪减灾的效果。这种减灾效果包括两方面：其一是提 高了江河抗御洪水的能力，减少了洪灾的出现频率； 其二是出现超防洪标准的大洪水时，虽不能避免产生 洪水灾害，但可在一定程度上减轻洪灾损失。 12-1 概述 2、防洪措施 防洪非工程措施防洪非工程措施是指为了减少洪泛区洪水灾害损失，采取颁布和实施法令、政策及防洪工程以外的技术手段等方面的措施。如洪

6、泛区管理、避洪安全设施、洪水预报与警报、安全撤离计划、洪水保险等均属于防洪非工程措施。 12-1 概述 2、防洪措施洪泛区管理是减轻洪灾损失的一项重要的措施。根据我国的国情，这里所指的洪泛区主要是分蓄洪区（包括滞洪区及为特大洪水防洪预案安排出路涉及的行洪范围），而不是泛指江河的洪泛平原。必须通过政府颁布法令及政策加强对洪泛区的管理，以实现对洪泛 区进行有计划的、合理的，而不是盲目的开发利用。 （1）洪泛区管理 防洪非工程措施12-1 概述 2、防洪措施建立洪水预报和洪水警报系统是防洪减灾的有效技术手段。利用水情自动测报系统自动采集和传输雨情、水情信息，及时作出洪水预报；利用洪水预报的预见期，配

7、合洪水调度及洪水演算，预见将出现的分洪、行洪灾情，在洪水来临之前，及时发出洪水警报，以 便分洪区居民安全转移。 （2）建立洪水预报和洪水警报系统 防洪非工程措施12-1 概述 2、防洪措施 洪水保险作为一项防洪非工程措施主要是由于它有助 于洪泛区的管理，对防洪减灾在一定程度上起有利的 作用。 （3）洪水保险 实行洪水保险是指洪泛区内的单位和居民必须为洪灾 投保，每年支付一定的年保险费，若发生洪灾，可用 积累的保险费赔偿投保者的洪灾损失。 防洪非工程措施12-1 概述 2、防洪设施及其调洪作用 3、水库防洪设施及其调洪作用 设计水库时，为使水工建筑物和下游防护地区能抵御规定的洪水，要求水库有防洪

8、设施，即设置一定的防洪库容和泄洪建筑物，使洪水经过调节后，安全通过大坝，还要求下泄流量不超过防护河段的允许泄量， 以保证下游防护对象的安全。 河道的允许泄量是指防护河段允许通过而不发生泛滥 的最大流量。 12-1 概述 泄洪建筑物的类型有表面式溢洪道和深水式泄水洞。表面式溢洪道又分为无闸溢洪道和有闸溢洪道。 无闸溢洪道常称作开敞式 溢洪道，当库水位超过溢 洪道的堰顶高程时，即自 行泄流。 无闸溢洪道调洪作用3、水库防洪设施及其调洪作用 12-1 概述 设有闸门溢洪 道的闸门顶高 程一般和正常 蓄水位齐平， 而溢洪道的堰 顶高程低于汛 前水位。 有闸溢洪道调洪作用3、水库防洪设施及其调洪作用 1

9、2-1 概述 深水式泄洪洞设于一定水深处，其水流状态属于有压出流。 有闸溢洪道调洪作用3、水库防洪设施及其调洪作用 12-1 概述 12-2 水库调洪计算的原理和方法 水库是控制洪水的有效工程措施，其调节洪水的作用 在于拦蓄洪水，削减洪峰，延长泄洪时间，使下泄流 量能安全通过下游河道。 调洪计算的任务是在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下，根据已知的设计入库洪水过程线、水库地形特性资料、拟定的泄洪建筑物型式和尺寸、调洪方式，通过调洪计算，推求出水库出流过程、最大下泄流量、防洪库容和水库相应的最高洪水位。 q=f（H） q=f（V） 1、水库调洪计算的基本方程 水库水量平衡方程 水库

10、蓄泄方程 12-2 水库调洪计算的原理和方法 按静库容曲线进行调洪计算时，系假设水库水面为水 平，采用下泄流量与蓄水量的关系q=f（V）求解。常用的方法有列表试算法和图解分析法。 列表试算法 计算步骤：1）绘制水库水位容积关系曲线ZV，由相应的水力学出流计算公式求得qV曲线。 2、考虑静库容的调洪计算方法 12-2 水库调洪计算的原理和方法 列表试算法 计算步骤：2）从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查ZV及qV关系曲线得到水量平衡方程中的V1和q1：由入库洪水过程线Q（t）查得Q1、Q2；然后假设一个q2值，根据水量平衡方程算得相应的V2值，由V2在qV上查得q2，若二者相等，q2

11、即为所求。否则，应重设q2，重复上述计算过程，直到二者相等为止。 2、考虑静库容的调洪计算方法 12-2 水库调洪计算的原理和方法 3）将上时段末的q2、V2值作为下一时段的起始条件 ，重复上述试算过程，最后即可得出水库下世流量过 程线q（t）。 4）将入库洪水Q（t）和计算的q（t）两条曲线点绘 在一张图上，若计算的最大下泄流量qm正好是二线的 交点，说明计算的qm是正确的。否则，计算的qm有误 差，应改变时段t重新进行试算，直至计算的qm正 好是二线的交点为止。 列表试算法 计算步骤：2、考虑静库容的调洪计算方法 12-2 水库调洪计算的原理和方法 5）由qm查qV曲线，得最高洪水位时的总

12、库容Vm，从中减去堰顶以下的库容，得到防洪库容V防。由Vm查ZV曲线，得最高洪水位Z防。显然，当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的qm，V防、Z防即为设计标准的最大泄流量qm，设、设计防洪库容V设和设计洪水位Z设。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的V防、Z防即为qm，校、V校和Z校。 列表试算法 计算步骤：2、考虑静库容的调洪计算方法 12-2 水库调洪计算的原理和方法 【例题121】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=l0m3/s引水发电。水库库容曲线 和设计

13、洪水过程线数值分别列于表124和表125中 。求水库下泄流量过程线q（t）。12-2 水库调洪计算的原理和方法 解：1）绘制ZV曲线 2）列表计算qV曲线 q溢=m1BH3/2=1.645H3/2=72H3/2 12-2 水库调洪计算的原理和方法 3）绘制qV曲线12-2 水库调洪计算的原理和方法 4）推求下泄流量过程线q（t） 按起始条件V1247106m3、q110m3/s和已知值 Q1=10m3/s、Q2=140m3/s求V2、q2。假设q2=30m3/s， 得 12-2 水库调洪计算的原理和方法 4）推求下泄流量过程线q（t） 查qV曲线，得q2=20 m3/s，与原假设不符，故需重设

14、q2进行计算。再假设q2=20 m3/s，得 再查qV曲线，得q2=20 m3/s与假设相符，故q2=20 m3/s和V2=249.59106m3即为所求。 12-2 水库调洪计算的原理和方法 4）推求下泄流量过程线q（t） 12-2 水库调洪计算的原理和方法 5）计算最大下泄流量qm 取表的t、Q、q值，绘出Q（t）和q（t）（退水段为虚线）过程线。 以t12小时逐时段试算求得的qm=240 m3/s 不是正好 落在Q（t）线上，而是偏在它的下方，正确的qm值应比 240 m3/s大一些，出现时间稍晚一些，为此，设 qm=q2=250 m3/s，在图上查得t =2小时，该时段初的 V1=27

15、9.18106m3，q1=240m3/s，Q1=279m3/s，代入得 12-2 水库调洪计算的原理和方法 5）计算最大下泄流量qm 依此在图中qV线上查得 q2=250 m3/s，与假设的q2（ 即qm）相符。故qm=250 m3/s 即为所求，其出现时间在第 38小时。 12-2 水库调洪计算的原理和方法 6）推求设计防供库容V设和设计洪水位Z设 按qm=250 m3/s从qV线上查得相应的总库容 Vm=279.32106m3，减去堰顶高程以下的库容 247106m3，即得V设=32.32106m3；由Vm值从ZV线上查得Z设=118.21m。 12-2 水库调洪计算的原理和方法 12-3

16、 水库防洪计算 1、概述 第二节水库调洪计算的原理和方法讲述了在既定的泄洪建筑物型式和尺寸的情况下，如何利用水量平衡方程和动力方程，由水库入流过程，通过调节作用算出水库下泄流量过程及防洪库容。 本节介绍的水库防洪计算（又称水库防洪水利计算）则是叙述如何选择泄洪建筑物型式和尺寸，确定与防洪有关的水库参数（汛前水位、防洪高水位、设计洪 水位和校核洪水位）、总库容及坝高。 2、无闸溢洪道水库的防洪计算无闸门控制的泄洪建筑物，其溢洪道堰顶高程一般与 正常蓄水位重合。水库汛前水位，一般年份可能低于 正常蓄水位，但考虑到汛期洪水有连续出现的可能， 即后期大洪水来临之前，可能已出现过洪水，并已使 水库水位蓄至正常蓄水位。 已知水库下游没有防洪要求，泄流方式、堰顶高程和 汛前水位都已确定，根据水库、坝址附近地形、地质 条件和洪水情况，拟定几种可能的溢洪道宽度B，用 库容曲线及