水库调洪演算的原理和方法
调洪演算
1.5 调洪演算调洪演算的基本原理是水量平衡，其方程为121221--22Q Q q qt t V V ++∆∆= 式中： Q 1、Q 2分别为计算时段Δt 始、末入库流量； q 1、q 2分别为计算时段Δt 始、末出库流量； V 1、V 2分别为计算时段Δt 始、末水库库容； Δt 为计算时段。
采用列表试算法，计算工作量较大，这里采用半图解法（单辅助线法）。
将水量平衡方程变形得：2212111222V q Q Q V q q t t +⎛⎫+=-++ ⎪∆∆⎝⎭式中右边为已知项，左边为未知项。
我们可以先确定q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭之间的关系，绘制2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭～的辅助曲线。
方法为由已知的q 查上游水位与泄流量关系曲线得上游水位H 上，在查水位库容关系曲线得相应的库容，Δt 为计算时段，在这里为24h ，进而求得对应的2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭。
从第一时段开始，由入库洪水过程和起始条件就可以知道Q 1、Q 2、q 1、V 1，由上式求得222V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭，然后由2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭～的辅助曲线查的对应的q 值即为q 2，然后按此方法依次计算q 。
计算过程如下，先确定q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭之间的关系。
表1.19A q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭关系表绘制2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭～的辅助曲线:图1.7A 2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭～的辅助曲线然后进行调洪演算，过程如下：表1.20A 调洪演算过程表图1.8A 调洪演算过程曲线调洪演算后的最大泄流量为两线的交点，表中计算的q max=4819m3/s，对应的Q=4800 m3/s，不相等，但很接近，则q max比4819m3/s稍微大些，参照图得q max=4825m3/s。
调洪演算报告
调洪演算报告一、引言调洪演算是指利用数学模型和计算机技术对洪水进行模拟和预测的过程。
它是现代水利工程中非常重要的一项技术，能够帮助水利部门预测洪水的发生及其对河流、湖泊等水域的影响，为防洪工作提供科学依据。
本报告将介绍调洪演算的基本原理、方法和应用，并对其在实际工程中的应用进行案例分析。
二、调洪演算的原理和方法1. 数学模型调洪演算主要依靠数学模型来描述洪水的传播过程。
常用的数学模型有水动力模型、水质模型和沉积模型等。
水动力模型用于模拟洪水的传播过程，水质模型用于模拟洪水对水质的影响，沉积模型用于模拟洪水沿河道的泥沙运动过程。
这些数学模型基于流体力学原理和质量守恒原理，通过求解偏微分方程组得到洪水的水位、流速和泥沙浓度等参数。
2. 数据采集和处理调洪演算需要大量的实测数据来进行模拟和预测。
这些数据包括雨量、水位、流量、泥沙浓度等。
数据采集可以通过自动气象站、水文站和水质监测站等设备来实现。
采集到的数据需要经过处理和校正，以保证数据的准确性和可靠性。
3. 模型参数的确定数学模型中有许多参数需要通过实测或估计来确定。
这些参数包括水动力模型中的水力半径、河床粗糙度系数等，水质模型中的污染物扩散系数、沉积模型中的沉积速率等。
确定这些参数的方法有试验室实测、现场观测、文献资料归纳等。
4. 模拟和预测在确定了数学模型和模型参数后，可以利用计算机进行模拟和预测。
模拟过程是根据已有的数据和模型参数，对洪水的传播过程进行数值计算，得到洪水的水位、流速和泥沙浓度等参数。
预测过程是在模拟的基础上，预测未来一段时间内的洪水情况，以便采取相应的防洪措施。
三、调洪演算的应用案例1. 洪水预警调洪演算可以提供洪水的预测结果，帮助水利部门及时发布洪水预警信息，提醒周边居民采取防洪措施，减少人员和财产损失。
2. 洪水调度调洪演算可以模拟不同调度方案对洪水传播的影响，帮助水利部门制定合理的调度方案，最大限度地减少洪水对下游地区的影响。
水库调洪计算的原理与方法
水库调洪计算的原理与方法水库调洪是一种技术，主要是指调整水库的洪水量，以满足作业要求，消除洪水灾害，保护人民生产生活及水库安全。
水库调洪分为调整水库水位、调节出口流量和水库池底淤积等，主要包括：水库蓄水量的调整、水库运行模式的选择、水库溢洪道的应用、调节建筑物的安排及水库排洪效果评价等。
1、水库调洪原理水库调洪的原理是将水位在一定条件下，得以调节水库调节范围内的洪水，从而满足调度要求。
也就是说，水库洪水量的变化可以通过调整水位来实现。
因此，水位是水库调度的主要操作变量，也是水库调度及调洪的重要依据。
2、水库调洪计算水库调洪计算是根据调度要求确定的调节范围，运用水位曲线的求和及其他理论计算，求得水位、储量和流量三者间的最佳分配，以满足调度要求的洪水量调节原理及方法，以确定具体的调洪计算方法。
调洪计算的常用方法有基于水位-洪水量曲线求和的调节法、基于储量曲线求和的调节法、组合求和法等多种。
（1）水位-洪水量曲线求和调节法水位-洪水量曲线求和调节法是指，根据水库水位-洪水量关系曲线，确定调节范围内的水位，以调节水库洪水量。
这种方法基本上是从水位起调洪，特别适用于急洪库。
(2)储量曲线求和调节法储量曲线求和调节法是指，根据水库的储量曲线，确定调节范围内的储量，以调节水库洪水量。
这种方法主要从水库储量起调洪，特别适用于慢洪库。
(3)组合求和调节法组合求和调节法是指，将储量曲线求和调节法和水位-洪水量曲线求和调节法的方法。
组合求和调节法将水位及储量作为两个独立的变量，分别求极值，实现最佳调节效果。
3、水库调洪的优缺点水库调洪的优点在于：（1）大大降低水库的洪水灾害，大大减少人民的损失；（2）水位得到有效的控制，以满足人民的要求；（3）水库洪水量可以通过调整水位来实现。
同样，水库调洪也有一定的缺点，例如：（1）很难预测水库洪水量变化；（2）调洪后的水位会有一定的波动；（3）若水位变化幅度过大，会影响鱼类的繁殖；（4）若水位变化幅度过大，会导致水质变差等。
水库调洪演算的原理和方法
V t
q 2
f2 (Z )
V t
q 2
f3(Z) q
f3 (Z )
f1(Z )
f2 (Z )
Q (m3 / s), V q (m3 / s), V q (m3 / s)
t 2
t 2
调洪计算半图解法的双辅助线
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
V调=Vm-V汛限
Vm
Z~V
Zm
【例 题】
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
Q区 6h
防
洪
保
护 区
河流
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢 用半图解法。
Q1
Q2 2
Δt
q1
q2 2
Δt
V2
V1
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
Q V1 q1 V2 q2 t 2 t 2
第十四章 水库防洪计算
水利水能规划
• 三、有闸溢洪道水库的防洪计算
水利水能规划
水利水能规划
• 四、具有非常泄洪设施水库的防洪计算
调洪计算计算的基本方法
泄流能力q
库容V(104m3)
6.水库调洪计算试算法： 1/2（Qt+Qt+1） t-1/2（qt+qt+1）t=Vt+1-Vt ∆ ∆
q=f(v) （1）先假定第一计算时段末的出库流量q''t+1，允许误差ε，
代入水量平衡方程，求出V't+1；
二、水库调洪作用
Q,q
Q~t为入库流量过程
Q~t
q~t为入库流量过程
q~t ∆
t
t+1
t T(S)
一、水库泄洪建筑物泄流能力分析
1、溢洪道的泄流能力： 2、泄洪洞的泄流能力：
3、绘制蓄泄曲线：q~V
三、水库调洪计算的原理及方法
• 5.下泄流量的计算：
• （1）无闸表面溢流的下泄流量 • q1=εmBh1
三、水库调洪计算的原理及方法
• 4.水量平衡方程：
∆ • 1/2（Qt+Qt+1） t-1/2（qt+qt+1）∆ t=Vt+1-Vt 一个方程，两个未知数！
Qt—时段初入库流量；Qt+1—时段末入库流量；
qt—时段初出库流量；qt+1—时段末出库流量；
∆ Vt—时段初水库蓄水量；Vt+1—时段末水库蓄水量
Z
Q~t为入库流量过程
z~t为库水位过程
Qmax
q~t为入库流量过程
Z防
Zmax
q~t
Z调 t0
Q~t t1
t2Z防
z~t
t
一、水库调洪计算的原理及方法
• • 1.水库洪水调节——入库洪水经拦蓄、滞留，达到削峰的控制运行方式 2.调洪计算的目的——当泄洪建筑物及Z限（起调水位）已定，库容曲线、蓄泄关系、 入库洪水过程已知的情况下，推求： （1）水库的泄流过程（q~t）；qmax—最大下泄流量； （2）水库的水位过程（z~t）；zmax—最高调洪水位； （3）调洪库容（V调）； • 3.调洪计算的任务 （1）丌承担下游防洪任务的水库———确定保证水库安全的调洪方式； ∆ （2）承担下游防洪任务的水库———确定保证水库安全的调洪方式、防洪高水位； 保障下游安全的泄洪方式；
调洪计算计算的基本方法可修改全文
目录
一、水库调洪计的作用
二、水库调洪计算基本公式 三、水库调洪计算试算法
一、水库调洪作用
• （一）水库洪水调节的定义
• 水库通过对洪水的拦蓄、滞留，使洪水过程变形，洪峰流量减 小，洪水历时延长
• （二）水库洪水调节的目的
• 在已拟泄洪建筑物、已确定防汛限制水位（起调水位）的条件 下，用给定的入库过程，推求水库的泄流过程、库水位过程及 相应的最大下泄流量、最高调洪水位及调洪库容；
• （三）水库洪水调节的任务
• 在已拟泄洪建筑物、已确定防汛限制水位（起调水位）的条件 下，用给定的入库过程，推求水库的泄流过程、库水位过程及 相应的最大下泄流量、最高调洪水位及调洪库容∆ ；
头屯河水库溢洪道，溢洪堰
头屯河水库泄洪洞
石门子水库溢洪道
石门子水库泄洪洞，冲沙洞
夹河子水库溢洪道
二、水库调洪作用
qt+1=(q''t+1+q)/2,
（一）、按规定出力调节计算简算法
6.水库调洪计算试算法 例1：
时刻 时段长 Q
q
V
Z
t
(H) m3/s m3/s 104m3 m
0
10
10
247 116
12 12 140
24 12 710
36 12 279
38 2 250
48 10 131
6.水库调洪计算试算法
36 12 279 494.5 21.37 240 172.5 7.45 279.18 118.2
38 2 250 264.5
1.9 250 245 1.76 279.32 118.2
48 10 131 190.5 6.86 230 240 8.64 277.54 118.1
调洪计算方法
2.4.2 调洪计算方法水库调洪是在水量平衡和动力平衡的支配下进行的，本次计算单辅助线法计算。
水量平衡的数学表达式为：221Q Q +t ∆ -221q q + t ∆=V 2-V 1式中：Q 1，Q 2——时段初、末入库流量，m 3/s ；q 1,q 2——时段初、末出库流量，m 3/s ；V1,V2——时段初、末水库蓄水量，m 3；t ∆——计算时段，t ∆=1h=3600s 。
将水量平衡方程进行变换得到：）（22)2(1112221q t V q Q Q q t V +∆+-+=+∆ 建立q ～2q t V +∆函数关系曲线，绘出q ～2q t V +∆辅助线，连续求出水库的下泄流量过程。
2.4.3 调洪演算成果按照不同频率入库设计洪水过程线，逐时段查算辅助曲线，确定水库出库流量过程。
根据上述入库设计洪水过程线、库容曲线、起调水位进行调洪演算。
本次调洪演算成果见表2-9。
调洪演算成果表2-92.5 坝顶高程计算水库主坝为浆砌石坝，坝顶超高计算公式采用《砌石坝设计规范》（SL25-2006）中公式进行计算：c z b h h H H ++∆＝式中：H ∆——坝顶超高，m ；H b ——波浪高，m ；H z ——风浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m ；H c ——安全超高，5级坝，设计情况A=0.3m ，校校情况A=0.2m 。
根据当地提供的风速风向资料，水库水面以上10m 高度处，年最大平均风速为16m/s 。
根据《砌石坝设计》（SL25-2006）及《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252-2000）有关规定，永久建筑物级别为5级。
根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）波高、波长按官厅公式（C.4.1-1）和（C.4.1-2）计算： ）（11.4.)(0076.03/12020121-=C v gD v v gh o b）（21.4.)(33.015/42020157-=C v gD v v gLm o式中：H b ——波高（当2502020-=v gD时，为累积频率5%的波高h s%；当当100025020-=v gD 时，为累积频率10%的波高h 10%），m ；L m ——平均波长，m ；v 0——计算最大风速（设计情况采用多年平均年最大风速的1.5倍 ，校核情况采用多年平均最大风速），m/s ； D ——风区长度，m ；g ——重力加速度，9.81m/s 2。
第十三章 水库洪水调节及计算
简化三角形解析法、简化三角形图解法
30
第十一章 水库洪水调节及计算
三、水库调洪计算的基本方法
原理
流量
入库洪水总量W 1 2 QmT
调洪库容：Vm W 1 2 qmT qm QmT (1 ) Qm
1 2
Qm
A
Vm
O
qm
C
B
qm Vm W (1 ) Qm
时间
T
Vm 或 qm Qm (1 ) W
推求水库下泄流量过程线 q ~ t ，最大下泄量 qm ，调 洪库容 V洪 和水库最高洪水位 Z洪 。
常用的方法有列表试算法、半图解法和简化三角形法
等。
18
第十一章 水库洪水调节及计算
三、水库调洪计算的基本方法
1.列表试算法
步骤： (1)计算并绘制水库的蓄泄曲线q ~ V；
(2) 分析确定调洪的起始条件：起调水位和起调库
下游有防洪任务时，水库的防洪库容和泄洪建筑 物尺寸应在确保水库主要建筑物(大坝等)防洪安全的 前提下，同时满足下游防洪要求。( 有闸门控制) 方案选择 根据计算成果，通过技术和经济比较，选出最优 方案。
15
第十一章 水库洪水调节及计算
二、水库调洪计算的原理
水库调洪计算的基本原理是逐时段地联立求解水量 平衡方程和水库的蓄泄方程。
一、水库的调洪作用
有闸门控制时， 水库的调洪作用
q兴
胸墙 闸门
q允
Z堰
溢洪道
12
第十一章 水库洪水调节及计算
一、概述
2.水库调洪计算的任务与过程
规划设计阶段
管理运行阶段
由
13
第十一章 水库洪水调节及计算
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二、水库调洪计算的基本方程
2、蓄泄方程
q f (V ) 或q ~ V
Z(m)
0
Z~q洞
Z~q溢
H H0
q溢 M1BH3/2
q洞 M2H01/2
溢洪 q(m3/s) 道
q ~ H Z~V q ~ f (V )
泄洪 洞
方程A不是显式，无法直接求解
4
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
1、列表试算法
（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。
？
Z~V
Z1
q~V
水量平衡方程
Q1、Q2
Δt
q2=q'2
q~V
V1、q1
V2 蓄泄 方程
q'2
qm、Zm
q~t
A
q2、V2
6
推求q~t曲线示意图
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
1、列表试算法 （1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。 （2）推求水库下泄流量过程线q~t。 （3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
水利水能规划
第三章 洪水调节
第二节 水库调洪计算的原理和方法
A
1
水利水能规划
水库调洪计算是确定入库洪水、泄洪建筑物的型式与尺寸、 调洪方式和调洪库容之间的定量关系。
一、水库调洪计算的任务
在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下， 根据水文分析计算提供的各种标准的设计洪水或已知的设 计入库洪水过程线、水库特性曲线、拟定的泄洪建筑物的 型式与尺寸、调洪方式等，通过计算，推求水库出流过程、 最大下泄流量、特征库容和水库相应的特征水位。
5.求出该时段的Ｚ2、q2、V2值。如此逐时段进行 计算，即可得到下泄流量过程线ｑ～ｔ。
A
15
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
6.在一张图上点(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t qmax q~t
Q~t qmax q~t
t (min)
推求qm示意图
A
t△1t'tt2
（2）推求水库下泄流量过程线q~t。
（3）在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
（4）推求Vm、V调、Zm。
V调=Vm-V汛限
q~V
qmax A
Vm
Z~V
Zm
9
水利水能规划
列表试算法小结：
洪水过程线 起始条件
A
q~V曲线的绘制←Z~V
q~t曲线的推求←试算 qm的推求←绘图
Zm、Vm推求←查图（表）
A
11
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
Z (m)
因此，可根据选定的计
算时段△t，已知的水库容
积关系曲线，以及根据水力
学公式算出的水位下泄流量
关系曲线，事先计算并绘制
曲线组：
Vq
f1(Z)
t
2
f2(Z)
V t
q 2
f3(Z) q
A
f3 (Z )
f1(Z )
f2 (Z )
Q (m 3/s) ,V q (m 3/s) ,V q (m 3/s) t 2 t 2
A
22
水利水能规划
A
23
水利水能规划
A
24
水利水能规划
A
25
水利水能规划
A
26
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
Q区
6h
A
防
洪
保
护
区
河流
27
水利水能规划
有闸门控制的溢洪道调洪作用示意图
A
28
水利水能规划
A
29
水利水能规划
水库防洪计算
• 一、水库防洪计算的任务 • 在防洪计算时，通常初步拟定泄流方式，这需
t (min)
16
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
7.推求Vm、V调、Zm。
q~V
qmax
V调=Vm-V汛限
Vm
Z~V
Zm
【例 题】
A
17
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
Q区
6h
A
防
洪
保
护
区
河流
18
水利水能规划
A
19
水利水能规划
A
20
水利水能规划
A
21
水利水能规划
10
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢 用半图解法。
Q1
Q2 2
Δt
q1
q2 2
Δt
V2
V1
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
Q V1 q1 V2q2 t 2 t 2
Vt、 q 2、 V 1 tq 2、 V 2 t q 2均可与水库水位Z建立函数关系
A
2
水利水能规划
二、水库调洪计算的基本方程
1、水量平衡方程
Q1
Q2 2
t
q1
q2 2
t
V2
V1
Q ~ t q1、V1 t
q2、V2
Q、q(m3/s)
Qi+1
Q~t
Qi
qi+1 qi
qmax q~t
V2-V1
△t
ti ti+1
t (min)
水库水量平衡示意图
一个方A程两个未知数没有办法求解
3
水利水能规划
（2）推求水库下泄流量过程线q~t。
（a）分析确定起调水位Z1和计算时段。
无闸: Z1=Z堰顶
有闸: Z1=Z限
（b）由起始条件确定Q1、Q2 、V1和q1。
（c）试算(q2~V2~q'2)。
（d）将Aq2、V2作为下时段的起始条件，推求q~t5。
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
起始条件 假设q2
A
7
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t qmax q~t
Q~t qmax q~t
t (min)
t△1t'tt2
t (min)
qm是两线的交点则A 计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。 8
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
1、列表试算法
（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。
要根据洪水特性、水库安全、闸门启闭设备， 以及技术经济条件等综合考虑加以论证确定。 泄洪建筑物形式的选择必须综合考虑水利枢纽 的地形条件、地质条件、水库大坝类型、综合 利用要求以及利用洪水预报进行泄洪的可能性 等条件，最终选定时也必须进行技术经济比较 论证。 • 水库防洪计算的任务，主要是对各种拟定的方 案，通过调洪计算，求得最大下泄流量、调洪 库容和最高洪水位等技术参数，为技术经济论 证和选择最佳方案提供依据。
调洪计算半图解法的双辅助线12
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
三、半图解法的计算步骤
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算 时段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计
算时段。算出各时段的平均入库流量 Q 以及定出
第一时段初始的Z1、q1、V1各值。
A
13
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
0
g
Z(m)
2.
利
f3(Z )
用
e
辅 Z2 助
q2
f
线
在 图
Z1 a
b
上
求
解。
f1 (Z )
d c
下泄流量q（m3/s）
f2 (Z)
f1(Z)
V t
q 2
Vq f2(Z) t 2
f3(Z) q
A
Q( m 3
/ s ),
V t
q 2
(m 3
/ s ),
V t
q 2
( m 31/4 s )
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算时 段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算
时段。算出平均入库流量Q1以及定出第一时段初 始的Z1、q1、V1各值。
2.利用辅助线在图上求解得出Z2。
3.根据Z2值，利用水库Ｚ～Ｖ曲线即可求出V2。
4.将ｅ点代表的Ｚ2值作为下一时段的Ｚ1值