水利计算6-防洪水利计算

1、 2、 1、 1
•
•二.调洪演算的基本方法
•（一）列表试算法
因不可能得出解析求解，调洪过程计算，采用列表法试算法 比较方便。对于任意的Δt 时段，已知 Q1、Q2、q1、V1，欲求 q2和V2 ，
•
• • • • • •
其步骤： 假定V2（或q2）后， 代入式（2）可求得 q2（或V2），再以 此q2（或V2）代入 式（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。
图4
• （三）.简化计算法 • 在小流域、小型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
W 1 QmT 2
• 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 V
qm Qm (1
m
W
)
（7）
•
式中
Qm — 洪峰流量； T — 洪水历时； Vm — 滞洪库容。
• （三）方案比较和选择
• 根据各方案的B、Z坝和最高洪水位等，计算每个方案 的材料消耗、投资、淹没浸没损失及其防洪效益等， 并考虑技术和政治上的因素，综合分析比较，选出最 有利的防洪方案。 • 可绘制B～Z坝和 B ～ qm，校， • B～S上和 B ～ S下， 进行方案比较
二、有闸门控制防洪水利计算
库
Z启
Q ﹥ q允：闸门全开自由泄流
水
位 Z Z防
③泄流能力q允： q= q允控制泄流 ② q允﹥Q ﹥ q限：闸门全开自由泄流 ① Q ﹤ q限： q= Q控制泄流
Z限
调洪方式示例（不考虑预报）
• (三) 调洪计算 • 1、下游防洪标准洪水来临时的防洪高水位的 推求 • 2.水库设计洪水来临时的设计洪水位的推求 • 3.水库校核洪水来临时，具有非常泄洪设施泄 洪的校核洪水位的推求 • (四) 方案比较和选择 • 与无闸基本相同
若底孔泄流 则泄流公式为:
q2 2gh2
式中:
— 孔口出流面积；
h2 — 孔口中心水头；
— 孔口出流系数。
•
根据泄流公式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Z~q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Δt 时段的调洪演算中，可由已知的 Δt ，Q Q q V 联解水量平衡方程与蓄泄方程，求 得 q2和V2 。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。
5）水库溢洪道设闸，便于考虑洪水预报，提前预泄腾 空库容
二、有闸门门全开的自由泄流中转换。
• (一)防洪方案的拟定 • 组成防洪方案因素很多：如溢洪道宽度B、堰顶高
程Z堰、防洪限制水位Z限、闸门顶高程Z门等，或非 常泄洪设施，其位置、类型、规模、启用水位等，这 些因素中只要有一因素改变，则构成一个拟定方案。
第二节 水库调洪计算的原理和方法 • 一.洪水调节计算原理
Q1 Q2 q1 q2 Δt Δt V2 V1 2 2 q f (V )
（1） （2）
式中
Q1、q1 — 时段初入库、出库流量； Q2、q2 — 时段末入库、出库流量； V1、V2 — 时段初入库、出库流量。
•
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， 式中: 其泄洪公式为: B — 泄洪道净宽； h1 — 堰上水头； • 3 m — 流量系数； • q1 mB 2 g h1 2 — 侧收缩系数。 •
溢洪道设闸的作用
1）Z限制无= Z正常蓄，Z限制有﹤ Z正常蓄，库水位相同时，有闸 溢洪道的泄流能力大于无闸溢洪道的泄流能力；
2）在同样满足下游河道允许泄流量q允的情况下，有闸 的防洪库容要比无闸的小； 3）有闸控制流量，使上游的来水和区间的洪水错开， 从而可以有效地消减下游河段的最大流量； 4）有闸水库可以利用结合库容，可是使总库容减少， 节省投资；
一、无闸门控制的防洪水利计算
• （二）坝顶高程的计算
• 水库的非溢流坝坝顶高程应满足：在设计洪水位或校 核洪水位时，遇到风浪，不致使水溢过坝顶，此外应 有足够的安全超高。
Z坝
式中：
Z 校 h浪，校 h校 Z 设 h浪，设 h设
中的大值
Z设、 Z校—某方案的设计洪水位和校核洪水位 h浪，设、 h浪，校—设计条件和校核条件下的风浪高，与水 面大小、风速高低、坝坡情况有关，按有关的专业规 划计算； △h设、 △h 校—分别为安全超高，按最新规范选取
•表4-5
水电站厂房正常运用洪水标准和非常运用洪水标准
•表4-6
永久性挡水和泄水建筑物非常运用洪水标准
• 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
•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4-7选定。
• 方案情况复杂，全面分析，抓住主要矛盾，
排除容易确定的比较因素，尽快找到最优方 案
• 1、当闸门顶以上没有胸墙时，闸门顶高程Z门应不低 于正常蓄水位，Z门≧Z蓄
二、有闸门控制防洪水利计算
• 2、溢洪道堰顶高程Z堰与Z门的关系为： • Z堰=Z门 - h门
• 式中h门为闸门高度，应以结构设计允许的最大高度为 限，然后结合溢洪道附近的地形、地质条件拟定Z堰 的比较方案
• 3、防洪限制水位Z限是指汛期水库允许经常维持的上 限水位。设计条件时， Z限是调洪开始时的起跳水位。 该水位反映了兴利库容与调洪库容结合的程度 • • Z堰≦Z限≦ Z蓄 • 正确的Z限应是在不破坏设计供水的原则下取最低值， 可用试算法求出。
水库情况不同，调洪方式也不尽一致
• (二) 拟定泄流方式 • 随着闸门的启闭，泄流方式是在控制泄
二.水库的防洪设施及其调洪作用
• 泄流建筑物类型 • 表面式溢洪道：无闸与有闸溢洪道 • 深水式泄水洞： •
三.水库防洪计算的任务
• 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 的安全。故水库防洪设计的任务可以概括为以下三个“确定”： • • 1.确定防护对象的防洪标准和大坝的安全泄洪标准。 • 2.确定水库的泄洪设备类型（即泄洪建筑物形式）尺寸、各 种防洪特征水位、不同频率洪水的最大下泄流量 • 3.确定水库的防洪运行方式 • 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：
dVd Vd V dQ d dZ Q V
式中：
Vd — 正值 Q Vd — 负值 Z
第三节 水库防洪水利计算
• 水库防洪计算的主要内容和基本程序: • 1.在调查分析洪水特性及灾害、防洪要当地自然条件的 基础上，根据需要和可能提出若干防洪方案（就是所采 用的防洪措施及其规模、运用方式等因素的组合。）。 • 2.对各方案进行调洪计算，求得每个方案在各种设计洪 水时的下泄流量过程、最大下泄流量、防洪特征库容、 特征水位和坝高。 • 3.计算各方案的投资、材料消耗、淹没损失、防洪效益 等，进行政治、经济、技术等多方面的综合比较论证， 选出最优方案，可行性报告报上级主管机关审批。
流和闸门全开的自由泄流中转换。 • 因而，调洪计算时，应根据下游防洪、非 常泄洪和是否有可靠的洪水预报等情况拟定 调洪方式，即要定出各种条件下，启闭闸门 和启用非常泄洪设施的规则，调洪计算则依 次进行
• •
不考虑预报的简单情况，设想发生一 次大洪水,
(二) 拟定泄流方式
Z校
闸门全开，水位仍继续上涨，启用非常泄洪设施参加排洪
一、无闸门控制的防洪水利计算
• （一）拟定泄洪方案和进行调洪计算
• 泄洪方案的拟定主要死根据水库坝址附近 地形、地质条件和洪水情况，拟定几个可能 的溢洪道宽度B，利用已求得的设计标准和校 核标准的洪水过程线对各方案（试算法和半 图解法）进行调洪计算，求出相应的最大下 泄流量、最高洪水位及调洪库容。
水库防洪计算
• • • • • • • 第一节 概述 第二节 水库调洪计算的原理和方法 第三节 水库防洪水利计算 一、无闸门控制的防洪水利计算 二、有闸门控制防洪水利计算 第四节 入库洪水计算 第五节 溃坝洪水计算
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第一节 概述
• 一.防洪设计标准
• 二.水库的防洪设施及其调洪作用 • 三.水库防洪计算的任务
第三节 水库防洪水利计算
• 两大类型
• 一、溢洪道不设闸的防洪计算
• 一般是中小型水库，调洪能力差，基本 不承担下游防洪任务
• 二、溢洪道设闸的防洪计算
•
务
控制运用较灵活，便于承担下游防洪任
一、无闸门控制的防洪水利计算
• 中小型水库、库容小，一般不承担下游防洪 任务；管理方便可靠，节省投资 • 特点： • 1）溢洪道的堰顶高程一般等于正常蓄水位； • 2）防洪限制水位应与正常蓄水位齐平； • 3）当库水位超过溢洪道的堰顶后，即自行泄 洪，属自由泄流方式； • 4）对设计条件，起调水位应取防洪限制水位， 即正常蓄水位
• • •
• 三、考虑动库容的调洪演算 前面介绍的调洪演算方法采用的都是静库容曲线， 即近似地假定了调 洪时水库水面为水平并平行升降。
而实际上水库水面并非水平，且有时水面坡度变化还相当 大。因此严格来说，调洪演算应采用水面坡度变化的动库容曲 线。 • 根据水库地区的一般地 形，动库容主要集中在入库 段而受入库流量影响较大， 故水库的实际蓄水量可表示 如下：