调洪演算 (2)
水库调洪演算的原理和方法
第三章 洪水调节
第二节 水库调洪计算的原理和方法
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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。
（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。
（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）将精q选2p、pVt 2作为下时段的起始条件，推求q~t5。
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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
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水利水能规划
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水利水能规划
• 四、具有非常泄洪设施水库的防洪计算
• (一)非常泄洪设施
• 有的水库校核洪水比设计洪水大得多，尤其当校核 洪水采用可能最大洪水时，二者相差更为悬殊。如 只设有正常泄洪建筑物，必将增加工程造价。因此， 为了安全又不致使造价过高，若条件许可，应尽量 修建位置适当、工程比较简易的非常泄洪建筑物， 帮助正常泄洪设置宣泄比设计洪水大得多的洪水。
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水利水能规划
入库洪水：从水库周边汇入水库（包括入库断面）的 洪水。
C-2 水库调洪演算的数值解程序
Ｃ－２ 水库调洪演算的数值解程序作者 张校正（新疆水利厅 ）一、程序功能已知水库的水位--水面面积关系，洪水量过程线，对于每一种调洪方案（包括泄流条件、调洪方式、泄水建筑物参数）由调洪起始水位依次计算，直至洪水过程结束，计算机输出各时段末之水位、泄洪洞流量、溢洪道流量、水库出库总流量等。
并用彩色曲线绘制洪水过程线、泄洪过程线和水库水位变化线。
二、算法简介1，水库水量平衡分方程的数值解：水库水量平衡微分方程：q Q dt dZ f -=式中: f=f(z) 水库水面面积，是水位z 的函数；Z=Z(t) 水位，是时间t 的函数；Q=Q(t) 入库流量，是时间t 的函数；Q=q(z) 出库流量，是水位z 的函数。
将上式移项，并定义调洪函数)()()(),(z f Z q t Q Z t F -=则得 ⎪⎩⎪⎨⎧==00)(),(Z t Z Z t F dt dZ 这是一个一阶常微分方程的初值问题。
应用定步长的龙格－库塔方法求解。
其公式为：)22(6143211K K K K Z Z n n ++++=-式中： )()()(),(111111------⨯=⨯=n n n n n Z f Z q t Q T Z t F T K)21()2()2()2,2(11111112K Z f K Z q T t Q T K Z T t F T K n n n n n ++-+⨯=++⨯=----- )2()2()2()2,2(212112113K Z f K Z q T t Q T K Z T t F T K n n n n n ++-+⨯=++⨯=----- )()()(),(3131314K Z f K Z q t Q T K Z t F T K n n n n n ++-⨯=+⨯=---T 为洪水流量时段间隔；n=1,2,……,J2，泄流量公式：当泄水建筑物为深孔时，)(2111111A C Z g B A M q --=式中：M 1 流量系数；A 1 泄流孔口高；B 1 泄流孔口宽；Z 水位；C 1 泄流孔口底槛高程。
洪水调节调洪演算列表法和图解法
调洪演算计算说明书一、 相关资料中包水利枢纽工程是三等工程，溢洪道设计洪水标准为五十年一遇（P=2%）至一百年一遇（P=1%）,校核洪水标准为千年一遇（P=0.1%）.二、基本原理1.泄水建筑物尺寸：溢洪道堰顶高程519m ，采用3孔86m m ⨯(宽⨯高)的弧形门控制。
由2/302q H g m nb ⋅=ε （其中侧收缩系数ε=0.92,n 为所开孔数, 流量系数m=0.48，单孔堰顶宽度b=8m ，g=9.812/m s ,堰顶水头0H =水位Z-堰顶高程,。
不计流速水头。
） 计算出下泄流量2.设计洪水来临时，用左右2孔泄洪；校核洪水来临时，用3孔泄洪。
3.基本计算公式为：()()()t V V q q Q Q ∆-=+-+/2/2/122121式中： Q 1, Q 2--分别为计算时段初、末的入库流量，m 3/s ； v 1，v 2--分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m 3 ； q 1，q 2--分别为计算时段初、末的下泄流量，m 3/s ； t ∆--计算时段，一般取1小时。
4.下游安全泄量及起调水位该水利枢纽没有下游防洪要求，一般在洪水来临时，水库将预泄库水至水库防洪限制水位，以便有足够的库容蓄洪或滞洪。
防洪限制水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，则调洪计算从水位525.3m 起调。
5.水库运行方式根据题目分析，本工程采用3孔溢洪道泄洪，设计洪水来临时，用左右2孔泄洪；校核洪水来临时，用3孔泄洪。
在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q 并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位525.3m不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z 的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
6.计算方法：先决定开始计算时刻和此时的q1、V1,然后假定下泄流量q2值，再由计算V2值，再查q-V表得出q2’值,水量平衡方程()()()t-+2/2/=+/VV-qqQ∆Q211122比较q2和q2’，若二者基本相等，则假定正确，否则重新试算，直到大致相等为止，依次计算下去。
尾矿库排水系统调洪演算
尾矿库排水系统调洪演算尾矿库排水系统调洪演算调洪演算的目的是根据既定的排水系统确定所需的调洪库容及泄洪流量。
对一定的来水过程线，排水构筑物愈小，所需调洪库容就愈大，坝也就愈高。
设计中应通过几种不同尺寸的排水系统的调洪演算结果，合理地确定坝高及排水构筑物的尺寸，以便使整个工程造价最小。
一、数解法（一）对于洪水过程线可概化为三角形，且排水过程线可近似为直线的简单情况，其调洪库容和泄洪流量之间的关系可按公式（1）确定。
q=Qp(1-V t)（1）W p式中 q——所需排水构筑物的泄流量，米3/秒；Qp——设计频率P的洪峰流量，米3/秒；V t——某坝高时的调洪库容，米3；W p——频率为P的一次洪水总量，米3。
（二）对于一般情况的调洪演算，可根据来水过程线和排水构筑的泄水量与尾矿库的蓄水量关系曲线，通过水量平衡计算求出泄洪过程线，从而定出泄流量和调洪库容。
尾矿库内任一时段△t的水量平衡方程式如公式（2）如下。
1(Qs+Q z)△t-1(q s+q z) △t=V z-V s (2)22式中Q s、Q z——时段始、终尾矿库的来洪流量，米3/秒；q s、q z——时段始、终尾矿库的泄洪流量，米3/秒；V z、V s——时段始，终尾矿库的蓄洪量，米3。
令Q=1/2(Q s+Q z)，将其代入公式（3），整理后得：V z +1q z△t= Q△t+(V s-1q s △t ) (3) 22求解公式（3）可列表计算，但需预先根据泄流量（q）—库水位（H）—调洪库（Vt）之间的关系绘出q-V+（1/2）q△t和q-V-（1/2）q△t输助曲线备查。
例1：某尾矿库初期坝装满时，水面面积F s＝2.5公里2，陆面面积F1＝1.5公里2，L0＝0.81公里，E0＝385公里/公里，J＝0.2，N0＝0.2，N s=0.08，mp＝2.0，μ＝1毫米/秒，S p＝137.5毫米/小时，n1＝0.55，n2=0.75，试求p=2%的设计洪水过程线。
某尾矿库调洪演算
**铁矿尾矿库调洪演算
一、排洪设施
尾矿库采用塔—管式排洪系统，现使用？#溢流塔，塔底与排水管相连接，溢流塔采用了框架式结构，塔内直径2.5m，每块叠梁高300mm，厚100mm，排水管直墙断面尺寸为0.8×1.0m。
目前？#溢流塔和排水管质量较好，排水管出水清澈，运行效
二、
*
（1
（2
（3
（1
（2
（3）2
查尾矿库库容曲线，可知调洪幅度ΔH对应调洪库容V0=38.88万m3，而200年一遇24小时洪水流量为10.58万m3，即在目前情况下，该库调洪库容均大于24小时一次洪水流量。
因此，目前尾矿库的调洪库容满足要求。
三、泄洪能力复核
按照规范要求，只要24小时一次洪水量能在72小时内排空，该库就能满足200年一遇洪水的调洪高度要求。
下面即对一次洪水的排空时间进行计算。
根据冶金设计研究院计算压力流泄流计算：Q=u×Fx×(2gH)1/2式中：Fx-----隧洞出口断面积，Fx=0.8 m2
u-----压力泄流的流量系数，u=0.6
g------重力g=9.8m/s2
H----库水位与隧洞出口断面中心之间高差，单位米，H=45.0m。
1/23。
某尾矿库调洪演算
**铁矿尾矿库调洪演算
一、排洪设施
尾矿库采用塔—管式排洪系统，现使用？#溢流塔，塔底与排水管相连接，溢流塔采用了框架式结构，塔内直径2.5m，每块叠梁高300mm，厚100mm，排水管直墙断面尺寸为0.8×1.0m。
目前？#溢流塔和排水管质量较好，排水管出水清澈，运行效
2
最高洪水位H3=H0-h1=397.568m,调洪幅度ΔH=H3-H2=1.668m。
查尾矿库库容曲线，可知调洪幅度ΔH对应调洪库容V0=38.88万m3，而200年一遇24小时洪水流量为10.58万m3，即在目前情况下，该库调洪库容均大于24小时一次洪水流量。
因此，目前尾矿库的调洪库容满足要求。
三、泄洪能力复核
按照规范要求，只要24小时一次洪水量能在72小时内排空，该库就能满足200年一遇洪水的调洪高度要求。
下面即对一次洪水的排空时间进行计算。
根据冶金设计研究院计算压力流泄流计算：Q=u×Fx×(2gH)1/2
式中：Fx-----隧洞出口断面积，Fx=0.8 m2
u-----压力泄流的流量系数，u=0.6
g------重力g=9.8m/s2。
水库调洪演算的基本原理和方式
（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q2、V2作为下时段的起始条件，推求q~t。
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
起始条件 假设q2
？
Z~V
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
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。
第一时段初始的Z1、q1、V1各值。
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
Z1 a
b
图
上
求
解。
f1 (Z )
d c
下泄流量q（m3/s）
f2 (Z )
f1(Z
)
V t
q 2
f2 (Z )
V t
q 2
f3(Z) q
Q( m 3
/ s ),
V t
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
6.在一张图上点绘Q(t)和q(t)，推求qm。
调洪演算
2.1.1 调洪计算的原理洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。
根据水力学明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为连续性方程 0Q t sω∂∂+=∂∂ （2-1） 运动方程 221Z v v v Q s g t g s K∂∂∂-=++∂∂∂ (2-2) 式中 ω——过水断面面积（㎡）；t ——时间（s ）；Q ——流量（m 3/s ）；s ——沿水流方向的距离（m ）；Z ——水位（m ）；v ——断面流速（m/s ）；K ——流量模数（m 3/s ）。
为了简化计算，通常采用瞬态法来求近似解。
瞬态法实际上是采用有限差值来代替微分值并加以简化，以近似的求解一系列瞬时的流态。
瞬态法将式2-1和2-1简化得出专用于水库调洪计算的实用公式如下：21121211()()22V V V Q q Q Q q q t t-∆-=+-+==∆∆ （2-3） 式中 1Q 和2Q ——分别为计算时段初、末的入库流量； Q ——计算时段内平均入库流量，为1Q 和2Q 的平均值；1q 和2q ——分别为计算时段初、末的下泄流量； q ——计算时段的平均下泄流量；1V 和2V ——分别为计算时段初、末水库的蓄水量；V ∆——1V 和2V 之差；t ∆——计算时段。
这个公式实际上是一个水量平衡方程，它表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之间的差值即为该时段中水库蓄水量的变化。
当水库入库洪水过程线已知时，1Q 和2Q 均为已知，而1q 和1V 是计算时段开始时的初始条件，则必须有一个方程22()q f V =与式2-3相联立才能解出2q 和2V 的值。
由于下泄流量是泄流建筑物水头的函数，当泄流建筑物型式和尺寸已知时，则可求出2q 关于水头H 的方程为2()B q f H AH == （2-4）同时可借助水库容积特性曲线()V f Z =得出方程22()q f V =的具体形式。
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水位。
调洪演算
4.调洪演算
已知：用给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的泄洪能力
曲线及库容曲线等基本资料，按规定的防洪调度规则
目的：推求水库的泄流过程、水库水位变化过程及相应
的最高洪水位和最大下泄流量。
控制条件：上游允许淹没高程
下游地基允许的下泄流量
下游防洪要求
调洪演算
调洪演算
水库下泄流量计算表
库水位 （m) 底孔水 头 ( m) 底孔 表孔 发电引 总下泄 表孔水 流量 流量 用流量 流量 头(m) /s） /s） (m³ /s) (m³ /s) （ m³ （ m³ 库容(亿 m³ )
防洪工程的具体条件，并征求有关方面的意见。
规范：中华人民共和国行业标准《水利水电工程等级
划分及洪水标准》SL252-2000
调洪演算
1.确定洪水标准
表1
工程等 别 工程规 模
水利水电工程分等指标
防洪 治涝 灌溉 供水 发电
水库库 保护城镇 装机 供水对 容 及工矿企 保护农田 治涝面积 灌溉面积 容量 象重要 8 3 4 4 4 （10 m ） 业的重要 （10 亩） （10 亩） （10 亩） （104 性 KW） 性
1000～ 500
500～ 200
200～ 100
调洪演算
1.确定洪水标准
根据某一次典型洪水过程线，按照确定好的洪水标准，
采用同频率放大法或同倍比放大法即可得到所需要的
洪水过程线。
调洪演算
2.确定泄洪方案
混凝土坝：坝身泄水、河岸式溢洪道、泄洪隧洞 土石坝：河岸式溢洪道或泄洪隧洞
还应根据任务书考虑排砂和排冰等建筑物，考虑放空要求 一般情况下，应首先考虑比较经济、泄洪能力大的表孔为主 要泄洪设施 为满足非常情况需要，大型水库都要设置有放空水库的底孔
≥10 10～1.0 1.0～ 0.10 0.10～ 0.01 0.01～ 0.001 特别重要 重要 中等 一般 ≥500 500～ 100 100～30 30～5 <5 ≥200 200～60 60～15 15～3 <3 ≥150 150～50 50～5 5～0.5 <0.5 特别重 ≥12 0 要 重要 中等 一般 120 ～30 30～ 5 5～1 <1
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
大（1） 型 大（2） 型 中型 小（1） 型 小（2） 型
调洪演算
1.确定洪水标准
表2 水工建筑物级别
工程等级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅴ Ⅵ
永久性建筑物级别 主要建筑物 次要建筑物 1 3 2 3 3 4 4 5 5 5
临时性建 筑物级别 4 4 5 5
调洪演算
1.确定洪水标准
表3 山区、丘陵区水利水电工程永久建筑物的洪水标准[重现期(年)]
问题一:如何得到设计洪水过程线？ 问题二:如何拟定泄洪建筑物的尺寸和形式？
调洪演算
1. 确定洪水标准
(1)若水库不需承担下游防洪任务，则应按水工建筑物本身的防 洪安全要求选定防洪标准。 （2）若水库要承担下游防洪任务，则除了要选定水工建筑物的设 计标准外，还要选定下游防护对象的防洪标准，即防护对象所应 抗御的设计洪水频率。防护对象的防洪标准，应根据防护对象的 重要性、历次洪灾情况及对政治、经济的影响，结合防护对象和
项目
设计
土石坝 校核
1 1000～ 500 可能最 大洪水 (PMF)或 1000～ 5000
2 500～ 100 5000～ 2000
水工建筑物 3 100～50
4 50～30
5 30～20
2000～ 1000
1000～ 300
300～ 200
混凝土、 5000～ 浆砌石 2000 坝
2000～ 1000
2015年本科毕业设计指导
调洪演算
调洪演算
主要内容：
1.确定洪水标准 2.水库运用方式的确定 3.泄洪建筑物尺寸的初步拟定 4.调洪演算
调洪演算
调洪演算目的:根据设计洪水过程线、拟定的泄洪建
筑物尺寸和形式及水位库容关系等基本资料,按确定的 防洪调度规则,采用适当的计算方法,求出库水位和下 泄流量的变化过程线。
调洪演算
3.泄洪建筑物尺寸初步拟定
开敞式溢流时堰顶高程、溢流前缘宽度
拟定时需考虑：
1.闸门结构上的限制高度不宜太大
2.下游河床地质条件允许的单宽流量大小。 《水利水电工程钢闸门设计规范》,SL74-2013,水利水电出版社
应拟定不少于三种较合理方案，分别进行计算。最终确
定出泄洪建筑物合理的孔口尺寸、设计洪水位、校核洪
调洪演算
要求：每种工况设计需绘出洪水过程线 和下泄过程线
调洪演算 答疑时间：3.8-3.23 每周二、四上午9:30
答疑地点：水电楼1022
请大家抓紧时间，快速进入毕 业设计模式。
预祝大家在设计中有收获，有进步，
愉快渡过大学中最后的美好时光！ 加油！