有闸控制调洪过程

有闸门控制的水库调洪计算1．概述（1）溢洪道设置闸门的目的对于综合利用水库，特别是承担下游防洪任务的水库，溢洪道上一般都设有闸门。

在溢洪道上设置闸门，将有利于解决水库防洪与兴利的矛盾，提高水库的综合效益。

对防洪来说，汛期要求库水位低一些，以利防洪；对兴利来说，则要求库水位高一些，以免汛后蓄水量不足，影响到兴利用水。

设置闸门后，便可在主汛期之外分阶段提高防洪限制水位，拦蓄洪水主峰后的部分洪量，使水库既发挥了防洪作用，又能争取多蓄水兴利。

设置闸门还可控制泄洪流量的大小及泄流时间，使水库防洪调度灵活、控制运用方便，提高了水库的防洪效益。

所以，当下游要求水库蓄洪、与河道区间洪水错峰、有预报洪水时提前预泄腾空库容以减小最大下泄流量或水库群防洪调度等情况，都需要设置闸门。

设置闸门还有利于选取较优的工程布置方案。

当溢洪道的宽度B相同时，若调洪库容V调洪相等，设置闸门可以减小下泄流量q m；若q m相等，有闸门可减小V；若q m、V调洪皆相同，有闸门的溢洪道宽度要比无闸门的为小。

因此，根据地调洪形、地质条件、淹没损失及枢纽布置等情况，便可优选出B、V调洪和q m的组合方案。

综上所述，为了提高水库的综合效益，大中型水库的溢洪道上都应设置闸门。

而闸门该如何设置及闸门的尺寸、位置、数量等均应通过调洪计算、多方案比较和综合分析确定。

（2）考虑灌溉用水情况时水库防洪限制水位的确定水库防洪限制水位，是水库在汛期允许蓄水的上限水位，又称汛期限制水位。

在调洪计算时，它是调洪计算的起始水位，所以常称起调水位。

有闸门控制的水库，调洪库容可与兴利库容部分地结合，其结合程度取决于泄洪建筑物的控制条件、洪水特性和兴利用水规律。

防洪限制水位Z限通常低于正常蓄水位Z蓄，而高于溢洪道堰顶高程，如下图，Z蓄和Z限之间的库容既可兴利又能防洪，这部分结合的库容称为共用库容V共。

防洪限制水位关系到水库的防洪渡汛和蓄水兴利，是水库调度运用中的关键性指标之一，是解决防洪与兴利矛盾的一个特征水位。

有闸溢流堰图在规划设计阶段，由于洪水预报误差太大，特别是中长期预报，还不宜引用到规划设计中使用，故多数仍以设计枯水年来水规律与用水要求，使汛后蓄水至正常蓄水位为原则来确定。

对以灌溉为主的年调节水库，防洪限制水位的确定应考虑汛后能蓄满兴利库容，确保灌溉用水要求，也就是从汛末到次年灌溉用水开始时，能蓄水到正常蓄水位。

2．有闸门控制的调洪计算——当不承担下游防洪任务时水库下游无防洪任务的调洪计算情况如下图所示。

其闸门操作方式的一般过程为t～t1时段内，随着入库流量Q不断增大，闸门逐渐开启加大，使下泄流量q等0于入库流量Q，即来多少泄多少，保持库水位不变，至t1时刻。

当闸门开启到与防洪限制水位齐平后，若洪水继续增大，说明入库流量将要大于防洪限制水位Z所对应的泄流量q限，闸门应逐步开大至全部开启，按下泄能力q下泄。

t1～t2限时段内Q大于q，水库水位逐渐上升，至t2时刻库水位上升到最高值Z m，下泄流量达到最大值q m。

t2时刻以后随着入库流量Q逐渐减小，Q小于q，水位逐渐降低，下泄流量逐渐减小，到t3时刻库水位已恢复到防洪限制水位，将闸门逐渐关闭，保持库水位在防洪限制水位，一次洪水调节结束。

下游无防洪任务的调洪示意图从以上分析看出，用闸门控制泄流，在调洪原理上与无闸门控制的情况一样。

不同之处只是无闸门控制时的泄流方式是自由溢流，而有闸门控制时，泄流方式可以人为控制变动（如上图中t0～t1时段是人为控制泄流，t1～t3时段是自由溢流）。

图中虚线表示无闸门控制情况下的泄流过程线和水位过程线。

为便于和有闸门控制的情况相比较，假定在最高库水位Z m和最大下泄流量q m都相同的情况下，有闸门时可将防洪限制水位由堰顶高程Z1抬高到Z限，减小了调洪库容亦即增大了兴利库容。

有闸门和无闸门情况的这种差别，是由于设置闸门后，借助闸门控制，从洪水开始时就得到较高的泄流水头，使洪水初期增大了下泄流量。

有的水库也采用有闸门控制的泄流底孔（或隧洞），因其泄流水头大大提高，故更能增加洪水初期的下泄流量。

有闸门控制的调洪计算方法，仍如前述的列表试算法或半图解法。

3．有闸门控制的调洪计算——当承担下游防洪任务时在有闸门控制的情况下，当下游有防洪任务时一般采用不同设计标准洪水的两级（或多级）调洪计算方法。

对于某一确定的溢洪道宽度B而言，首先对下游防洪标准P1的设计洪水进行调洪计算，按下泄流量q不超过下游安全泄量q安要求，计算出满足下游防洪要求所需的防洪库容V防及其相应的防洪高水位Z防。

然后，再对大坝设计标准P2的设计洪水进行调洪计算，开始仍应尽量使下泄流量q 不超过q安，当水库蓄洪量达到V防，水位到达防洪高水位Z防时，若入库流量仍较大，说明该次洪水已超过下游设计标准P1，此时主要考虑大坝本身的安全，不能再以q安控制下泄，应将闸门全部打开全力泄洪。

下面我们将分别讨论两级调洪的计算方法。

（1）满足下游防洪要求的调洪计算当出现下游防护对象的防洪标准洪水时，需控制泄量来保证下游的防洪安全。

水库防洪调节计算，就是在满足下游防洪要求，下泄流量q≤q安的情况下，推求水库所需要的防洪库容V防和相应的库水位（即防洪高水位）Z防。

这里说明一点，当水库至防护区的防洪控制站区间流量Q区较大而不能忽略时，水库允许泄放流量q允≤（q安－KQ区）。

式中K为加大系数，视各地具体情况而定。

调洪计算方法：采用相应于下游防洪标准的设计洪水过程线，通过求解方程组（8.2-5），在水库下泄流量q≤q安或q允≤（q安－KQ区）条件下，逐时段推求水库蓄水过程，其中水库蓄水量的最大值减去防洪限制水位所相应的库容，即为所求的防洪库容V防，如下图。

按上述防洪要求闸门的操作过程分两种情况：1）q安＜q限（为闸门全开时防洪限制水位Z限所对应的泄流量，q限由式（8.2-1）或（8.2-2）计算）的情况，如下图所示，当设计洪水来临时，其闸门操作方式的一般过程为t0～t1时段内，随着入库流量Q不断增大，闸门逐渐开启加大，使下泄流量q等于入库流量Q，即来多少泄多少，保持库水位不变，至t1时刻。

t1～t时段内，入库流量Q＞q安，为保证下游防护对象的防洪安全，将闸门逐渐关闭，2控制下泄流量q＝q安，库水位逐渐上升，b点以后库水位才逐渐降低。

下图中的ab段均按q来泄洪，其相应库容即防洪库容V防，这种泄洪方式俗称“削平头”安操作法。

q＜q限的情况安2）q安≥q限的情况，如下图所示，当设计洪水来临时，其闸门操作方式的一般过程为t0～t1时段内，随着入库流量Q不断增大，闸门逐渐开启加大，使下泄流量q等于入库流量Q，即来多少泄多少，保持库水位不变，至t1时刻Q＝q限（即q＝q限）时闸门全部开启。

在t1～t2时段内， Q大于q，水库水位逐渐上升，按下泄能力q下泄，至t2时刻下泄流量q达到下游安全泄量q安。

t2～t3时段内，下泄能力q＞q安，为保证下游防护对象的防洪安全，使闸门逐渐关闭，控制下泄流量q＝q安，库水位逐渐上升，c点以后库水位才逐渐降低。

q≥q限的情况安（2）满足水库防洪要求的调洪计算水库的防洪要求，主要是当出现水工建筑物的设计（或校核）标准洪水时，确保水库工程的安全。

一般水工建筑物的设计洪水标准，高于下游防护区的设计洪水标准。

这样，就需要分两级调洪计算：一级调洪计算，以相应于下游防护标准的设计洪水，作为入库洪水，控制下泄流q≤q安，进行调洪计算，求出防洪库容V防和防洪高水位Z防，二级调洪计算，用大坝的设计标准洪水作为入库洪水，进行调洪计算。

按上述防洪要求闸门的操作过程分两种情况：1）q安＜q限的情况，如下图所示，当洪水来临时，其闸门操作方式的一般过程为t0～t1时段内，随着入库流量Q不断增大，闸门逐渐开启加大，使下泄流量q等于入库流量Q，即来多少泄多少，保持库水位不变，至t时刻。

t1～t2时段1内，入库流量Q＞q安，为保证下游防护对象的防洪安全，将闸门逐渐关闭，控制下泄流量q＝q安，库水位逐渐上升，当水库蓄水量蓄满V防后，水库水位达到防洪高水位Z防，如果此时来水量仍然较大，说明该次洪水超过了下游防洪标准相应的洪水，为保证水库大坝本身的安全，不再考虑下游防洪要求，将闸门全部打开，形成自由泄流，作二级调洪计算，按下泄能力q下泄，下泄流量q＞q安，下泄流量过程同无闸门控制下游无防洪任务的情况。

q＜q限的情况安2）q安≥q限的情况，如下图所示，当设计洪水来临时，其闸门操作方式的一般过程为t0～t1时段内，随着入库流量Q不断增大，闸门逐渐开启加大，使下泄流量q等于入库流量Q，即来多少泄多少，保持库水位不变，至t1时刻Q＝q限（即q＝q限）时闸门全部开启。

在t1～t2时段内， Q大于q，水库水位逐渐上升，按下泄能力q下泄，至t2时刻下泄流量q达到下游安全泄量q安。

t2～t3时段内，下泄能力q＞q安，为保证下游防护对象的防洪安全，使闸门逐渐关闭，控制下泄流量q＝q安，库水位逐渐上升，当水库蓄水量蓄满V防后，水库水位达到防洪高水位Z防，如果此时来水量仍然较大，说明该次洪水超过了下游防洪标准相应的洪水，为保证水库大坝本身的安全，不再考虑下游防洪要求，将闸门全部打开，形成自由泄流，作二级调洪计算，按下泄能力q下泄，下泄流量q＞q安，下泄流量过程同无闸门控制下游无防洪任务的情况。

q≥q限的情况安上述调洪计算方法是首先考虑其下游的防护要求，当洪水超过了防护对象的洪水标准时，就应只考虑大坝的安全。

这样的两级防洪调节所需要的调洪库容为V＋ΔV。

若入库洪水为大坝设计标准的洪水，则调洪计算得到的最高水位和最防大调洪库容就为设计洪水位和设计调洪库容。

若入库洪水为大坝校核标准的洪水，则调洪计算得到的最高水位和最大调洪库容就为校核洪水位和校核调洪库容。

4．溢洪道宽度、调洪库容的选定前面讨论了有闸门控制情况下，当水库负担下游防洪任务时，采用按下游防护标准洪水、大坝设计洪水（或校核洪水）等多级调洪计算方法，进行水库的防洪调节。

在规划阶段，一般要假设若干个溢洪道堰顶宽度B1、B2、B3……，按照上述多级设计洪水分别进行调洪计算，然后绘制出B～V和B～Z m关系曲线。

再根据水库及溢洪道的地形、工程地质、淹没损失以及枢纽布置等情况，通过对各方案的经济分析与比较，最后优选出一组溢洪道宽度B和相应的水库调洪库容。

具体步骤与无闸门控制情况相类似。