1、水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,第一節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪的任務(wù) 第二節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算原理 第三節(jié) 水庫(kù)防洪列表計(jì)算 第四節(jié) 水庫(kù)防洪半圖解法,洪水會(huì)造成哪些危害?,沖垮河堤,洪水會(huì)造成哪些危害?,淹沒(méi)農(nóng)田與村莊,洪水會(huì)造成哪些危害?,破壞交通等公共設(shè)施,洪水會(huì)造成哪些危害?,造成人畜傷亡,對(duì)沿岸城市構(gòu)成巨大威脅,洪水會(huì)造成哪些危害?,抗洪搶險(xiǎn)加固大堤,防御洪水災(zāi)害,第一節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪的任務(wù),一.我國(guó)基本情況及治理 二.水庫(kù)的調(diào)洪計(jì)算任務(wù),一.我國(guó)基本情況及治理,1、我國(guó)洪災(zāi)基本情況 我國(guó)是洪水災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家。據(jù)記載： 自公元前206年-公元1949年，共發(fā)生洪災(zāi)1092次，平均每?jī)赡昃桶l(fā)生一次水災(zāi)。 1949-198

2、8年間，平均每年受災(zāi)面積達(dá)1.2億畝，成災(zāi)0.8億畝，主要江河都發(fā)生過(guò)較大洪水。進(jìn)入九十年代，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，洪水損失呈加速上升之態(tài)勢(shì)； 1990年的洪水直接經(jīng)濟(jì)損失為239.0億元，1994、1995年為1796.6億元、1653.3億元，連續(xù)兩年突破千億元； 1998年由于長(zhǎng)江、松花江、嫩江流域遭遇歷史罕見(jiàn)洪水，全年洪水直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2642.0億元，洪水災(zāi)害對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。,75.8洪水,98洪水,長(zhǎng)江流域發(fā)生了僅次于1954年的全流域型大洪水。嫩江流域、松花江干流發(fā)生了超過(guò)歷史實(shí)測(cè)記錄的特大洪水。長(zhǎng)江九江大堤發(fā)生決口。全國(guó)800多萬(wàn)人參加了抗洪搶修，調(diào)用

3、搶險(xiǎn)物料總價(jià)值130多億元?？购閾岆U(xiǎn)期間形成了“萬(wàn)眾一心、眾志成城、不怕困難、頑強(qiáng)拼搏、堅(jiān)韌不拔、敢于勝利”的偉大抗洪精神,長(zhǎng)江水災(zāi),漢初至清末近2100年 水災(zāi)214次，平均10年一次 大洪水年份 宜昌站流量 損失 1788 8.6 萬(wàn) 沙市以上潰22處； 1860 9.25 萬(wàn) 受淹3萬(wàn)多KM2； 1870 10.5 萬(wàn) 受淹3萬(wàn)多KM2 ； 1931 6.46萬(wàn) 亡14.5萬(wàn)； 1935 5.69萬(wàn) 亡14.2萬(wàn)； 1949 5.79萬(wàn) 亡5699； 1954 6.61萬(wàn) 亡33169 ； 1998 6.33萬(wàn) 亡1432人，淹沒(méi)耕地358.6萬(wàn)畝，受災(zāi)人口231.6萬(wàn),2.治理措施：

4、（1）對(duì)于自然因素，須通過(guò)各種工程措施進(jìn)行抵御。如興修堤防、整治河道、興建水庫(kù)及分洪滯洪工程、開(kāi)挖新河和水土保持等。 （2）對(duì)于人為因素，需要在防洪的指導(dǎo)思想上來(lái)個(gè)轉(zhuǎn)變和發(fā)展。國(guó)內(nèi)外已先后逐漸采取的工程措施和非工程措施想結(jié)合抗御洪水的辦法即是此防洪思想和策略的發(fā)展，比較有效,防洪措施簡(jiǎn)介,防洪措施,工程措施,非工程措施,修筑堤防,河道整治,開(kāi)辟分洪道和分蓄洪工程,水庫(kù)攔洪,水土保持,洪泛區(qū)管理,建立洪水預(yù)報(bào)和洪水警報(bào)系統(tǒng),洪水保險(xiǎn),疏浚河道,興修堤防,修建水庫(kù),分洪區(qū)分洪,水土保持工程,二 水庫(kù)調(diào)洪的任務(wù),任務(wù)：在水工建筑物或下游防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)一定的情況下，根據(jù)水文分析計(jì)算提供的各種標(biāo)準(zhǔn)的

5、設(shè)計(jì)洪水或已知的設(shè)計(jì)入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)，水庫(kù)特性曲線(xiàn)、擬定的泄洪建筑物的形式和尺寸、調(diào)洪方式等，通過(guò)計(jì)算，推求出水庫(kù)的出流過(guò)程、最大下泄流量、特征庫(kù)容和相應(yīng)的特征洪水位。,作用：攔蓄洪水，削減洪峰，延長(zhǎng)泄洪時(shí)間，使下泄流量能安全通過(guò)下游河道。,水庫(kù)調(diào)節(jié)洪水示意圖,無(wú)閘門(mén)情形一,無(wú)閘門(mén)情形二,有閘門(mén)情形一,有閘門(mén)情形二,第二節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的原理,調(diào)洪計(jì)算的目的（研究課題）：,一定的水庫(kù) 擬定的泄洪建筑物,防洪標(biāo)準(zhǔn) 類(lèi)型、尺寸 防洪限制水位 入庫(kù)洪水過(guò)程 下游安全泄量,出庫(kù) 洪水 過(guò)程,最大 下泄 流量,防洪 特征 庫(kù)容,特征 水位,一.洪水調(diào)節(jié)計(jì)算原理 1.水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的直接目的，在于求出水庫(kù)逐時(shí)

6、段的蓄水、泄水變化過(guò)程，從而獲得調(diào)節(jié)該次洪水后的水庫(kù)最高洪水位和最大下泄流量，供進(jìn)一步防洪計(jì)算分析之用。 2.水庫(kù)調(diào)洪演算要遇到兩種情況： 一種為下泄流量受到控制的調(diào)洪演算，其控制調(diào)節(jié)方式由水庫(kù)防洪運(yùn)行規(guī)則決定。這只有在有閘門(mén)控制的泄洪設(shè)備條件下才存在。 另一種情況為自由泄洪條件下的調(diào)洪演算，無(wú)閘門(mén)溢洪道泄流、或設(shè)閘門(mén)開(kāi)啟程度一定的條件下泄流屬此種情況。,基本原理：水庫(kù)水量平衡方程 在某一時(shí)段內(nèi)，入庫(kù)水量減去出庫(kù)水量，應(yīng)等于該時(shí)段內(nèi)水庫(kù)增加或減少的蓄水量。水量平衡方程為：,Q、q(m3/s),t (min),Qt,qt,qmax,Qi,Qi+1,qi,qi+1,V2-V1,ti,ti+1,t,

7、水量平衡方程,水庫(kù)水量平衡示意圖,一個(gè)方程兩個(gè)未知數(shù)沒(méi)有辦法求解,水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用公式（瞬態(tài)法）： 水量平衡方程： 蓄泄方程：,方程或曲線(xiàn)，可按泄洪建筑物的水力特性換算得到。 （1）堰流 H即為庫(kù)水位Z與堰頂高程之差 （2）泄洪洞 H即為庫(kù)水位Z與閘孔中心高程之差 根據(jù)H與q的關(guān)系曲線(xiàn)求出Z與q的關(guān)系曲線(xiàn)q=f(z)。由水庫(kù)水位z在水庫(kù)容積特性曲線(xiàn)上，求出相應(yīng)的水庫(kù)蓄水容積V。于是，最終求出下泄流量q與庫(kù)容V的關(guān)系曲線(xiàn)q=f(V),第三節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算列表試算法,水利規(guī)劃中，常需要根據(jù)水工建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)，按水文學(xué)中介紹的方法去推求設(shè)計(jì)洪水流量過(guò)程線(xiàn)。對(duì)于調(diào)洪計(jì)算來(lái)說(shuō)，入庫(kù)洪

8、水流量過(guò)程線(xiàn)及下游所允許的水庫(kù)最大泄流量都是已知的。并且對(duì)于初步擬定的方案，汛限水位及泄洪建筑物的樣式尺寸也是確定的。 調(diào)洪計(jì)算就是在這些已知條件下，推求泄洪的過(guò)程線(xiàn)、攔蓄洪水庫(kù)容和水庫(kù)水位變化過(guò)程線(xiàn)。,列表試算法 在水利規(guī)劃中，常需根據(jù)水工建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，按工程水文中所介紹的方法，去推求設(shè)計(jì)洪水流量過(guò)程線(xiàn)。 已知：入庫(kù)洪水過(guò)程及下游允許水庫(kù)下泄的最大流量 水庫(kù)汛期防洪限制水位 泄洪建筑物的型式和尺寸 推求：下泄洪水過(guò)程線(xiàn) 攔蓄洪水的庫(kù)容和水庫(kù)水位的變化,一、計(jì)算步驟 （1）由已知的水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線(xiàn)V=f (Z)和泄流建筑物方案，用水力學(xué)公式求出下泄流量與庫(kù)容的關(guān)系曲線(xiàn)q=

9、f(V)； （2）選取合適的計(jì)算時(shí)段t，以秒為計(jì)算單位； （3）決定開(kāi)始計(jì)算的時(shí)刻和此時(shí)刻的V1、q1值，然后列表計(jì)算。 （4）計(jì)算過(guò)程中，對(duì)每一計(jì)算時(shí)段的V2、q2值都要進(jìn)行試算；先假定一個(gè)q2值，根據(jù)水量平衡方程求出V2,然后按此V2值在qV曲線(xiàn)上查出q2值，若與假定的q2不相等，則要重新假定一個(gè)q2值，重復(fù)上述試算過(guò)程，直至兩者相等或很接近為止。 （5）這樣多次演算求得的q2、V2值就是下一時(shí)段的q1、V1值，可依據(jù)此值進(jìn)行下一時(shí)段的試算。 （6）將計(jì)算結(jié)果繪制成曲線(xiàn)，供查閱。 （7）最后算出qmax，Vmax，Zmax。,2. 列表式算法計(jì)算原理,求解思路：,假定,方程（1）,方程（2

10、）,是,輸出結(jié)果,否,例某水庫(kù)的泄洪建筑物型式和尺寸已定，設(shè)有閘門(mén)，堰頂高程為36.0m。水庫(kù)的運(yùn)行方式是：在洪水來(lái)臨時(shí)，先用閘門(mén)控制q使其等于Q，水庫(kù)保持在汛期防洪限制水位(38.0m)。當(dāng)Q繼續(xù)增大，使閘門(mén)達(dá)到全開(kāi)，以后就不用閘門(mén)控制，q隨z的升高而加大，流態(tài)為自由泄流，qmax也不限制，與無(wú)閘門(mén)控制情況相同。水庫(kù)容積特性Vf(z)、根據(jù)泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位與下泄流量關(guān)系曲線(xiàn)qf(z)見(jiàn)表2。,求水庫(kù)的下泄流量過(guò)程、庫(kù)水位變化情況、最大下泄流量、水庫(kù)達(dá)到的最高水位及發(fā)生的相應(yīng)時(shí)刻。,3.3 列表試算法實(shí)例,表 某水庫(kù)V=f(Z)、q=f(Z)曲線(xiàn)(閘門(mén)全開(kāi)),返回例題,返回分析,

11、圖3-2 某水庫(kù)V=f(Z)、q=f(Z)曲線(xiàn),從第18h起，Q開(kāi)始大于173.9m3/s，水庫(kù)開(kāi)始蓄水。因此，以第18h為起調(diào)時(shí)刻，此時(shí)初始的q1為173.9m3/s，而初始的V1為6450104m3。 然后，按式(3-2)進(jìn)行計(jì)算。相應(yīng)數(shù)據(jù)列入表中。數(shù)字下有橫線(xiàn)者為初始已知值。,表3-3 調(diào)洪計(jì)算列表試算法,第一個(gè)計(jì)算時(shí)段第18-21h，q1173.9m3/s，V1=6450104m3，Q1174m3/s，Q2340m3/s。對(duì)q2 、v2要進(jìn)行試算，試算過(guò)程。,入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn),下泄洪水過(guò)程線(xiàn),水庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn),在第36h，Z40.5m，V10 232104m3，Q=900m3/s，q78l

12、m3/s； 而在第39h，Z=40.51m，V=l 0280l04m3,Q=7604m3, q=790m3/s。 按前述水庫(kù)調(diào)洪的原理，當(dāng)q max出現(xiàn)時(shí)，一定是qQ，此時(shí)Z、V均達(dá)最大值。 顯然，q max將出現(xiàn)在第36h與第39h之間，在表3-4中并未算出。通過(guò)進(jìn)一步試算，在第38h16min處，可得出qmaxQ795m3/s，Zmax=40.52m，Vmax10290104m3。 也可通過(guò)圖解近似定出相應(yīng)值。,水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的列表試算法,第四節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪半圖解法,雙輔助線(xiàn)法（參看課本p163) 單輔助線(xiàn)法,（一）調(diào)洪演算雙輔助線(xiàn)法 雙輔助線(xiàn)法：先將式（3-1）改寫(xiě)成 式中 式中左端各項(xiàng)為已

13、知值，可制作 關(guān)系曲線(xiàn)（見(jiàn)下圖），以此作為輔助曲線(xiàn)，便可避免調(diào)洪演算中的試算，而可按下圖箭頭所示方法進(jìn)行演算,2020年8月18日4時(shí)20分,51,半圖解法中必需的兩根輔助線(xiàn),水位下泄流量關(guān)系曲線(xiàn),本方法屬于半圖解法中的雙輔助線(xiàn)法。,半圖解法的計(jì)算步驟(1)：,(1)根據(jù)已知的入庫(kù)洪水流量過(guò)程線(xiàn)、水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線(xiàn)、汛期防洪限制水位、計(jì)算時(shí)段t等，確定調(diào)洪計(jì)算的起始時(shí)段，并劃分各計(jì)算時(shí)段。算出各時(shí)段的平均入庫(kù)流量 ，并定出第一時(shí)段初始的Z1、q1、V1值。,半圖解法的計(jì)算步驟(2)：,(2)在圖3-4的水位坐標(biāo)軸上量取第一時(shí)段的Z1，得a點(diǎn)。作水平線(xiàn)ac交曲線(xiàn)A于b點(diǎn)，并 使bc= 。 因曲

14、線(xiàn)A是（V/t-q/2)=f1(z），a點(diǎn)代表Z1，ab=(V1/t-q1/2)， ac= + (V1/t-q1/2)，按式(3-5)，即等于（V2/t+q2/2）。,(3) 從c點(diǎn)作垂線(xiàn)交曲線(xiàn)B于d點(diǎn)，過(guò)d點(diǎn)作水平線(xiàn)de交水位坐標(biāo)軸于e，顯然de=ac=（V2/t+q2/2）。因曲線(xiàn)B是 （V/t-q/2)=f2(Z），d點(diǎn)在曲線(xiàn)B上，e就應(yīng)代表Z2，從e點(diǎn)可讀出Z2值。,半圖解法的計(jì)算步驟(3),A,B,C,A,B,C,半圖解法的計(jì)算步驟(4),A,B,C,A,B,C,(4) de交曲線(xiàn)C于f點(diǎn)，過(guò)f 點(diǎn)作垂線(xiàn)交q坐標(biāo)軸于g點(diǎn)。因曲線(xiàn)C是q=f3(Z),e代表Z2,而ef是q2，即從g點(diǎn)可

15、以讀出q2的值。,半圖解法的計(jì)算步驟:,(5) 根據(jù)Z2值，利用水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線(xiàn)可求出V2的值。,(6) 將e點(diǎn)所代表的Z值作為第二時(shí)段的Z1，按上述方法依次進(jìn)行圖解計(jì)算，又可求出第二時(shí)段的Z2、Q2、V2值。按逐時(shí)段進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果列表，即完成全部計(jì)算。,水庫(kù)調(diào)洪半圖解法的實(shí)例,例3-1某水庫(kù)的泄洪建筑物型式和尺寸已定，設(shè)有閘門(mén)，堰頂高程為36.0m。水庫(kù)的運(yùn)行方式是：在洪水來(lái)臨時(shí)，先用閘門(mén)控制q使其等于Q，水庫(kù)保持在汛期防洪限制水位(38.0m)。當(dāng)Q繼續(xù)增大，使閘門(mén)達(dá)到全開(kāi)，以后就不用閘門(mén)控制，q隨z的升高而加大，流態(tài)為自由泄流，qmax也不限制，與無(wú)閘門(mén)控制情況相同。水庫(kù)容積特性vf(z)、根據(jù)泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位與下泄流量關(guān)系曲線(xiàn)qf(z)。,3.3 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的半圖解法,例3-2某水庫(kù)及原始資料均與例3-1 相同，用半圖解法進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。,表3-2 某水庫(kù)V=f(Z)、q=f(Z)曲線(xiàn)(閘門(mén)全開(kāi)),