水资源规划及利用

1/51水资源规划及利用2/51水库调洪计算的基本方法第三节本讲主要内容：第三章一、列表试算法二、半图解法三、简化三角形法水库洪水调节及计算3/51在水利规划中，常需根据水工建筑物的设计标准或下游防洪标准，按工程水文中所介绍的方法，去推求设计洪水流量过程线。因此对于调洪计算来说，入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量均是已知的。同时，水库汛期防洪限制水位以及泄洪建筑物的型式和尺寸也是已知的。调洪计算的已知条件：4/51调洪计算的已知条件：水库调洪计算已知条件（1）入库洪水过程（3）防洪限制水位（起调水位）（2）下游安全泄量（4）泄水建筑物型式及尺寸q=f(v)曲线已知5/51水库的调洪计算就是推求（1）下泄洪水过程线,即q~t曲线（3）水库水位的变化,即z~t曲线（2）拦蓄洪水的库容6/51水库调洪计算的基本方法：一、列表试算法二、半图解法三、简化三角形法7/51水库调洪计算的基本方法：一、列表试算法二、半图解法三、简化三角形法8/51一、列表试算法：列表试算法根据水量平衡方程和蓄泄方程两式的公用解，通过列表试算，逐时段求得水库的蓄水量和下泄流量。这种通过试算求方程组公共解的方法称为列表试算法。9/51重要步骤如下：引用水库的设计洪水过程线。NO.110/51根据水库容积曲线和泄洪建筑物的泄洪能力公式，求出下泄流量与库容的关系曲线。NO.2选取合适的计算时段（以秒为计算单位），由设计洪水过程线摘录Q1，Q2，……。NO.4根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。NO.3()VfZ=()qfV=Δt11/51决定起始计算时刻的q1、V1值，然后列表计算，计算过程中，对每一计算时段的q2、V2值都要进行试算。NO.5将入库洪水Q～t过程和计算所得的泄流过程q～t绘在同一张图上，若计算所得的qm最大下泄流量正好是两线的交点，说明计算qm正确。NO.6由qm查q=f(V)关系线，可得最高洪水位时的库容V总。由V总减去起调水位相应库容，即得水库为调节该次入库洪水所需的调洪库容Vm。再由V总查水位库容曲线，就可得到最高洪水位Zm。NO.712/51试算的基本步骤由起始条件确定起始计算时段的q1、V1和入库流量Q1，Q2，假设时段末的下泄流量q2，根据水量平衡方程求出时段末水库的蓄水增量△V，而V1+△V=V2，由V2查曲线q=f(v)得q2。将其与假定的q2相比较，若两者相等，即为所求。否则需重新假设一个q2值，重复上述试算过程，直至两者相等或很接近为止，这样便完成了一个时段的计算工作。把这一时段末的q2、V2，作为下一时段的q1、V1，再进行下一时段的试算。如此连续下去，便可求得整个泄流过程q～t。13/51某水库泄洪建筑物为无闸河岸式溢洪道，堰顶高程与正常蓄水位齐平，为132m，堰顶净宽B=40m，流量系数M1＝1.6。该水库设有小型水电站，汛期按水轮机过流能力Q电＝10m3/s引水发电，尾水再引入渠首灌溉。水库的容积曲线见表3-1和图3-1。水库设计标准为百年一遇，设计洪水过程如表3-2中第（1）、（2）栏所列。试用试算法求水库泄流过程、设计最大下泄流量、拦洪库容和设计洪水位。库水位（m）116118120122124126128130132134136137库容(104m3)02082210418732121217002730360044604880表3-1某水库水位容积关系线起调水位132m初始库容2730×104m314/51图3-1某水库面积和容积特性曲线15/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)，如图所示图某水库q=f(v)关系曲线解：16/51水库关系曲线计算步骤及表如下：()qfV=第（1）行为堰顶高程132m以上假设的不同库水位Z；第（2）行为堰顶水头H，等于库水位Z减去堰顶高程；第（3）行为溢洪道下泄流量，由＝1.6×40×=64第（4）行为发电流量10m3/s；第（5）行为总的下泄流量；第（6）行为相应库水位Z的库容V，可由库容曲线查得。321qMBH溢＝32H32H库水位Z(m)（1）132132.5133…136137溢洪道堰顶水头H(m)（2）00.51…45溢洪道泄量q溢(m3/s)（3）02264…522716发电洞泄量q电(m3/s)（4）101010…1010总泄流量q(m3/s)（5）103274…532726库容V(104m3)（6）273029803180…4460488017/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件。由于本水库溢洪道无闸门控制，因此起调水位亦即防洪限制水位取为与堰顶高程齐平，即132m。相应库容为2730×104m3，初始下泄流量为发电流量10m3/s。18/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件。（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量初选计算时段△t＝8h＝28800s，按计算时段的入库洪水流量，计算出时段平均入库流量和时段入库水量。平均入库流量为：(Q1+Q2)/2＝(0+100)/2＝50m3/s，入库水量为△t(Q1+Q2)/2=28800×50＝144×104m319/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件。（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量（4）逐时段试算求泄流过程q～t20/51时间t(h)Q(m3/s)(m3/s)q(m3/s)(m3/s)△V（m3）V(m3)Z(m)q’(m3/s)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)0050102730132.0810016480290调洪试算过程：Qq20151012831132.11516131072837132.216134756193456133.613421/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件。（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量（4）逐时段试算求泄流过程q～t22/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量（4）逐时段试算求泄流过程q～t（5）绘制下泄流量过程线；水库蓄水过程线；水库水位过程线（6）绘制Q～t与q～t曲线，推求最大下泄流量23/510816243240485664t（h）800700600500400300200100Qq（m3/s）Q~tq~t图某水库设计洪水过程线与下泄流量过程线最大下泄流量应是两曲线的交点，如果不是，要减小计算时段，重新进行试算24/51时间t(h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量（m3/s）时段入库水量(104m3下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量(m3/s)时段下泄水量(104m3)时段内水库存水量变化△V(104m3)水库存水量V(104m3)水库水位Z(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)0050144.0101337.4106.62730132.08100162837132.216480290835.213475216.0619.23456133.6248406601900.8510322927.4973.44429135.9287307851130.4640575828.0302.44731136.630650690496.8660650468.028.84760136.732560605435.6638(660)649467.3-31.74728136.6403404501296.04905641624.3-328.34400135.848210275792.03304101180.8-388.84011134.9某水库调洪计算表25/51（1）计算并绘制水库的关系曲线q=f(v)解：（2）确定调洪的起始条件（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量（4）逐时段试算求泄流过程q～t（5）绘制下泄流量过程线；水库蓄水过程线；水库水位过程线（6）绘制Q～t与q～t曲线，推求最大下泄流量（7）推求拦洪库容和设计洪水位26/51时间t(h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量（m3/s）时段入库水量(104m3下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量(m3/s)时段下泄水量(104m3)时段内水库存水量变化△V(104m3)水库存水量V(104m3)水库水位Z(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)0050144.0101337.4106.62730132.08100162837132.216480290835.213475216.0619.23456133.6248406601900.8510322927.4973.44429135.9287307851130.4640575828.0302.44731136.630650690496.8660650468.028.84760136.732560605435.6638(660)649467.3-31.74728136.6403404501296.04905641624.3-328.34400135.848210275792.03304101180.8-388.84011134.9某水库调洪计算表qmax＝660m3/s的库容为4760×104m3，减去堰顶高程以下库容2730×104m3，即为V设＝2030×104m3，而相应于4760×104m3的库水位，即为Z设＝136.7m。27/51列表试算法较为准确，并适用于计算时段改变、泄流规律变化的情况，而且便于使用计算机进行计算，故为水库防洪调节计算的基本方法。但采用手算时列表试算法计算工作量比较大。总结28/51水库调洪计算的基本方法：一、列表试算法二、半图解法三、简化三角形法29/51二、半图解法：半图解法方程组水量平衡方程和蓄泄方程也可以用图解和计算相结合的方式求解，这种方法称为半图解法。1双辅助曲线法1单辅助曲线法常用避免了列表试算法的繁琐，减轻了计算工作量缺点不适用于计算时段不同或泄流规律变化的情况。30/51单辅助曲线法：1．单辅助曲线法的原理12111222QQqqQq+=-=-、221112Δ2Δ22VqVqQQtt++=-+水量平衡方程12122111()Δ()Δ22QQtqqtVV+-+=-整理得将代入上式整理得22111Δ2Δ2VqVqQqtt+=-+-+时段始末入库平均流量，由洪水过程线上得到时段初已知值时段末的未知值31/51单辅助曲线法：1．单辅助曲线法的原理22111Δ2Δ2VqVqQqtt+=-+-+时段始末入库平均流量，由洪水过程线上得到时段初已知值时段末的未知值由公式可以看出：()Δ2Vqt+()Δ2Vqt+()Δ2Vqt+因公式两端都有，只需绘制一条辅助曲线就能求解q2，V2，故称单辅助曲线法。是q的函数，可将q与之间的关系绘制成调洪辅助曲线。32/51图单辅助曲线033/51图单辅助曲线2.单辅助曲线法调洪计算：根据起始条件q1，在辅助曲线上查出相应的值11()Δ2Vqt+计算22111Δ2Δ2VqVqQqtt+=++-由值在单辅助曲线上反查出相应的值，以q2作下一时段的q122()Δ2Vqt+重复上述图解计算，即得下泄流量过程线q=f(t)123434/51由于作辅助线时△t需取固定值，且是由蓄泄曲线q=f(V)转换而来，故该法只适用于自由泄流（无闸或闸门全开）△t固定的情况。当有闸控制泄流时，应按控制的泄量调洪；当△t有变化时，应按改变的△t重新作辅助线，或用试算法计算。()Δ2Vqqft=+需要指出35/51某水库基本资料及设计方案均与上个例题相同，用单辅助曲线法进行调洪计算。Δt调洪计算步骤如下：1.计算并绘制辅助线为提高图解精度，计算中V值取溢洪道堰顶以上的库容。计算时段取＝4h。解：36/51水库水位Z(m)总库容V总(104m3)堰顶以上库容V(104m3)(m3/s)q(m3/s)q/2(m3/s)(m3/s)(