水库洪水调节基本原理学习教案

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1、会计学1水库洪水水库洪水(hngshu)调节基本原理调节基本原理第一页，共79页。洪水洪水(hngshu)(hngshu)会造成会造成哪些危害哪些危害? ?冲垮河堤冲垮河堤(h d)(h d)第1页/共79页第二页，共79页。洪水会造成洪水会造成(zo chn)(zo chn)哪些危害哪些危害? ?淹没淹没(ynm)(ynm)农田农田与村庄与村庄第2页/共79页第三页，共79页。洪水洪水(hngshu)(hngshu)会造成哪些危害会造成哪些危害? ?破坏破坏(phui)(phui)交通等公交通等公共设施共设施第3页/共79页第四页，共79页。洪水会造成哪些洪水会造成哪些(nxi)(nxi)危

2、危害害? ?造成造成(zo (zo chn)chn)人畜伤人畜伤亡亡第4页/共79页第五页，共79页。对沿岸城市对沿岸城市(chngsh)(chngsh)构成构成巨大威胁巨大威胁洪水会造成洪水会造成(zo chn)(zo chn)哪些危害哪些危害? ?第5页/共79页第六页，共79页。抗洪抢险抗洪抢险加固加固(ji (ji )大堤大堤防御洪水防御洪水(hngshu)灾害灾害第6页/共79页第七页，共79页。第7页/共79页第八页，共79页。第8页/共79页第九页，共79页。呈加速上升之态势；1990年的洪水直接经济损失为亿元，1994、1995年为亿元、亿元，连续两年突破千亿元；1998年由于

3、长江、松花江、嫩江流域遭遇历史(lsh)罕见洪水，全年洪水直接经济损失高达亿元，洪水灾害对我国国民经济的可持续发展构成了严重威胁。第9页/共79页第十页，共79页。第10页/共79页第十一页，共79页。第11页/共79页第十二页，共79页。第12页/共79页第十三页，共79页。第13页/共79页第十四页，共79页。汉初至清末近汉初至清末近2100年年 水灾水灾214次，平均次，平均10年一次年一次 大洪水年份大洪水年份 宜昌站流量宜昌站流量 损失损失 1788 8.6 万万 沙市以上溃沙市以上溃22处；处； 1860 9.25 万万 受淹受淹3万多万多KM2； 1870 10.5 万万 受淹受

4、淹3万多万多KM2 ； 万万 亡万；亡万； 万万 亡万；亡万； 万万 亡亡5699；万万 亡亡33169 ； 1998 万万 亡亡1432人，淹没人，淹没(ynm)耕地万亩，受灾人口万耕地万亩，受灾人口万第14页/共79页第十五页，共79页。后逐渐采取的工程措施和非工程措施想结合抗御洪水的办法即是此防洪思想和策略的发展，比较有效第15页/共79页第十六页，共79页。防洪措施防洪措施工程工程(gngchng)措施措施非工程措施非工程措施(cush)修筑堤防修筑堤防河道整治河道整治开辟分洪道和分蓄洪工程开辟分洪道和分蓄洪工程水库拦洪水库拦洪水土保持水土保持洪泛区管理洪泛区管理建立洪水预报和洪水警报

5、系统建立洪水预报和洪水警报系统洪水保险洪水保险第16页/共79页第十七页，共79页。第17页/共79页第十八页，共79页。第18页/共79页第十九页，共79页。第19页/共79页第二十页，共79页。第20页/共79页第二十一页，共79页。第21页/共79页第二十二页，共79页。建筑物类型(lixng)与尺寸、调洪方式和调洪库容之间是相互关联、相互影响的。n水库防洪调节计算，就是要定量地分析计算它们之间的关系。第22页/共79页第二十三页，共79页。 二二 水库水库(shuk)(shuk)调洪的任务调洪的任务 任务：在水工建筑物或下游防护对象的防洪标任务：在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定

6、的情况下，根据水文分析计算提供准一定的情况下，根据水文分析计算提供(tgng)的各种标准的设计洪水或已知的设计入库洪水过程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形式和尺线，水库特性曲线、拟定的泄洪建筑物的形式和尺寸、调洪方式等，通过计算，推求出水库的出流过寸、调洪方式等，通过计算，推求出水库的出流过程、最大下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位程、最大下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位。 作用：拦蓄洪水，削减洪峰作用：拦蓄洪水，削减洪峰(hngfng)，延，延长泄洪时间，使下泄流量能安全通过下游河道。长泄洪时间，使下泄流量能安全通过下游河道。第23页/

7、共79页第二十四页，共79页。水库水库(shuk)调节洪水示意图调节洪水示意图QtZtqt库库水水位位Z流流量量Qq(a)V蓄蓄第24页/共79页第二十五页，共79页。 无闸门(zhmn)情形一 第25页/共79页第二十六页，共79页。 无闸门(zhmn)情形二 第26页/共79页第二十七页，共79页。 有闸门有闸门(zhmn)情情形一形一第27页/共79页第二十八页，共79页。 有闸门有闸门(zhmn)情形二情形二第28页/共79页第二十九页，共79页。第29页/共79页第三十页，共79页。第30页/共79页第三十一页，共79页。第31页/共79页第三十二页，共79页。（2）若水库要承担下游

8、）若水库要承担下游(xiyu)防洪任务，则除了要选定水工防洪任务，则除了要选定水工建筑物的设计标准外，还要选定下游建筑物的设计标准外，还要选定下游(xiyu)防护对象的防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，结合防护对象和防洪工程的具体条对政治、经济的影响，结合防护对象和防洪工程的具体条件，并征求有关方面的意见。件，并征求有关方面的意见。第32页/共79页第三十三页，共79页。第33页/共79页第三十四

9、页，共79页。设计(shj)永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为正常运用（设计(shj)）和非常运用（校核）两种情况，根据建筑物级别按表4，表5，表6选定。 永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水标准第34页/共79页第三十五页，共79页。 水电站厂房(chngfng)正常运用洪水标准和非常运用洪水标准 永久性挡水和泄水(xi shu)建筑物非常运用洪水标准第35页/共79页第三十六页，共79页。一定的水库一定的水库(shuk)拟定的泄洪建筑物拟定的泄洪建筑物防洪标准防洪标准类型、尺寸类型、尺寸防洪限制水位防洪限制水位入库洪水过程入库洪水过程下游安全泄量下游安全泄量出库出库洪水洪水过程过程最大最

10、大下泄下泄流量流量防洪防洪特征特征库容库容特征特征水位水位第36页/共79页第三十七页，共79页。第37页/共79页第三十八页，共79页。 基本原理：水库水量平衡基本原理：水库水量平衡(pnghng)(pnghng)方程方程 在某一时段内，入库水量减去出库水量，应在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡衡(pnghng)(pnghng)方程为：方程为： 22Vq 、Q、q(m3/s)t (min)Qtqt qmaxQiQi+1qiqi+1V2-V1titi+1t12212122VVtqqtQQ水量平衡水量平衡(

11、pnghng)方程方程tQ 11Vq、t水库水库(shuk)水量平衡示意图水量平衡示意图一个方程两个未知数没有办法求解一个方程两个未知数没有办法求解第38页/共79页第三十九页，共79页。第39页/共79页第四十页，共79页。 溢洪道的泄流能力(nngl)可按堰流公式计算： 2/301BHMq溢 q溢溢洪道泄流能力(nngl)(m3s)； H0考虑行近流速v的堰顶水头，可近似(jn s)等于堰顶水深H（m）； B溢流堰净宽（m）； M1溢流系数，其值取决于溢流堰型式； 第40页/共79页第四十一页，共79页。 泄洪洞的泄流能力可按有压管流公式(gngsh)计算： 2/102HMq洞 q洞泄洪洞

12、的泄流能力(nngl)(m3s)； H0考虑行近流速v的堰顶水头，非淹没(ynm)出流时，H等于库水位与洞口中心高程之差，淹没(ynm)出流时，H为上下游水位之差（m）； 泄洪洞洞口的过水断面面积（m2）； M2流量系数。 第41页/共79页第四十二页，共79页。231BHMq 溢 方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换算得到。（1）堰流H即为库水位Z与堰顶高程之差（2）闸孔出流H即为库水位Z与闸孔中心高程之差 根据H与q的关系曲线求出Z与q的关系曲线q=f(z)。由水库(shuk)水位z在水库(shuk)容积特性曲线上，求出相应的水库(shuk)蓄水容积V。于是，最终求出下泄流量q与库容V的

13、关系曲线q=f(V)212HMq洞第42页/共79页第四十三页，共79页。第43页/共79页第四十四页，共79页。第44页/共79页第四十五页，共79页。第45页/共79页第四十六页，共79页。拦蓄洪水的库容和水库水位拦蓄洪水的库容和水库水位的变化的变化第46页/共79页第四十七页，共79页。第47页/共79页第四十八页，共79页。第48页/共79页第四十九页，共79页。2. 2. 列表式算法列表式算法(sun f)(sun f)计计算原理算原理求解求解(qi ji)思路：思路：假定假定(jidng)2q2V,2q方程（方程（1）方程（方程（2）,2?2qq 是是输出结果输出结果否否第49页/

14、共79页第五十页，共79页。例例某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰顶高程为。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门顶高程为。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门控制控制q使其等于使其等于Q，水库保持在汛期防洪限制水位，水库保持在汛期防洪限制水位(38.0m)。当。当Q继续增大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制继续增大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制，q随随z的升高而加大，流态为自由泄流，的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制也不限制，与无闸门控制情况相同。水库容积特性，与无闸门控制情况相同。水库容积特性Vf(z)、根

15、据泄、根据泄洪建筑物型式和尺寸算出的水位与下泄流量洪建筑物型式和尺寸算出的水位与下泄流量(liling)关系关系曲线曲线qf(z)见表见表2。求水库的下泄求水库的下泄(xi xi)流量过程、库水位变化情况流量过程、库水位变化情况、最大下泄、最大下泄(xi xi)流量、水库达到的最高水位及流量、水库达到的最高水位及发生的相应时刻。发生的相应时刻。第50页/共79页第五十一页，共79页。水位水位Z(m)36.0 36.5 37.0 37.5 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 库容库容V(m3) 433048005310586070807760854094201025011

16、200下泄流量下泄流量q(m3/s)022.5 55.0 105.0 267.2 378.3 501.9 638.9 786.1 946.0 表表 某水库某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线曲线(闸门闸门(zhmn)全开全开)返回返回(fnhu)例题例题第51页/共79页第五十二页，共79页。第52页/共79页第五十三页，共79页。返回返回(fnhu)分析分析第53页/共79页第五十四页，共79页。第54页/共79页第五十五页，共79页。表表3-3 调洪计算列表调洪计算列表(li bio)试算法试算法211212113222VVVQq( QQ)( qq)()tt第55页/共79页第五十六页，共

17、79页。第一个计算第一个计算(j sun)时段第时段第18-21h，q13/s，V1=6450104m3，Q1174m3/s，Q2340m3/s。对。对q2 、v2要进行试算，试算过程。要进行试算，试算过程。211212113 222VVV(QQ )(qq )()tt第56页/共79页第五十七页，共79页。入库入库(r k)洪水过程线洪水过程线入库流量入库流量Q(m3/s)下泄流量下泄流量q(m3/s)200015001000500041403938 0 10 20 30 40 50 时间时间t(h) 0 10 20 30 40 50 时间时间t(h)qmaxZmaxV蓄蓄下泄下泄(xi xi

18、)洪水过程线洪水过程线水库水库(shuk)水位过程线水位过程线第57页/共79页第五十八页，共79页。 在第在第36h，Z，V10 232104m3，Q=900m3/s，q78lm3/s；而在第而在第39h，Z，V=l 0280l04m3,Q=7604m3, q=790m3/s。按前述水库按前述水库(shuk)调洪的原理，当调洪的原理，当q max出现时出现时，一定是，一定是qQ，此时，此时Z、V均达最大值。均达最大值。显然，显然，q max将出现在第将出现在第36h与第与第39h之间，在表之间，在表3-4中并未算出。通过进一步试算，在第中并未算出。通过进一步试算，在第38h16min处，处，

19、可得出可得出qmaxQ795m3/s，Zmax，Vmax10290104m3。也可通过图解近似定出相应值。也可通过图解近似定出相应值。第58页/共79页第五十九页，共79页。第59页/共79页第六十页，共79页。 水库调洪演算双辅助(fzh)曲线计算表仅需对下表做何改变既可求得？（一）调洪演算双辅助线法双辅助线法：先将式（3-1）改写(gixi)成 式中式中左端各项为已知值，可制作关系曲线（见下图），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算中的试算，而可按下图箭头所示方法进行演算222211qtVQqtV时段平均入库流量tQ2qtVz2qtVz第60页/共79页第六十一页，共79页。)()2(2Zf

20、qtV)()2(1ZfqtV)(3Zfq水位水位下泄流量关系下泄流量关系(gun x)曲线曲线ZZZ(m)第61页/共79页第六十二页，共79页。ABCABC) 53()2()2(2211qtVqtVQQ第62页/共79页第六十三页，共79页。ABCABC(2)在图在图3-4的水位坐标的水位坐标轴上量取第一时段的轴上量取第一时段的Z1，得，得a点。作水平线点。作水平线ac交曲线交曲线A于于b点，并点，并使使bc= 。因曲线因曲线A是（是（V/t-q/2)=f1(z），），a点代表点代表(dibio)Z1，ab=(V1/t-q1/2)，ac= + (V1/t-q1/2)，按式，按式(3-5)，即

21、等于，即等于（V2/t+q2/2）。）。QQ) 53 ()2()2(2211qtVqtVQ第63页/共79页第六十四页，共79页。ABCABC第64页/共79页第六十五页，共79页。ABCABC第65页/共79页第六十六页，共79页。第66页/共79页第六十七页，共79页。第67页/共79页第六十八页，共79页。 解解 Q第68页/共79页第六十九页，共79页。第69页/共79页第七十页，共79页。 g q2Z2 e f d Z1 b c a)2(11qtVQ222Vqt下泄下泄(xi xi)流量流量q(m3/s)第70页/共79页第七十一页，共79页。表表3-6 调洪计算半图解法调洪计算半图

22、解法 ( (双辅助线法）双辅助线法）第71页/共79页第七十二页，共79页。时间时间t(h)t(h)入库洪水入库洪水流量流量Q(mQ(m3 3/s)/s)时段平均入时段平均入库流量库流量Q(mQ(m3 3/s)/s)下泄流下泄流量量q(mq(m3 3/s)/s)时段平均下时段平均下泄流量泄流量q(mq(m3 3/s)/s)时段内水库存水时段内水库存水量变化量变化V(V(万万m m3 3) )水库存水水库存水量量V(V(万万m m3 3) )水库水位水库水位z(m)z(m)(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)(7)(7)(8)(8)18181741742572

23、57173.9173.9180.5180.583836450645038.0 38.0 2121340340595595187187224.5224.54004006533653338.138.1242485085013851385262262343.5343.5112511256933693338.438.427271920192016851685425425522.5522.5125612568058805839.239.2303014501450128012806206206776776516519314931439.939.933331110111010051005734734757.

24、5757.52672679965996540.340.33636900900830830781781785.5785.54848102321023240.540.53939760760685685790790781781-104-104102801028040.5140.514242610610535535772772751.5751.5-234-234101761017640.440.44545460460410410731731702.5702.5-316-3169942994240.340.34848360360325325674674645.5645.5-346-34696269626

25、40.140.151512902906176179280928039.939.9第72页/共79页第七十三页，共79页。时间时间t(h)t(h)181821212424272730303333363639394242454548485151水库水水库水位位z(m)z(m)383838.138.138.438.439.239.2404040.340.340.540.540.540.540.440.440.340.340.140.139.939.9水库水水库水位位z1(m)z1(m)383838.138.138.438.439.239.2404040.340.340.440.440.540.540

26、.440.440.240.240.140.139.939.9 调洪计算列表调洪计算列表(li bio)试算法与半图解法的对试算法与半图解法的对比比半图解法半图解法列表列表(li bio)试算法试算法第73页/共79页第七十四页，共79页。写出水库写出水库(shuk)(shuk)调洪计算双辅助线半图解法的求解步调洪计算双辅助线半图解法的求解步骤。骤。第74页/共79页第七十五页，共79页。利利用用(lyng)辅辅助助线线在在图图上上求求解解。Z1 abcdfgq2eZ2)(1Zf)(2Zf)(3Zf)/(2),/(2),/(333smqtVsmqtVsmQ下泄流量q（m3/s）0Z(m)2)(1

27、qtVZf2)(2qtVZfqZf)(3第75页/共79页第七十六页，共79页。)(2qtVfq二、单辅助二、单辅助(fzh)曲线法曲线法原理原理(yunl)：)(222112122qtVQQqtV)(2qtVfq双辅助双辅助(fzh)曲曲线线1222)(112122qqtVQQqtV)(2qtVfq单辅助曲线单辅助曲线第76页/共79页第七十七页，共79页。 水库调洪演算(yn sun)单辅助曲线计算表（二）调洪演算(yn sun)单辅助线法单辅助线法：先将式（3-1）改写成 式中式中左端各项为已知值，可制作关系曲线（见下图），以此作为辅助曲线，便可避免调洪演算(yn sun)中的试算，而可按下图箭头所示方法进行演算(yn sun)2222111qtVqQqtV时段平均入库流量tQ2qtVq第77页/共79页第七十八页，共79页。)(2qtVfq1222)(112122qqtVQQqtV2qtV211qtVq(m3/s)q1_Qq21q(m3/s)222qtVABCDEF第78页/共79页第七十九页，共79页。