水库防洪调节计算的基本原理_水库洪水调节基本原理

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修建水库不仅能进行兴利调节，获得兴利的效益，还能进行防洪调节，有效地控制洪水。所谓防洪调节是指为了保证水库防洪安全，防止或减轻下游洪水灾害所进行的调节。本章主要研究在设计条件下的水库防洪调节。

1．水库泄洪建筑物泄流能力分析

水库通过泄洪建筑物泄洪，不同泄洪建筑物的泄流能力是不同的，下面我们对溢洪道和泄洪洞的泄流能力作简要分析，详细分析请参考《水力学》等有关资料。

（1）溢洪道

溢洪道所能通过的流量，主要决定于溢流堰的堰顶水头、宽度和堰型。当溢流堰的堰顶水平长度大于堰顶水头h的10倍时，按明渠水流计算；若在2.5～10h之间，按宽顶堰计算；而在0.67～2.5h之间，且具有光滑的曲线外形时，则按实用堰计算。一般中小型水库的溢洪道，常常设计为宽顶堰或实用堰，其泄放流量q按下式计算：

（8.2-1）

式中：q为下泄流量（m3/s）；B为溢流堰堰顶净宽（m）；h0为计入行进流速的堰上水头（m），量系数，一般v0忽略不计，故h0= h。M为第二流，宽顶堰取1.42～1.70，实用堰取大于1.77，而大中型工程的M值，需要通过模型试验确定。

（2）泄洪洞

深水式泄洪洞（或泄流底孔）一般设闸门控制，而且位置较低，它的下泄流量q按有压管流（孔流）计算，即：

（8.2-2）

式中：q为下泄流量（m3/s）；h0为计入行进流速的计算水头（m），非淹没出流时，h取上游水位与泄洪洞出口中心处高程之差，淹

没出流时，则取上下游水位差。ω为泄洪洞出口横断面的过水面积（m2）；M为流量系数，可根据淹没出流或非淹没出流查水力学手册或做试验确定。

2．水库防洪调节计算基本原理

（1）水库的水量平衡方程

在某一时段Δt内，入库水量与出库水量之差等于该时段内水库蓄水量的变化量，如下图所示，以式（8.2-3）表示，称为水库的水量平衡方程。

（8.2-3）

式中：Q1、Q2分别为计算时段初、末的入库流量（m3/s）；q1、q2分别为计算时段初、末的出库（下泄）流量（m3/s）；V1、V2分别为计算时段初、末的水库蓄水量（m3）；ΔV为V2和V1之差（m3），即时段Δt内水库蓄水量的变化量；Δt为计算时段（s），一般取1～6h，需化为秒数。

水量平衡示意图

计算时段Δt的长短视入库流量的变化程度和调洪计算的精度而定。陡涨陡落的中小河流，Δt可取短些；流量变化平缓的大河流，Δt可适当取长。Δt取值时，注意不要把洪峰流量Qm漏掉。

一般情况下，入库流量过程Q～t为已知，则方程式（8.2-3）中Q1、Q2为已知数，时段初的下泄流量q1和水库蓄水量V1可由前一时段求得，则q1、V1也为已知数。Δt按上述情况选取，而q2和V2是两个未知数，故方程式（8.2-3）不能独立求解，还须建立第二个方程。

（2）水库蓄泄方程

水库通过泄洪建筑物泄洪，该泄量就是出库流量。在泄洪建筑物型式、尺寸一定的情况下，泄流量取决于水头h，即q=f（h）。当水库内水面坡降较小，可视为静水面，此时，h只是水库蓄水量V的函数，即h=f（V），故下泄流量q又可写成蓄水量V的函数式，此式称为蓄泄方程，以式（8.2-4）表示，即：

（8.2-4）

于是，可列出如下方程组求q2和V2。

(8.2.5)

该方程组概括了水库防洪调节计算的基本原理。进行调洪计算，实质上就是求解这个方程组。当已知Q1、Q2和时段Δt初的q1、V1，利用上述方程组，便可求出时段末的q2和V2。由于水库形状极不规则，很难列出q=f（V）的具体函数式。进行调洪计算时，只能借助于库容曲线Z～V，以库中水位反映出泄流水头h，以库容V反映出蓄水量w，将q=f（V）用列表或图示的方式表示出来。

在水库规划设计阶段，根据水工建筑物的设计标准或下游防洪标准，按第5章所介绍的方法，可推求出设计洪水流量过程线。因此，对调洪计算来说，入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量是已知的。拟定几个比较方案后，水库的汛期防洪限制水位、泄洪建筑物的型式和尺寸也是已知的。于是，调洪计算就是在这些初始的已知条件下，推求下泄洪水过程线、拦蓄洪水的库容和水库水位的变化过程。在水库的运行中，调洪计算已知条件和要求的结果，基本上也与上述相似。

利用上述方程组进行调洪计算的具体方法有多种，目前我国常用的是：列表试算法、半图解法和图解法三种。由于有闸门控制的情况千变万化，计算步骤也比较麻烦，我们将以比较简单的情况为例来介绍上述方法。掌握基本方法后，对比较复杂的情况也就不难了。