当前课程知识点：水文水利计算 > 第十二章 防洪工程水利计算 > 12.2 水库调洪计算的原理 > 12.2 水库调洪计算的原理
同学们
上次课我们介绍了水库调洪的作用和任务
今天我们来学习水库调洪计算的原理
水库调洪计算也称调洪演算
它是入库洪水 泄洪建筑类型与尺寸
及运用方式已知情况下的水库蓄泄调节计算
水库调洪计算在水利工程规划设计
施工管理各个阶段的水文水利计算中都有应用
是水利计算的基础内容之一
下面我们先来讲下水库调洪计算的任务
在规划设计阶段
水库调洪计算的任务是
根据水文分析计算提供的各种标准的
设计洪水过程线
水库特性曲线
及已经拟定的泄洪建筑物形式与尺寸方案
遵循水库汛期控制运用规则
进行水库的蓄泄调节计算
推求泄流过程和最大下泄流量
并确定有关防洪的水库特征水位与特征库容
在运行管理阶段
水库调洪计算的任务是
在泄洪建筑物的形式和尺寸已定的情况下
根据入库洪水
通过蓄泄调节计算
来推求水库调洪可能达到的最高库水位
和最大下泄流量
根据水库调洪计算的任务
无论是在规划设计阶段还是在运行管理阶段
均需推求下泄洪水过程线及最大下泄流量
水库的水位过程线及最高水位
水库蓄水量的变化过程
而可用的已知条件包括水库入库洪水过程线
水库特征曲线和水库蓄泄方程
其中
入库洪水过程线
可由前面我们学习过的合成流量法
或利用水文预报课程中所讲的
马斯京根洪水演进方法求得
水库特征曲线主要包括
水库面积特征曲线 水库容积特征曲线等
在第九章中我们已经学习了其获取方式
水库蓄泄方程主要是水库存水量
与下泄流量的关系曲线
这个方程稍后我们会做详细讲解
水库在调蓄洪水过程中
沿程的水位 流量 过水断面
流速等均随时间变化
其流态属明渠非恒定流
明渠非恒定流的基本方程
即水力学中的圣维南方程组
包括连续性方程和运动方程两个偏微分方程
见公式(1)和（2）
通常这个偏微分方程组难以得出精确的分析解
一般采用简化的近似解法
具体有瞬态法
差分法和特征线法等
长期以来普遍采用的是瞬态法
即用有限差值来代替微分值并加以简化
以近似地求解一系列瞬时流态
最终得出专用于水库调洪计算的实用公式
如公式（3）所示
式中大Q平均和小q平均分别为
计算时段中的平均入库流量和平均下泄流量
大Q1和大Q2分别为计算时段初
和时段末的入库流量
小q1和小q2分别为计算时段初
和时段末的下泄流量
V1 V2分别为计算时段初和时段末的蓄水量
ΔV为水库时段内蓄水变化量
Δt为计算时段长度
一般取1-6小时
计算时需化为秒数
将公式3稍作变形
即方程两边同乘Δt可得到公式4
公式4表现为一个水量平衡方程
其含义如右图所示
为一个Δt计算时段中
入库水量与下泄水量之差即为
该时段中水库蓄水量ΔV
显然
公式中并未计及洪水入库处
至泄洪建筑间的行进时间
也未考虑沿程流速变化和动库容的影响
这些因素均是其近似性的一个方面
观察公式4可见
因水库入库洪水过程线大Q~t已知
给定一个时段的时段初和末的入库流量
大Q1和大Q2均已知
计算时段初的水库蓄水量V1
下泄量小q1
及计算时段长度Δt也均为已知
公式中小q2及V2为未知数
若可求得小q2及V2
其值即成为后一时段的q1和V1值
则计算可以逐时段的连续进行下去
然而
小q2及V2两个未知数无法用一个方程求得
因此还需再有一个小q与V的方程
即水库的蓄泄方程
水库的蓄泄方程反映了水库蓄水量
或水位与下泄流量的关系
假定暂不计从水库取水的兴利部门
泄向下游的流量
则下泄流量小q
应该是泄洪建筑物泄流水头小h的函数
对无闸门表面溢洪道
其泄流公式如公式5所示
公式中B为溢洪道净宽
h1为堰上水头
m为流量系数
ε为侧收缩系数
如图3所示
h1即为水库水位Z与堰顶高程的差值
见公式(6)
对底孔出流等孔口泄流流态
则泄流公式为公式7所示
公式中ω为孔口出流面积
h2为孔口中心水头
μ为孔口出流系数
如图4所示
h2即为水库水位Z
与泄流孔中心位置高度的差值
见公式(8)
根据以上4个公式
即可得到不同泄流方式下
下泄流量小q与水位Z的关系
结合水库容积特性曲线
即可得到小q与V的关系
即为水库的蓄泄方程
有了水库蓄泄方程再联立公式4水量平衡方程
求解方程组即可得小q2及V2
进而再将其作为下一时段的小q1和V1值
进行逐时段连续计算
直至整个洪水过程结束
同学们
本节课的内容就讲到这里
再见
-1.1 水资源开发利用及洪水灾害治理
--1.1 小节测试
--1.1 课后讨论
-1.2 水文水利计算的任务与内容
--1.2 小节测试
--1.2 课后讨论
-1.3 水文水利计算的主要研究方法
--1.3 小节测试
--1.3 课后讨论
-2.1 洪水资料的分析处理
--2.1 小节测试
-2.2 历史洪水的调查和考证
--2.2 小节测试
-2.3 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法
--2.3 小节测试
--2.3 课后讨论
-2.4 设计成果的合理性分析
--2.4 小节测试
-2.5 设计洪水值的抽样误差和安全修正值问题
--2.5 小节测试
--2.5 课后讨论
-3.1 防洪安全设计
--3.1 小节测试
-3.2 设计洪水概念
--3.2 小节测试
-3.3 设计洪水过程线的拟定
--3.3 小节测试
--3.3 课后讨论
-3.4 设计洪水的地区组成
--3.4 小节测试
-3.5入库设计洪水
--3.5 小节测试
--3.5 课后讨论
-4.1 暴雨特性分析
--4.1 小节测试
-4.2 点暴雨量频率计算
--4.2 小节测试
-4.3 面暴雨量频率计算
--4.3 小节测试
--4.3 课后讨论
-4.4 设计暴雨量的时空分布计算
--4.4 小节测试
-4.5 由设计暴雨推求设计洪水
--4.5 小节测试
--4.5 课后讨论
-5.1 小流域设计暴雨
--5.1 小节测试
-5.2 由推理公式推求设计洪水
--5.2 小节测试
--5.2 课后讨论
-5.3 由地区经验公式推求设计洪水
--5.3 小节测试
-5.4 城市化对水文的影响
--5.4 小节测试
-5.5 城市排水管网设计流量计算
--5.5 小节测试
--5.5 课后讨论
-6.1 可能最大暴雨的基础理论
--6.1 小节测试
-6.2 可能最大暴雨的估算
--6.2 小节测试
-6.3 可能最大洪水
--6.3 小节测试
-7.1 年径流及其表征指标
--7.1 小节测试
-7.2 影响年径流的要素
--7.2 小节测试
-7.3 具有长期实测资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 小节测试
--7.3 课后讨论
-7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 小节测试
--7.4 课后讨论
-8.1 用水户分类及其层次结构
--8.1 小节测试
-8.2 工业需水量的计算与预测
--8.2 小节测试
--8.2 课后讨论
-8.3 灌溉用水量的计算与预测
--8.3 小节测试
-8.4 生态需水的计算与预测
--8.4 小节测试
--8.4 课后讨论
-8.5 其他用水的计算与预测
--8.5 小节测试
-9.1 径流调节的定义及分类
--9.1 小节测试
--9.1 课后讨论
-9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 小节测试
--9.2 课后讨论
-9.3 水库的水量损失
--9.3 小节测试
-9.4 设计保证率
--9.4 小节测试
-9.5 径流调节计算基本原理
--9.5 小节测试
--9.5 课后讨论
-9.6 根据用水过程确定水库的兴利库容
--9.6 小节测试
-9.7 根据兴利库容确定调节流量
--9.7 小节测试
-9.8 根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程
--9.8 小节测试
--9.8 课后讨论
-10.1 水能利用与电力系统负荷
--10.1 小节测试
-10.2 保证出力与多年平均发电量计算
--10.2 小节测试
-10.3 水电站装机容量的选择
--10.3 小节测试
-10.4 正常蓄水位与死水位选择
--10.4 小节测试
-11.1 灌溉工程水利计算概述
--11.1 小节测试
-11.2 引水灌溉工程水利计算
--11.2 小节测试
-11.3 蓄水灌溉工程水利计算
--11.3 小节测试
-11.4 提水灌溉工程水利计算
--11.4 小节测试
-11.5 地下水灌溉工程水利计算
--11.5 小节测试
-12.1 水库调洪的任务
--12.1 小节测试
-12.2 水库调洪计算的原理
--12.2 小节测试
-12.3 水库调洪计算的列表试算法
--12.3 小节测试
-12.4 水库调洪计算的半图解法
--12.4 小节测试
-12.5 其他情况下的水库调洪计算
--12.5 小节测试
