水庫調(diào)洪計算試算法

1、<p><b>　　水庫調(diào)洪演算試算法</b></p><p>　　一、水庫調(diào)洪計算的任務(wù)</p><p>　　入庫洪水流經(jīng)水庫時，水庫容積對洪水的攔蓄、滯留作用，以及泄水建筑物對出庫流量的制約或控制作用，將使出庫洪水過程產(chǎn)生變形。與入庫洪水過程相比，出庫洪水的洪峰流量顯著減小，洪水過程歷時大大延長。這種入庫洪水流經(jīng)水庫產(chǎn)生的上述洪水變形，稱為水庫洪水調(diào)節(jié)。

2、水庫調(diào)洪計算的目的是在已擬定泄洪建筑物及已確定防洪限制水位（或其他的起調(diào)水位）的條件下，用給出的入庫洪水過程、泄洪建筑物的泄洪能力曲線及庫容曲線等基本資料，按規(guī)定的防洪調(diào)度規(guī)則，推求水庫的泄流過程、水庫水位過程及相應(yīng)的最高調(diào)洪水位和最大下泄流量。</p><p>　　若水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，那么水庫調(diào)洪計算的任務(wù)是研究和選擇能確保水工建筑物安全的調(diào)洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的選擇，最終確定水庫的

3、設(shè)計洪水位、校核洪水位、調(diào)洪庫容及二種情況下相應(yīng)的最大泄流量。若水庫擔(dān)負(fù)下游防洪任務(wù)，首先應(yīng)根據(jù)下游防洪保護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)、下游河道安全泄量、壩址至防洪點控制斷面之間的區(qū)間入流情況，配合泄洪建筑物形式和規(guī)模，合理擬定水庫的泄流方式，確定水庫的防洪庫容及其相應(yīng)的防洪高水位；其次，根據(jù)下游防洪對泄洪方式的要求，進(jìn)一步擬定為保證水工建筑物安全的泄洪方式，經(jīng)調(diào)洪計算，確定水庫的設(shè)計洪水位與校核洪水位及相應(yīng)的調(diào)洪庫容。</p>&l

4、t;p>　　二、水庫調(diào)洪計算基本公式</p><p>　　洪水進(jìn)入水庫后形成的洪水波運動，其水力學(xué)性質(zhì)屬于明渠漸變不恒定流。常用的調(diào)洪計算方法，往往忽略庫區(qū)回水水面比降對蓄水容積的影響，只按水平面的近似情況考慮水庫的蓄水容積（即靜庫容）。水庫調(diào)洪計算的基本公式是水量平衡方程式：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　式

5、中： ——計算時段長度（s）；</p><p>　　——t時段初、末的入庫流量（m3/s）；</p><p>　　——t時段初、末的出庫流量（m3/s）；</p><p>　　——t時段初、末水庫蓄水量（m3）。</p><p>　　當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時，均為已知；則是計算時段t開始的初始條件。于是，式中僅為未知數(shù)。必須配合水庫泄流方程

6、q=f（V）與上式聯(lián)立求解的值。當(dāng)水庫同時為興利用水而泄放流量時，水庫泄流量應(yīng)計入這部分興利泄流量。假設(shè)暫不計及自水庫取水的興利部門泄向下游的流量，若泄洪建筑物為無閘門表面溢洪道，則下泄流量q的計算公式為:</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中： ε 側(cè)收縮系數(shù)；</p><p>　　m 流量系數(shù)

7、；</p><p>　　B 溢洪道寬；</p><p>　　h1 堰上水頭。</p><p>　　若為孔口出流，則泄流公式為： </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中： μ 孔口出流系數(shù)；</p><p>　　ω

8、 孔口出流面積； </p><p>　　h2 孔口中心水頭。</p><p>　　由式（3-2）或（3-3）所反映泄流量q與泄洪建筑物水頭h的函數(shù)關(guān)系可轉(zhuǎn)換為泄流量q與庫水位Z的關(guān)系曲線q ＝f（Z）。借助于水庫容積特性V ＝f（Z）,可進(jìn)一步求出水庫下泄流量q與蓄水容積V的關(guān)系，即</p><p>　

9、　q＝f（V） （3-4）</p><p>　　說明如何進(jìn)行一次洪水的水庫調(diào)洪計算。圖中Q～t為入庫洪水過程線；q～t為水庫調(diào)洪計算需要推求的出庫流量過程線。設(shè)為計算過程的面臨時段，由入庫洪水資料可知時段初、末的流量的數(shù)值，Vt，qt為該時段已知的初始條件。圖中陰影線的面積表示該時段水庫蓄水量的增量ΔV，即ΔV

10、=Vt+1-Vt。利用式（3-1），（3-4）可求解時段末的水庫蓄水量Vt+1和相應(yīng)的出庫流量。前一個時段的求出后，其值即成為后一時段的值，使計算有可能逐時段地連續(xù)進(jìn)行下去。 必須指出，上述水庫調(diào)洪計算中采用的泄流函數(shù)式q =f（v）是基于泄洪設(shè)施為自由溢流的條件建立的。所謂自由溢流是指泄洪設(shè)施不設(shè)閘門，或雖設(shè)有閘門，但閘門達(dá)到的開度不對水流形成制約的情況。</p><p>　　三、水庫調(diào)洪演算試算法&l

11、t;/p><p>　　水庫調(diào)洪演算就是聯(lián)解式(3-1)和(3-4) 。常用的算法有試算法(迭代法)和圖解法。試算法可達(dá)到對計算結(jié)果高精度的要求，但以往靠人工計算時，此法計算工作量大；圖解法是為了避免繁瑣的試算工作而發(fā)展起來的，它實用于人工操作，可大大減輕試算法的人工計算工作量。隨著計算機科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，上述水庫調(diào)洪計算的試算法很適合編制電算程序，即在計算機上進(jìn)行迭代計算，不必再提倡采用圖解法來完成調(diào)洪計算。在進(jìn)行

12、迭代計算時,可先假定計算時段末的出庫流量的值, 求出式中待定的時段末水庫蓄水量的值；也可先假定的值, 求出式中待定的值。最后，在迭代過程中算出滿足精度的解。下述迭代算法(以先假定的值為例)的步驟可以作為編制水庫調(diào)洪計算軟件的程序流程。</p><p>　?。?）初步假設(shè)計算時段末的出庫流量的值，代入式(3-1)，可初步求出式中待定的時段末水庫蓄水量的值。</p><p>　?。?）利用關(guān)系

13、，用初求的值，按插值法求出對應(yīng)的出庫流量q。</p><p>　?。?）檢驗步驟（1）所假設(shè)的時段末的出庫流量步驟（2）得到的出庫流量q的相符合情況。若設(shè)定的允許誤差為，，則滿足計算精度要求，結(jié)束該時段計算，時段末出庫流量及水庫蓄水量即為計算的結(jié)果。否則，重新假設(shè)=（+q）/2，返回步驟（1）進(jìn)行下一輪迭代計算。</p><p>　　以上僅以某一計算時段為例，說明水庫調(diào)洪計算的原理和方法。

14、對于一場入庫洪水的調(diào)洪計算，必須從洪水起漲開始，依時序逐時段進(jìn)行。第一個計算時段（t＝1）可將起調(diào)水位（規(guī)劃設(shè)計中對一定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水的調(diào)洪計算一般采用防洪限制水位作為起調(diào)水位）及其相應(yīng)的泄水建筑物的泄流能力作為計算初始條件，即已知該時段初的出庫流量q1和水庫蓄水量V1，通過調(diào)洪計算求出時段末的出庫流量q2和水庫蓄水量V2。接著進(jìn)行第二時段的調(diào)洪計算，此時q2，V2已成為第二時段的初始條件，可按同樣的方法進(jìn)行此時段的調(diào)洪計算。循此執(zhí)行逐

15、時段調(diào)洪計算，直到水庫水位消落至防洪限制水位（或根據(jù)要求只推算到出現(xiàn)水庫最高調(diào)洪水位）。現(xiàn)將具體的演算過程用一例子加以說明。</p><p>　　某水庫的泄洪建筑物形式和尺寸已定，溢洪堰設(shè)有閘門控制。水庫的運行方式是在洪水來臨時，先用閘門控制，使水庫泄流量等于入庫流量，水庫保持汛期防洪限制水位（38m）不變。隨著入庫流量繼續(xù)增大，閘門逐漸開啟直至達(dá)到全部開啟，水庫泄流q隨庫水位的升高而加大，閘門全部開啟后的流態(tài)為

16、自由泄流。</p><p>　　已知堰頂高程為36m，水庫容積曲線V =f（Z），并根據(jù)泄洪建筑物形式和尺寸，算出水位和下泄量關(guān)系曲線q =f（Z），見表3-4。計算過程見表3-5。并按下列步驟計算。</p><p>　　表3-4 單位：水位Z（m），庫容V（萬m3），泄流量q（m3/s）</p><p>　　將已知入庫洪水流量過程線列入表中

17、的第（1）、（2）欄，取計算時段Δt =3h =10 800 s；起始庫水位為Z限=38.0 m，在圖中可查出閘門全開時相應(yīng)的q =173.9 m3/s。</p><p>　　(2) 在第18小時以前，入庫流量Q均小于173.9 m3/s，水庫按q =Q泄流。水庫不蓄水，無需進(jìn)行調(diào)洪計算。從第18小時起，Q開始大于173.9 m3/s，以第18小時為開始調(diào)洪計算的時刻，此時初始的q1即為173.9 m3/s，而初

18、始的V1為6 450萬m3。然后，按水量平衡方程進(jìn)行計算，將計算結(jié)果列入表3-5中相應(yīng)時段的各欄，并點繪在圖3-4上。</p><p>　　(3)由表3-5可見，在第36小時，水庫水位Z=40.51m、水庫蓄水量 V =10 232萬m3、Q =900 m3/s、q =781 m3/s；而在第39 小時，Z =40.51 m，V =10280萬m3，Q =760 m3/s，q =790 m3/s。按前述水庫調(diào)洪原

19、理，當(dāng)q max出現(xiàn)時，一定是q =Q ，此時Z，V均達(dá)最大值。顯然，q max將出現(xiàn)在第36小時與第39小時之間，在表中并末算出。通過進(jìn) 一步試算， 在第38小時16分鐘處， 可得出q max = Q =795 m3/s，Z max= 40.51 m，V max =10 290萬m3。 </p><p>　　了解以上試算過程后，如果借助計算機將會很快得出計算結(jié)果。</p><p>

20、;　　必須注意到前面介紹水庫調(diào)洪計算時，采用了泄水建筑物泄流能力曲線來反映水庫出流量與水庫蓄水量的函數(shù)關(guān)系，即。 工程實踐中，對于存在閘門開度控制較復(fù)雜的調(diào)洪情況，可以根據(jù)防洪要求，從擬定水庫泄洪方式入手，研究確定一種合理的開閘程序，包括啟用閘門和變動開度的操作過程，以實現(xiàn)所擬定泄洪方式的泄流過程。 </p><p>　　表3-5 調(diào)洪計算列表試算法</p><p>　　注： 表中數(shù)字下