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水库的大坝

2020-01-21 来源:世旅网
水库的大坝、溢洪道等水工建筑物的设计,要考虑在发生大洪水时,建筑物本身及下游地区的防洪安全。河流发生较大洪水时,容纳不下,这时必须为拦蓄洪水准备一定的库容。

它是水利、水保工程规划设计的一个重要指标,目前设计洪水标准已由国家统一制定规范,可参阅《水利水电枢纽工程等级划分设计标准(山区、丘陵区部分)》(sD312—78) 《水土保持治沟骨干工程技术规范》。骨干工程的等级划分及设计标准按库容规模由表5—1确定。

尺寸。最后定出大坝的坝顶高程。

推求设计洪水时,要首先确定标准。所谓设计标准是指水工建筑物本身防洪安全的标准。

水漫顶所达到的水位称校核水位。

水库调洪库容按多大的设计洪水考虑,溢洪道修多大,才能安全排泄设计洪水,首先应选定洪水的设计标准,计算设计洪水。然后进行调洪计算,选定调洪库容和泄洪建筑物的

水库不能把全部洪水拦蓄起来,若全部洪水被拦起来,水库修得太大不经济。所以必须设置溢洪道以减少调洪预留库容。当水库遇到比设计洪水更大的校核洪水时,也不允许洪

总库容(10m) 洪水重现期 43工 程 等 级 50—100 五 20—30 10—20 100—500 四 30—50 20—30 设 计 枝 核

设计淤积年限 200—300 300—500

第五节 水库调洪计算

一、水库的调洪作用和调洪计算的目的

小型水库溢洪道一般不设闸门。为安全考虑认为水库汛前水位与溢洪道顶高程齐平。起

初由于溢洪道堰顶水头较小,下泄流量(q)小于入库流量(Q),此时水库蓄水增加,水位抬高,下泄流量也随之增大。洪峰过后入库流量开始减小,下泄流量仍在增加。直到下泄流量与入库流量相等时,水库蓄洪量达到最大,达到防洪库容Vm,下泄流量达到最大值qm。以后入库流量小于下泄流量。 设计洪水、溢洪道的尺寸、调洪库容和最大下泄流量是存在着一定的联系的。 ql——时段初的出库流量(m/s); .

3

q2——时段末的出库流量(m/s);

3

V1——时段初水库蓄水量(m);

3

(Q1+Q2)/2*△t-(q1+q2)/2*△t =V2-V1=△V

3

式中 Q1——时段初的入库流量(m/s);

3

Q2——时段末的入库流量(m/s);

3

二、水库调洪计算的基本原理

调洪计算的基本原理是水库水量平衡。即任一时段内入库水量减去出库水量等于该时段内水库蓄水量的变化量。

V2——时段末水库蓄水量(m);

△t——时段长。其大小一般可视入库流量的变化幅度而定。陡涨陡落的小河取1—6h, 变化平缓的大河取12—24h。

在以上方程中Ql、Q2可由设计洪水过程线上查得,△t可根据具体情况选定,q1及V1根据起调条件确定。q2和V2是未知数。一个方程包括两个未知数不能求解,必须建立水库下泄流量q与蓄水量V的关系。

q=f(V)

以上两式组成一个方程组,这个方程组表达了入库洪水过程、下泄流量过程和水库蓄水量变化过程三者之间的定量关系。求解这一方程组的计算程序就是调洪计算。调洪计算的方

法很多,可分为列表试算法、辅助曲线法和概化图形法。

一、试算法

试算法用途广,既适用于无闸门控制的自由溢流,也适用于有闸门控制的情况。时段长△t可以固定也可以变化。计算步骤如下:

1.根据水库水位--库容关系曲线Z=f(V)和拟定的泄洪建筑物类型和尺寸,利用水力学

公式计算堰上水头--库容关系 H=f(V),并导出下泄流量与库容的关系,q=f(V), 绘制q=f(V)关系曲线。

2.利用水库的水量平衡方程进行计算。q1、V1、可根据起始条件求得。Q1、Q2可由设计洪水过程线Q=f(t)查得。假定q2代入水库的水量平衡方程式,即可求得相应的V2。根据V2查q=f(V)曲线求得q2,若不等于假设的q2,说明原假定q2值与实际不符,需重新假设q2,再进行试算,直至二者相等,此q2值即为该时段末的下泄流量q2.

3.将上时段末的q2、V2值作为下时段的起始条件q1、V1进行上述试算,求得下一时段末的q2及V2。用同样方法逐时段试算,即可求出水库下泄流量过程线。

例5—9 某水库的泄洪建筑物为开敞式的河岸式溢洪道,溢洪道堰定高程为116m,相应的库容为247×10m,溢洪道顶宽B=45m,流量系数m1=1.6。设计洪水过程线见表。水位库容关系线如表,取△t=12h,求最大下泄流量qm,放洪库容V防和设计洪水位Z

计算如下: ’ 1

63

1. 推求水库的q=f(V)曲线,水库的下泄流量应包括溢洪道的下泄流量与其它取水建筑

31.5

开敞式溢洪道的下泄流量按 q=m1BH物的引用流量,如水电站按Q电=10m/s引水,时间t(h) 3计算。 流量Q(m/s) 10 140 710 75 80 0 12 24 36 279 131 65 32 15 10 95 100 105 115 125 135 48 60 72 84 96 库水位Z(m) 63 q-V关系 水位Z(m) 水头H(m) 库容V(10m) 0.5 4.0 10.0 23.0 45.0 77.5 119 234 401 610 85 90 116 118 3 库容V(10m)

下泄流量q(m/s) 10 630 2 120 122 4 6 124 8 126 10 247 276 2114 586 1068 1638 2280 307 340 378 423 总的下泄流量q=m1BH+Q电,用该式算出各种水位的q值,查Z—V曲线得出各种水位对应的q值。

2.推求下泄流量过程线q—t

3

63

3

1.5

根据V2,在q—V曲线上查得q2=20m/s,与假设q2=30m/s不符,另设q2=20m/s,

6363

求得:(q1+q2)/2*△t=0.65×10m,△V=2.59×10m

6363

V2=V1+△V=(247十2.59)×10m=249.59×10m

根据V2,在q—V曲线上查得q2=20m/s。与假设相符,即所求。

以第一时段求得的q2、V2及Q2作为第二时段初的q1、V1、Q1进行上述试算。求得第二时段末的q2、V2。依次类推则可求得各时段末的水库下泄流量。

二、辅助线法

列表试算法工作量大,易出错。

3

第一个时段末水库蓄水增量为:

636363

△V=(Q1+Q2)/2*△t-(q1+q2)/2*△t=3.24×10m-0.86×10m=2.38×10m

6363

V2=V1+△V =(247十2.38)×1010m=249.38×10m

3

3

第1时段开始时,水库水位Z=116m,q1=10m/s,V1=247×10m。假设q2=30m/s,则

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(q1+q2)/2*△t=0.86×10m

3

辅助线法以水量平衡为基础。 (Q1+Q2)/2*△t-(q1+q2)/2*△t =V2-V1

(V2/△t+ q2/2)=(Q1+Q2)/2+(V1/△t+ q1/2)-q1

关系曲线。

调洪计算时,第一时段的Q1,Q2,q1为已知量,

首先,根据q1利用事先绘制的q~f(V/△t+ q/2)关系曲线,得到(V1/△t+ q1/2)。

然后,利用得到(V1/△t+ q1/2),根据公式

可见,(V2/△t+ q2/2)、(V1/△t+ q1/2)均为下泄流量q的函数 即:q=f(V/△t+ q/2)

根据泄洪建筑物的种类、尺寸、库容曲线、计算时段实现绘制出q~f(V/△t+ q/2)的

第三、根据计算出的(V2/△t+ q2/2),利用事先绘制的q~f(V/△t+ q/2)关系曲线,查算出q2.

将利用以上步骤计算得到的Q2,q2重新作为初始量,反复计算得到下泄流量过程。

三、简化三角形法

将设计洪水过程线与水库泄洪过程线概化为三角形。

Vm=QmT/2-qmT/2=QmT(1-qm/Qm)/2 =Wp(1-qm/Qm)

(V2/△t+ q2/2)=(Q1+Q2)/2+(V1/△t+ q1/2)-q1 计算出 (V2/△t+ q2/2)

Vm防洪库容

Wp设计洪水总量 Qm设计洪峰流量 qm最大泄洪流量

假定:洪水来临时水库水位与溢洪道堰顶平齐。

计算时,首先假设一个qm,利用Vm=

Wp(1-qm/Qm)计算防洪库容。在实现绘制的泄洪流量与库容关系曲线上查算与防洪库容Vm相对应的泄洪流量q算。如 假设的qm与查算得到的q算相同,则qm 、Vm即为所求。

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