水庫調(diào)洪計(jì)算工具非常適合專業(yè)從事水利工程的人員使用,幫助有關(guān)專業(yè)人員找出當(dāng)一定防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水入庫后能滿足防洪要求的防洪庫容、泄洪建筑物型式和尺寸,當(dāng)在水庫建成后,調(diào)洪計(jì)算的目的是尋求合理的、較優(yōu)的水庫汛期控制運(yùn)用方式。
水庫調(diào)洪的作用
有蓄洪與滯洪兩種。蓄洪一般指水庫設(shè)有專用的防洪庫容或通過預(yù)泄,預(yù)留部分庫容,用來攔蓄洪水,削減洪峰流量,滿足下游防洪要求。滯洪指僅僅利用大壩抬高水位,增大庫區(qū)調(diào)蓄能力,當(dāng)入庫洪水流量超過水庫泄流設(shè)備下泄能力時(shí),將部分洪水暫時(shí)攔蓄在水庫內(nèi),削減洪峰,待洪峰過后,所攔蓄的洪水,再逐漸泄入河道。對防洪與興利相結(jié)合的綜合利用水庫來說,當(dāng)入庫洪水為中小洪水時(shí),一般以蓄洪為主,以便為興利之用;而在大洪水年份,則兼有蓄洪滯洪的作用。入庫洪水經(jīng)水庫調(diào)蓄后,其泄流量的變化情況與水庫的容積特性,泄洪建筑物形式,尺寸以及下游防洪標(biāo)準(zhǔn),水庫運(yùn)行方式等有關(guān)。
水庫調(diào)洪的方式
基本有三種:
①自由泄流(敞開泄流)。指水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù),水庫調(diào)洪只需解決水庫遭遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及校核標(biāo)準(zhǔn)洪水,在水庫水位超過防洪限制水位時(shí)為確保大壩安全時(shí)的泄洪。當(dāng)水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)而入庫洪水超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)的泄流,也是自由泄流。
②固定泄流。即采用閘門控制措施,使水庫下泄流量按固定值泄放(一級或多級固定),各級控制下泄流量值視入庫洪水和控制點(diǎn)的防洪能力而定。對于調(diào)洪能力較小的水庫,可按入庫流量來判別屬于何級下泄值,對調(diào)洪能力大的水庫洪量起主要作用,宜采用庫水位漲率與入庫流量相結(jié)合方法判定宜選泄量數(shù)值。
③泄洪方式為補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式。理想的補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式是根據(jù)區(qū)間洪水預(yù)報(bào)逐時(shí)段確定水庫相應(yīng)下泄流量,使其與區(qū)間洪水流量組合結(jié)果不超過下游控制點(diǎn)的安全允許泄流量?紤]錯(cuò)峰要求的水庫泄流即屬于此種方式。但這種方式只適合于水庫泄流至下游防洪控制點(diǎn)的傳播時(shí)間小于區(qū)間洪水的預(yù)見期和預(yù)報(bào)精度較高的情況。如果某些水庫泄流傳播到下游防洪控制點(diǎn)的時(shí)間較長,而區(qū)間洪水集流卻很快,預(yù)見期短,水庫接到區(qū)間水情預(yù)報(bào)時(shí)已來不及關(guān)閘錯(cuò)峰,那么,需采用經(jīng)驗(yàn)性或統(tǒng)計(jì)性的補(bǔ)償調(diào)節(jié)洪水方式。如把區(qū)間地區(qū)的某些暴雨因素和防洪控制點(diǎn)漲率等作為關(guān)閘錯(cuò)峰的指標(biāo)。當(dāng)上游水庫群共同承擔(dān)下游防洪任務(wù)時(shí),一般需要考慮補(bǔ)償問題,當(dāng)水庫群洪水具有同步性時(shí),選調(diào)洪能力大的,控制洪水比重大的水庫作為防洪補(bǔ)償調(diào)節(jié)水庫,其余為被補(bǔ)償水庫。反之,洪水同步性差的水庫群,采用補(bǔ)償方式時(shí),應(yīng)將各庫泄流最大值與區(qū)間洪峰錯(cuò)開,避免出現(xiàn)組合更不利情況。
調(diào)洪計(jì)算的原理和方法
洪水入庫后,其運(yùn)動是屬于不穩(wěn)定流。水庫沿程的水位、流速和過水?dāng)嗝娴染S時(shí)變化,可用圣維南方程組表示。由于圣維南方程組一般很難求得精確的解析解,實(shí)用中多采用瞬態(tài)法,直接差分法及特征線法等近似解法。水庫調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用方法可分為靜庫容法及動庫容法。靜庫容法假定庫內(nèi)流速趨近于零,庫水面為水平的,即庫容與壩前水位成單值函數(shù)關(guān)系,忽略動力方程對調(diào)洪的影響,將連續(xù)方程寫成有限差的水量平衡方程并建立水庫下泄流量與水庫蓄水量之間的關(guān)系。動庫容法指水庫尾部地形開闊或回水尾端庫水面曲線上翹顯著,動庫容(實(shí)際庫水面與水平庫面間的庫容)不容忽視時(shí),按不穩(wěn)定流計(jì)算方法逐段進(jìn)行洪水演算。這種方法的工作量很大。實(shí)際應(yīng)用采用回水曲線法和近似法。
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