水庫調洪計算試算法

水庫調洪演算試算法一、水庫調洪計算的任務入庫洪水流經(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，稱為水庫洪水調節(jié)。水庫調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)定的防洪調度規(guī)則，推求水庫的泄流過程、水庫水位過程及相應的最高調洪若水庫不承擔下游防洪任務，那么水庫調洪計算的任務是研究和選擇能確保水工建筑物安全的調洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的選擇，最終確定水庫的設計洪水位、校核洪水位、調洪庫容及二種情況下相應的最大泄流量。若水庫擔負下游防洪任務，首先應根據(jù)下游防洪保護對象的防洪標準、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的防洪高水位；其次，根據(jù)下游防洪對泄洪方式的要求，進一步擬定為保證水工建筑物安全的泄洪方式，經(jīng)調洪計算，確定水庫的設計洪水位與校核洪水位及二、水庫調洪計算基本公式洪水進入水庫后形成的洪水波運動，其水力學性質屬于明渠漸變不恒定流。常用的調洪計算方法，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)。水庫調洪計算的基本公式是始的初始條件。于是，式中僅V,q?為未知數(shù)。必須配合水庫泄流方程q=f(V)與上式聯(lián)立求解V,q??的值。當水庫同時為興利用水而泄放流量時，水庫泄流量應計入這部分興利泄流量。假設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：B溢洪道寬；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)關系可轉換為泄流量q與庫水位Z的關系曲線q=f(Z)。借助于水庫容積特性V=f(Z),可進一步求出水庫下泄流量q與蓄水容積V的關系，即說明如何進行一次洪水的水庫調洪計算。圖中Q～t為入庫洪水過程線；q～t為水庫調洪計算需要推求的出庫流量過程線。設△t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Q,,Q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△V,即△V=V-V。利用式(3-1),(3-4)可求解時段末的水庫蓄水量V和相應的出庫流量9?+。前一個時段的V,q?求出后，其值即成為后一時段的V,q,值，使計算有可能逐時段地連續(xù)進行下去。必須指出，上述水庫調洪計算中采用的泄流函數(shù)式q=f(v)是基于泄洪設施為自由溢流的條件建立的。所謂自由溢流是指泄洪設施不設閘門，或雖設有閘門，但閘門達到的開度不對水流形成制約的情況。三、水庫調洪演算試算法水庫調洪演算就是聯(lián)解式(3-1)和(3-4)。常用的算法有試算法(迭代法)和圖解法。試算法可達到對計算結果高精度的要求，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。隨著計算機科學技術的迅速發(fā)展，上述水庫調洪計算的試算法很適合編制電算程序，即在計算機上進行迭代計算，不必再提倡采用圖解法來完成調洪計算。在進行迭代計算時，可先假定計算時段末的出庫流量的q+i值，求出式中待定的時段末水庫蓄水量V的值；也可先假定V的值，求出式中待定的q+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q+i的值為例)的步驟可以作為編制水庫調洪計(1)初步假設計算時段末的出庫流量q+i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V的值。(2)利用q=f(V)關系，用初求的V值，按插值法求出對應的出庫流量q。(3)檢驗步驟(1)所假設的時段末的出庫流量9+1步驟(2)得到的出庫流量q的相符合情況。若設定的允許誤差為ε,|q+-q|≤ε,則滿足計算精度要求，結束該時段計算，時段末出庫流量q+及水庫蓄水量V即為計算的結果。否則，重新假設9+1=(Qr+1+q)/2,返回步驟(1)進行下一輪迭代計算。以上僅以某一計算時段為例，說明水庫調洪計算的原理和方法。對于一場入庫洪水的調洪計算，必須從洪水起漲開始，依時序逐時段進行。第一個計算時段(t=1)可將起調水位(規(guī)劃設計中對一定設計標準的洪水的調洪計算一般采用防洪限制水位作為起調水位)及其相應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q?和水庫蓄水量V?,通過調洪計算求出時段末的出庫流量q?和水庫蓄水量V?。接著進行第二時段的調洪計算，此時q?,V?已成為第二時段的初始條件，可按同樣的方法進行此時段的調洪計算。循此執(zhí)行逐時段調洪計算，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)水庫最高調洪水位)?，F(xiàn)將具體的演算過程用一例子加以說明。某水庫的泄洪建筑物形式和尺寸已定，溢洪堰設有閘門控制。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)為自由已知堰頂高程為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系曲線q=f(Z),見表3-4。計算過程見表3-5。并按表3-4單位：水位Z(m),庫容V(萬m3),泄流量q(m3/s)ZVq0(1)將已知入庫洪水流量過程線列入表中的第(1)、(2)欄，取計算時段△t=3h=10800s;起始庫水位為Z限=38.0m,在圖中可查出閘門全開時(2)在第18小時以前，入庫流量Q均小于173.9m2/s,水庫按q=Q泄流。水庫不蓄水，無需進行調洪計算。從第18小時起，Q開始大于173.9m2/s,以第18小時為開始調洪計算的時刻，此時初始的q?即為173.9m3/s,而初始的V?為6450萬m2。然后，按水量平衡方程進行計算，將計算結果列入表3-5中相應時段的各欄，并點繪在圖3-4上。(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=10232是q=Q,此時Z,V均達最大值。顯然，qmax將出現(xiàn)在第36小時與第39小時之間，在表中并末算出。通過進一步試算，在第38小時16分鐘處，可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果。必須注意到前面介紹水庫調洪計算時，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)關系，即q=f(V)。工程實踐中