第五章 防洪水库调度(3)

2020-06-21 14:11

方式,进行调洪演算,求得各期所需的防洪库容。自防洪高水位向下留出所需的防洪库容,从而得到各期的防洪限制水位。

例如,丹江口水库主汛为7~10月,但从气象上看,可划分为7~8月与9~10月两个明显的时期,而且所采取的下游允许泄量也不同,7~8月份下游受长江水位顶托的可能大,允许泄量相对要小些;9~10月份洪水主要来自上游,流程较长,故洪水预报预见期也长一些。因此,两期所要求的防洪库容与汛限水位均可不同,如表5-1及图5-4所示。

表5-1 分期防洪限制水位

时段

防洪库容防洪高水位 汛前限制水位

(亿m3) (m) (m) 7~8月

78 160 149 9~10月 58 161 152.2

160 160 )m 152.2 (位150 149 水库140 7 8 9 10 图5-4 丹江口水库分期防洪限制水位

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第五节 水库群的防洪调度

水库群由于水库参数间密切联系、相互影响以及各水库上、下游的防洪要求,其防洪调度远比单一水库复杂。水库群的防洪调度无论在理论上与实践上均越来越受到重视,下面主要叙述水库群防洪调度的一般原则和一些主要问题。

一、 水库群自身安全调度原则

水库群中各水库遭遇设计洪水或校核洪水时,为确保自身安全的防洪调度,原则上可采用与单一水库相同的方法进行;但在梯级水库中,应考虑梯级上下蓄泄洪量的相互影响,具体如下:

(1)若运行水库上游有防洪标准较高的水库时,本水库可在偏安全的条件下,考虑上游水库的调洪作用来拟定防洪调度方案,其设计洪水和校核洪水过程线应考虑如下两种可能遭遇:

1)区间发生相当本水库设计标准或校核标准洪水,加上上游水库相应洪水经水库调节后的泄量。

2)上游水库发生相当本水库设计标准或校核标准的洪水经水库调节后的泄量,加上区间相应洪水。

(2)若运行水库上游有防洪设计标准较低的水库时,应考虑上游水库可能失事的影响拟定保坝措施。

(3)若运行水库下游有防洪设计标准较低的水库,在拟定防洪调度方案时,应考虑发生超过下游水库的校核标准洪水,尽可能减轻对下游水库安全的不利影响。

(4)若运行水库下游有防洪设计标准较高的水库,在拟定防洪调度方案时,应拟定切实可行的保坝方案并落实具体措施,在可能的条件下,按下游水库的校核标准拟定本库保坝方案,以防止本水库万无失事对下游水库产生连锁反应。

二、 水库群为保护下游防洪区的调度方式

水库群为下游防洪调度方式基本与单一水库类似。即当水库下游区间流域面积不大,区间和入库洪水基本同步的条件下,可采用从库水位或入库流量为判别条件的固定泄量方式;当下游区间流域面积较大,区间和入库洪水组成多变,或各库入库洪水不同步,应按下游区间洪水特性以及水库洪水的组成情况,进行补偿调节。此外,由于是多库对同一防护对象防洪,还需研究各库间统一调度问题,如防洪库容的分配、蓄泄泄水的次序等,这些问题比较复杂。

(一)水库群的防洪库容 1、总防洪库容的确定

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(1)并联水库总防洪库容的确定。甲乙两并联水库共同承担下游丙处防洪任务,如图5-5。如果甲、乙两水库到防洪控制点的区间设计洪峰流量(相应于防洪标准)不大于丙处的安全泄量,则可根据丙处的设计洪水过程线,控制点丙处的允许的安全泄量q

允进行调洪计算,

如图5-6,即可求得所需的总防洪库容。该库容系满足丙处防洪要求需设置的最小防洪库容Vc。在实际调度中,考虑到补偿调节的误差,总防洪库容调节的误差,总防洪库容常常比Vc大,一般可取该值1.1~1.3倍。即;

V总=(1.1~1.3)Vc 以下分别叙述甲、乙两库必须承担的防洪库容。

Q(m3/s) vc qx 乙

时间(t) 图5-5 水库群示意图 图5-6 水库群调洪

甲库必须承担防洪库容的确定:设丙处发生符合设计标准的大洪水,乙、丙区间也发生同频率洪水(即丙处流域面积减去乙库以上流域面积发生同频率洪水),乙库以上洪水全部拦蓄在乙库内,即乙库不泄洪,推求甲库为满足丙处防洪要求所需的库容即为甲库所需承担的防洪库容。同理可求得乙库的必须防洪库容。

两水库的必需防洪库容确定后,由总防洪库容减去总必需防洪库容,即为由两库容共同分担的防洪库容。如果总必需防洪库容比总防洪库容大,甲、乙两水库的总必需库容就是它们的总防洪库容。

(2)串联水库防洪库容的确定。由于串联水库具有水力、水利联系,上游甲库调节放下的洪水,加上甲~乙库区间洪水为乙库入库的洪水,在乙库再进行一次调节。即甲库防洪库容可以削减乙库入库洪水,从而减少乙库的防洪库容。乙库的防洪库容可按甲库至丙处的区间设计洪水过程线,根据丙处允许的安全泄量进行推算。

2、防洪库容的分配

(1)按各水库蓄洪抵偿系数分配。所谓抵偿系数是指单位蓄洪量可削减下游洪水有效成灾水量。例如,1亿m3防洪库容可削减0.6亿m3成灾水量,则抵偿系数为0.6。此值可通过调洪计算及下游河道洪流演算后分析得出。一般系数大者多分配一些防洪库容。但如果缺乏

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资料时,一般可考虑干流水库较支流水库、距防护点近的水库较远的水库、串联水库的下级水库较上级水库、洪水比重大的水库较比重小的水库多分担一些共同防洪库容。

(2)按各水库总兴利效益最大或总兴利损失最小原则分配。在初步拟定时,可先尽量利用各水库防洪和兴利的重叠库容。不够时再在调节性能高、本身防洪要求较高、发电水头较低的水库多分配一些共同防洪库容。

(3)按总计算支出最小分配。满足下游防洪要求的前提下,按各分配方案的计算支出最小确定最优方案。各方案的兴利效益差值用替代方案的投资和运行费折算。

分配方案选定后,采用不同典型的设计洪水进行各水库调洪和下游洪流演算,校核是否满足下游防洪要求,否则要进行适当调整,必要时还可加大总防洪库容。

(二)水库群防洪调度方式 1、固定下泄量方式

当防洪控制处的洪水主要由各库来水决定,且担任同一处防洪任务的各水库洪水基本同步时,可采用固定下泄量方式进行洪水调节。这种调洪方式中与单级固定下泄量防洪调度方式类似。

2、补偿调度方式

若共同担任同一处防洪任务的各水库洪水组成同步性较差,或各水库入库洪水与防护区区间洪水组成多变,应由防洪控制处的洪水情况决定各库的泄洪量,即需采用对区间洪水进行补偿调节方式。这种调洪方式与单库补偿调节方式类似。不同处在于确定补偿次序。

当甲、乙两库洪水具有一定程度的同步性,但下游区间洪水比重较大,区间洪水与入库洪水组成多变。选择两库中防洪调节能力较好,且洪水比重亦大的甲水库作为补偿水库,调节性较差、洪水比重亦小的乙水库作为被补偿水库。在洪水调度中,乙库可按其自身防洪特性及综合利用要求放水,求得下泄流量过程线q乙~t,将此过程线(计及洪水流量传播时间和河槽调蓄作用)和甲、乙库至丙区间洪水过程线Q丙~t同时间相加,得出(q乙+Q丙)~t过程线。

为使丙处流量不超过安全泄量q

安丙,则甲库的泄量为

Q允—(q乙+Q区)可作图说明:

①绘制Q甲~t过程线;②于过程线Q甲~t图上作q允线;③将(q乙+Q丙)线倒绘于q允线下,如图5-7所示。

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Q甲~t Q入,q泄(m3/s) q允 ν防,甲 (q允+Q西) 时间(t) 图5-7 水库群洪水补偿调节

由图可知,甲库泄流量相当于图中竖线部分,即Q甲—(q乙+Q丙)。倒置的(q乙+Q丙)~t过程线与Q甲~t过程线所包围的斜影面积即为甲库总防洪库容即:

V防,甲=??q?甲?Q允??乙?Qt1t2区Q???? t若两并联水库(甲、乙库)调节洪水能力相差不多,且洪水同步性差,较难确定水库的补偿次序,而需具体考虑每次发生洪水情况及预报值,以决策两库蓄泄水次序和补偿调节关系。如甲、乙两库发生洪水相当,但甲库来水较乙库提前,则甲库应先蓄,让乙库尽量腾空,以迎接迟到的洪峰。即甲库进行补偿调节,先蓄满防洪库容,而后乙库再进行补偿调节,乙库防洪库容后蓄满。

3、串联水库的防洪调度方式

设甲、乙两串联水库共同担任丙处的防洪任务。若甲、乙两库调洪性能相差较大,且乙库防洪性能较高,应以调洪性能较高的水库为补偿水库,调洪性能较低的水库可按单独运行方式调节洪水。若甲、乙两水库调节性能相差不多,则应考虑甲库入库洪水,甲、乙库区间洪水与丙处洪水,三者洪水组合情况确定蓄泄次序,这是一种相当复杂的问题,当丙处发生大洪水需要水库拦蓄时,一般应甲库先蓄,甲库无能力时,则乙库拦蓄。若甲库和甲乙区间同时遭遇较大洪水,也可采用甲乙两库均匀分担对丙处洪水进行补偿调节。

合理的洪水调度,有利于防洪、兴利库容的结合,提高水库总效益。

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