CN103952998B - 水库下游设计标准下泄流量的测算方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种水库下游设计标准下泄流量的测算方法，属于水库流量测算水文技术领域，所述方法包括：收集水库和水库下游工程的已有资料，对收集到的已有资料进行分析，判断所满足的条件，如果满足第一条件则测算与标准一致的洪峰流量并模拟相应的洪水过程，进行调洪验算得到下泄流量的最大值并输出；如果满足第二条件则直接使用收集到的资料并输出；如果满足第三条件则测算设计洪峰流量并输出。

Description

水库下游设计标准下泄流量的测算方法

技术领域

本发明涉及水库流量测算水文技术领域，尤其涉及一种水库下游设计标准下泄流量的测算方法。

背景技术

现有技术在遇到水库设计标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准的问题时，主要的测算方法就是测算水库溃坝洪水，并将溃坝洪水进行推流演算至工程地点，得到工程地点的设计洪峰流量。由于测算水库溃坝洪水采用经验公式测算，人为影响因素较大，同时测算的结果往往会特别大，这样测算出来的洪峰流量结果偏于安全，使得设计结果的预算较大，增加了工程的投资。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种更准确的测算方法，用于测算水库下游设计标准的下泄流量。

为实现以上目的，本发明提出一种水库下游设计标准下泄流量的测算方法，该方法包括：A、收集水库设计采用的水文资料以及水库下游工程的已有资料，所述水库设计采用的水文资料包括水库的设计标准、校核标准、设计下泄标准以及设计标准下泄流量，所述水库下游工程的已有资料为水库下游工程的设计标准；B、对水库以及水库下游工程的已有资料进行分析；C、如果水库设计标准低于水库下游工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于水库下游工程的设计标准，同时水库的校核标准不低于水库下游工程的设计标准；或者，如果水库设计标准高于水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准高于水库下游工程的设计标准；则执行以下步骤：C1、测算得到水库处与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量，模拟出最大洪峰流量为测算得到的洪峰流量的洪水过程；C2、基于模拟出的洪水过程，对水库进行调洪演算，得到不同时间的下泄流量，选择其中的最大值作为水库下游设计标准下泄流量的测算值并输出。

根据本发明的一个方面，该方法进一步包括：D、如果水库设计标准等于水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准等于水库下游工程的设计标准，则可以直接使用水库的设计标准，即直接使用收集到的水库的设计标准下泄流量值作为测算值输出；E、如果水库设计标准低于水库下游工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于水库下游工程的设计标准，同时水库的校核标准低于水库下游工程的设计标准时，采用地区经验公式测算洪峰流量与测算水库溃坝洪水进行对比分析，确定水库下游工程地点的设计洪峰流量作为水库下游设计标准下泄流量的测算值输出。

根据本发明的一个方面，步骤B包括：将水库的设计标准、设计下泄标准、校核标准与水库下游工程的设计标准作比较。

根据本发明的一个方面，步骤C1包括：C11、收集水文气象要素，分别采用地区经验公式法、水科院法、水文比拟法综合分析测算出水库所在流域满足与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量；以及C12、根据测算出来的与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量，选取一场已经发生过的洪水，进行洪水放大，模拟出具有一定历时时长且最大洪峰流量是与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量的洪水过程。

根据本发明的一个方面，选取对水库所在流域的洪水特征具有代表性的一场已经发生过的洪水。

根据本发明的一个方面，步骤C2包括：C21、将所述洪水过程划分为具有预定时长的多次洪水；C22、通过水库的起调水位开始进行调洪演算，当发生起调水位时，本次洪水开始进入水库，通过本次洪水的时长与洪水发生过程，测算本次洪水总量；C23、通过水库下泄流量曲线与本次洪水的时长，测算出水库在所述时长内的下泄流量；C24、测算水库库容的变化量，即洪水总量与下泄流量的差；C25、通过测算的水库库容的变化量，测算水库的新库容，即原有库容与水库库容变化量之和，根据水库水位库容曲线和测算得到的水库的新库容，测算出相应的水位值；C26、将测算得到的本次洪水的水位值作为下次洪水的起调水位，返回步骤C22继续执行，直到所述洪水过程的每次洪水均被测算；C27、获得每次洪水所对应的下泄流量，选取其中下泄流量最大的值，即为水库下游设计标准下泄流量的测算值。

根据本发明的一个方面，参考水库的下泄方式进行所述调洪演算，所述下泄方式包括全闸泄流，固定水位泄流以及组合泄流。

如果本发明付诸实施，可以正确的测算出与工程设计标准一致的水库下游洪峰流量，同时与传统的测算溃坝洪水方法的结果差别很大，节约很大的设计成本，同时也会满足工程地点的安全要求。例如：测算某百年一遇设计工程处上游2km处有一水库，测算水库的溃坝洪水约为8000m3/s，而采用本方法后，设计百年一遇下泄流量仅为500m³/s。这样大大节约设计成本，从而大大降低工程投资。

附图说明

图1是本发明提出的水库下游设计标准下泄流量的测算方法的简化流程图。

具体实施方式

以下所述为本发明的较佳实施实例，并不因此而限定本发明的保护范围。

参见图1，本发明提出的测算方法包括：收集水库和水库下游工程的已有资料，对收集到的已有资料进行分析，判断所满足的条件，如果满足第一条件则测算与标准一致的洪峰流量并模拟相应的洪水过程，进行调洪验算得到下泄流量的最大值并输出；如果满足第二条件则直接使用收集到的资料并输出；如果满足第三条件则测算设计洪峰流量并输出。下面对本发明所提出的测算方法进行详细介绍。

步骤A，收集水库设计采用的水文资料以及水库下游工程的已有资料。其中收集到的水库设计采用的水文资料包括水库的设计标准、校核标准、设计下泄标准、设计标准下泄流量。收集的水库下游工程的已有资料为各个工程的设计标准。

步骤B，对水库以及水库下游工程的已有资料进行分析。具体地，将水库的设计标准、设计下泄标准、校核标准与各个工程的设计标准作比较。

步骤C，如果水库设计标准低于电厂、变电站、架空线路等水库下游工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，同时水库的校核标准不低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准；或者，如果水库设计标准高于电厂、变电站、架空线路等水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准高于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准；例如某下游工程的设计标准为百年一遇，而某水库的设计标准为五十年一遇、校核标准为百年一遇，同时水库下泄标准为五十年一遇，或者某水库的设计标准为二百年一遇、校核标准为五百年一遇，同时水库下泄标准为二百年一遇；则执行如下步骤：

步骤C1，测算得到水库处与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量，模拟出最大洪峰流量为测算得到的洪峰流量的洪水过程。例如若下游工程的设计标准为百年一遇，某水库设计标准为五十年一遇、校核标准为百年一遇，同时水库下泄标准为五十年一遇时，水库的校核标准与工程一致，可以不考虑溃坝对工程的影响。但是水库下泄流量又不能满足工程的要求，所以需要先测算水库处设计标准为百年一遇的洪峰流量。具体包括如下步骤：

步骤C11，收集降雨、流域汇水面积、流域长度、流域比降、暴雨衰减系数、流域水文情势资料等水文气象要素，然后分别采用地区经验公式法、水科院法、水文比拟法综合分析测算出水库所在流域满足设计标准即百年一遇的洪峰流量。

地区经验公式法、水科院法、水文比拟法均是测算洪峰流量的方法，与不同流域的降雨、流域汇水面积、流域长度、流域比降、暴雨衰减系数流域水文情势资料等水文气象要素代入公式或者进行适当的频率测算，即可测算出设计标准为百年一遇的洪峰流量。利用以上三种测算洪峰流量的方法为公知的，再通过分析流域情况，选取最能够反映流域洪水特性，满足流域形状，以及符合流域洪峰模数的数值的设计标准为百年一遇的洪峰流量。

步骤C12，根据测算出来的与水库下游工程一致的设计标准例如为百年一遇的洪峰流量，选取一场已经发生过的洪水，进行洪水放大，模拟出具有一定历时时长且最大洪峰流量是设计标准例如为百年一遇的洪峰流量的洪水过程。选取的洪水需要满足整体历时较长，并且是在发生较大暴雨时发生的洪水，还需要对水库所在流域的洪水特征有一定的代表性，其历时时长可以是根据需要而选择的预设值。在进行洪水放大时，具体地有同倍比放大与同频率放大两种方法（同倍比放大与同频率放大的方法是公知的洪水放大方法，这里不再赘述）。

步骤C2，基于模拟出的洪水过程，对水库进行调洪演算，得到不同时间的下泄流量，选择其中的最大值作为水库下游设计标准下泄流量的测算值并输出。具体包括如下步骤：

步骤C21，将所述洪水过程划分为具有预定时长的多次洪水，所述预定时长例如为1秒钟。

步骤C22，通过水库的起调水位（也就是水库开始下泄流量的水位）开始进行调洪演算，当发生起调水位时，本次洪水开始进入水库，通过本次洪水的时长与洪水发生过程，测算本次洪水总量（也叫洪量）。根据上下文可知，预定时长例如1秒钟为一次测算过程。

步骤C23，通过水库下泄流量曲线与本次洪水的时长（即1秒钟），可以直接测算出水库在时长范围即1秒钟内的下泄流量。

步骤C24，测算水库库容的变化量，也就是洪水总量与下泄流量的差。

步骤C25，通过测算的水库库容的变化量，测算水库的新库容，即原有库容与水库库容变化量之和，根据水库水位库容曲线和测算得到的水库的新库容，测算出相应的水位值。

步骤C26，将测算得到的本次洪水的水位值作为下次洪水即第2秒时的起调水位，返回步骤步骤C22，继续测算，直到所述洪水过程的每次洪水均被测算。同时在每一秒钟都会得到水库的水位、库容、下泄流量。以某水库为例：某水库起调水为1200.0，库容为1.5亿立方米。那么第1秒水位为1200.0、库容为1.5亿立方米、下泄流量为0m³/s；第2秒钟的水位为1200.1、库容为1.53亿立方米、下泄流量为14.5m³/s。

步骤C27，获得每次洪水所对应的下泄流量，选取其中下泄流量最大的值，即为满足设计标准百年一遇的设计标准下泄流量。

在调洪演算时，还需要参考水库的下泄方式。所述下泄方式分为全闸泄流，固定水位泄流以及组合泄流几种方法，在反复测算中要根据不同的下泄方式中选取不同的边界值。比如全闸泄流就是一直反复测算即可；而固定水位泄流当达到一定的水位时才会开始泄流，从而一直反复测算，得到测算值；而组合泄流就是在反复测算后，只会泄流一部分，达到一定水位后，才开始自由泄流，具体的测算方法与现有技术相同，在此不再赘述。

步骤D、如果水库设计标准等于电厂、变电站、架空线路等水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准等于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，则可以直接使用水库的设计标准，即直接使用收集到的水库的设计标准下泄流量值作为测算值输出。

这是因为根据电力勘测设计规程规范要求，上游水库设计标准与电力工程设计标准一致时，可以直接使用上游水库的设计结果。根据电力勘测设计规程规范要求，必须考虑上游已有水利建筑的设计标准与电厂、变电站、架空线路等工程进行比较，从而考虑水利建筑对工程的影响大小。比如电厂一般的设计标准为百年一遇洪水，电厂的灰场又有五十年一遇、三十年一遇，而变电站有百年一遇、五十年一遇，架空线路有百年一遇、五十年一遇。而水库的设计标准有百年一遇、五十年一遇、三十年一遇。

步骤E、如果水库设计标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，同时水库的校核标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准时，采用地区经验公式测算洪峰流量与测算水库溃坝洪水进行对比分析，以确定水库下游工程地点的设计洪峰流量作为测算值输出。这时，并不采用步骤C的测算方法，因为所述测算方法只能测算水库与电力工程相应的设计标准结果，但是由于发生与电力工程相应的洪水时，水库已经溃坝，发生溃坝洪水对下游影响巨大，所以使用该方法不安全，同时也不能真实反映水库与下游电力工程之间的关系。

步骤C列出了两种情况，一是当水库设计标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，同时水库的校核标准不低于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准时。这时，根据电力勘测设计规程规范要求，当上游水库设计标准低于电力工程自身标准时，需要考虑水库与电力工程相同标准的设计结果，或者测算水库溃坝洪水进行测算。因为采用溃坝洪水测算流量不但增加工程投资，浪费资源，同时不能准确反映水库与电力工程的影响关系。采用步骤C记载的方法灵活方便，同时节约设计成本，并且能够对电力工程本身勘测设计增加保障性。二是当水库设计标准高于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准高于电厂、变电站、架空线路等工程的设计标准时。这时，因为水库的设计标准对于下游电力工程来说，对工程是安全的，但是由于水库设计标准值比电力工程需要的安全值偏大，这样就增加了电力工程本身的投资，而如果采用步骤记载的方法，就可以测算既满足电力勘测设计规程规范的要求的数值，又保证工程安全，同时还节约了投资，较少成本。

应注意，本发明所提出的具体实施方式及应用领域仅为说明的目的，并不作为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员可对本发明的具体实施方式进行修改以满足实际需要。

Claims (5)

1.一种水库下游设计标准下泄流量的测算方法，其特征在于，该方法包括：

A、收集水库设计采用的水文资料以及水库下游工程的已有资料，所述水库设计采用的水文资料包括水库的设计标准、校核标准、设计下泄标准以及设计标准下泄流量，所述水库下游工程的已有资料为水库下游工程的设计标准；

B、对水库以及水库下游工程的已有资料进行分析；

C、如果水库设计标准低于水库下游工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于水库下游工程的设计标准，同时水库的校核标准不低于水库下游工程的设计标准；或者，如果水库设计标准高于水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准高于水库下游工程的设计标准；则执行以下步骤：

C1、测算得到水库处与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量，模拟出最大洪峰流量为测算得到的洪峰流量的洪水过程；

步骤C1包括：

C11、收集水文气象要素，分别采用地区经验公式法、水科院法、水文比拟法综合分析测算出水库所在流域满足与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量；以及

C12、根据测算出来的与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量，选取一场已经发生过的洪水，进行洪水放大，模拟出具有一定历时时长且最大洪峰流量是与水库下游工程一致的设计标准的洪峰流量的洪水过程

C2、基于模拟出的洪水过程，对水库进行调洪演算，得到不同时间的下泄流量，选择其中的最大值作为水库下游设计标准下泄流量的测算值并输出；

步骤C2包括：

C21、将所述洪水过程划分为具有预定时长的多次洪水；

C22、通过水库的起调水位开始进行调洪演算，当发生起调水位时，本次洪水开始进入水库，通过本次洪水的时长与洪水发生过程，测算本次洪水总量；

C23、通过水库下泄流量曲线与本次洪水的时长，测算出水库在所述时长内的下泄流量；

C24、测算水库库容的变化量，即洪水总量与下泄流量的差；

C25、通过测算的水库库容的变化量，测算水库的新库容，即原有库容与水库库容变化量之和，根据水库水位库容曲线和测算得到的水库的新库容，测算出相应的水位值；

C26、将测算得到的本次洪水的水位值作为下次洪水的起调水位，返回步骤C22继续执行，直到所述洪水过程的每次洪水均被测算；

C27、获得每次洪水所对应的下泄流量，选取其中下泄流量最大的值，即为水库下游设计标准下泄流量的测算值。

2.根据权利要求1的测算方法，其特征在于，该方法进一步包括：

D、如果水库设计标准等于水库下游工程的设计标准，同时水库的设计下泄标准等于水库下游工程的设计标准，则可以直接使用水库的设计标准，即直接使用收集到的水库的设计标准下泄流量值作为测算值输出；

E、如果水库设计标准低于水库下游工程的设计标准，水库的设计下泄标准低于水库下游工程的设计标准，同时水库的校核标准低于水库下游工程的设计标准时，采用地区经验公式测算洪峰流量与测算水库溃坝洪水进行对比分析，确定水库下游工程地点的设计洪峰流量作为水库下游设计标准下泄流量的测算值输出。

3.根据权利要求1或2所述的测算方法，其特征在于：

步骤B包括：将水库的设计标准、设计下泄标准、校核标准与水库下游工程的设计标准作比较。

4.根据权利要求1或2所述的测算方法，其特征在于：

选取对水库所在流域的洪水特征具有代表性的一场已经发生过的洪水。

5.根据权利要求1或2所述的测算方法，其特征在于：

参考水库的下泄方式进行所述调洪演算，所述下泄方式包括全闸泄流，固定水位泄流以及组合泄流。