《兴利调图解法》PPT课件.ppt

2.7 兴利调节时历图解法,一、水量累积曲线和水量差积曲线 二、根据用水要求确定兴利库容的图解法 三、根据兴利库容确定调节流量的图解法 四、根据水库兴利库容和操作方案,推求水库运用过程,一、水量累积曲线和水量差积曲线,1、水量累积曲线 来水或用水随时间变化的关系可用流量过程线表示，也可用水量累积曲线表示，均以时间为横坐标，如右图。 流量过程线上，纵坐标表示相应时刻的流量值； 水量累积曲线上纵坐标则表示从计算起始时刻t0(坐标原点)到相应时刻t之间的总水量。,流量过程线和水量累积曲线,两者之间的关系是：水量累积曲线是流量过程线的积分曲线，而流量过线则是水量累积曲线的一次导数线，即,水量累积曲线的绘制,近似求积法：将流量过程线历时分成若干时段t，求各时段平均流量 ，并用它代替时段内变化的流量，则：,流量过程线和水量累积曲线,为了便于计算和绘图，常以【（m3/s）月】为水量的计算单位。 其含义是1m3/s的流量历时一个月的水量，即 1（m3/s）月2.63106 m3,水量累积曲线计算表,已知某河某年510月平均流量，试绘制该时段内水量累积曲线,水量累积曲线的主要特性（归纳）,（1）累积曲线各时刻的纵坐标就等于从开始时刻到该时刻为止这一段时间内流经所研究断面的水量之和； （2）曲线上任意A、B两点的纵坐标差值WAB表示tA至tB期间流过的水量；,（3）连接曲线上任意A、B两点得割线AB，它与横轴夹角 的正切（斜率），正好表示tAB内的平均流量。全历时？ （4）水量累积曲线上任意一点的切线斜率代表该时刻的瞬时流量，,若某时段流量为常数，则该时段内水量累积曲线应为直线段。也就是说按时段平均流量绘成的水量累积曲线呈折线状；而按瞬时流量绘制时，则呈曲线状。 上述切线斜率表示流量的特性可见，当选定比尺绘成水量累积曲线后,必然产生与之相对应的流量比尺。,水量累积曲线流量比尺,流量比尺的绘制方法：沿横坐标轴，在坐标原点左边一个计算时段的长度处取一点O作为流量比尺原点。在纵轴上按水量比尺量取任意值Qt(m3/s)月，将OS及其延长线等分，即得流量比尺。,2、水量差积曲线,从流量过程线上减去一常数流量值，例如Q定，然后把各单位时段的差量（Q-Q定）累积之，则得差积曲线的各纵标值，即 根据水量累积曲线各点的差积水量绘制而成的曲线，叫做水量差积曲线。,水量差积曲线的绘制,Q t时刻的瞬时流量; Q定 接近于绘图历时平均流量的整数值。,或近似表示为：,Q 时段平均流量,水量差积曲线也具有与水量和时间比尺相适应的流量比尺，只不过这时水平方向不表示流量为零，而表示接近于绘图历时平均流量的整数流量Q定。流量等于零的射线已“错动”到倾向右下方的Ot位置。,水量差积曲线流量比尺,求导,水量差积曲线的流量比尺绘制,先画水平线段On“，使它按时间比尺表示某一定时段t。然后由n“点垂直向下作线段 t“n“ ，使它按水量比尺等于Q定t(m3/s)月。将t“n“及其延长线等分，即可绘出水量差积曲线的流量比尺。,水量差积曲线的主要特性,(1)QQ定时,曲线上升；QQ定时，曲线下降。当Q定等于或接近于绘图历时的平均流量时，曲线将围绕水平轴上下摆动； (2)曲线上任两点纵坐标差，等于此时段内流过之水量减去Q定流量在同一时段内流过之水量； (3)曲线上任意两点至流量比尺Q=0方向线的垂直距离之差，即该两点历时内的实际水量。,(4)任一时刻的流量可由差积曲线上该点切线斜率按流量比尺确定 。当某时段流量为常数时，该时段内差积曲线呈直线状。 某时段的平均流量可由水量差积曲线相应两点的连线斜率，按流量比尺确定。,可见，水量差积曲线具有与水量累积曲线十分相似的基本特性。,二、根据用水要求确定兴利库容的图解法,1、确定年调节水库兴利库容的图解法(不计水量损失) （一）年调节水库图解计算的代表期法： 1 使用水量累积曲线确定 (1)平行移动需水累积曲线，使切来水累积曲线于M点。 (2)再平行移动需水累积曲线，使与来水累积曲线切于M点之右下方N点。 (3)两切线之间的垂直距离即为所需之调节库容v。,P,上切点M为余水期到亏水期之分界点，在M点以左，来水累积曲线之斜率大于需水累积曲线之斜率，即来水流量大于需水流量，为余水期。M点以右则相反，为亏水期。 供水期tMtN时段天然来水总量为RN，相应的需水累积量为RP，故亏水量为PN，也即所需之调节库容V。 调节库容取决于左上切点与其后续之右下切点之间的垂直距离。而非左下切点与其后续之右上切点(图中O、M点)，后两点之间为余水期，该切点之间垂直距离表示余水期总余水量。,2 使用水量差积曲线确定,（1）绘制设计枯水年水量差积曲线及其流量比尺； （2）在流量比尺上定出已知调节流量的方向线，绘出平行于Q调射线并与天然水量差积曲线相切的平行线组； （3）供水期上、下切线间的纵距，按水量比尺量取，即等于所求的水库V兴。,注意事项：,(1)上切线bb和天然来水量差积曲线的纵距表示各时刻需由水库补充的水量； (2)切线bb和cc间纵距为兴利库容V兴； (3)天然水量差积曲线与下切线cc间的纵距表示供水期水库蓄水量变化过程。,（二）年调节水库图解计算的长系列法,首先针对长系列实测径流资料，用与上述代表期法相同的步骤和方法进行图解，求出各年所需的兴利库容。再按由小到大顺序排列，计算、绘制兴利库容经验频率曲线。最后，根据设计保证率P设由兴利库容频率曲线查定所求的兴利库容图（a）。,显然，改变Q调将得出不同的V兴。针对每一个Q调方案进行长系列时历图解、将求得各自特定的兴利库容经验频率曲线，如图（b）所示。,关键要点：,水量累积曲线 对任一瞬时tA，流量：,“比尺”=“比例尺” 指图或坐标系中单位长度距离所代表的实际数值。,一定的倾斜角度代表一定的流量； 流量比尺取决于水量比尺和时间比尺,水量差积曲线,图解法确定兴利库容（设计代表年）,2、确定多年调节水库兴利库容的图解法(不计水量损失),（一）多年调节水库图解计算的代表期法（ 与上述年调节代表用法相似） (1)绘制设计枯水系列（长系列）水量差积曲线及其流量比尺; (2)按照公式T破=nP设(n +1)计算在设计保证率条件下的允许破坏年数; 本例具有30年水文资料，即n30，若P设=94，则: T破30-0.94311年。 (3)选出最严重的连续枯水年系列,并自此系列末期扣除T破,以划定设计枯水系列； (4)根据需要与可能，确定在正常工作遭破坏年份的最低用水流量Q破，Q破 Q调; (5)在最严重枯水年系列末期(最后一年)作天然水量差积曲线的切线，使其斜率等于Q破;,(6)自点s作斜率等于Q调的线段ss。同时在设计枯水系列起始时刻作差积曲线的切线hh ，其斜率也等于Q调，切点为h。 ss与hh间的纵距便表示该多年调节水库应具备的兴利库容; (7)当长系列水文资料中有两个以上的严重枯水年系列而难于确定设计枯水系列时，则应按上述步骤分别对各枯水年系列进行图解，取所需兴利库容中的最大值，以策安全。,（二）多年调节水库图解计算的长系列法,运用推调节流量平行切线的方法，求出各种年份和年组所需的兴利库容，而后对各兴利库容值进行频率计算，按设计保证率确定必需的兴利库容。 在求出各种年份和年组所需的兴利库容V1、V2、V3、V10之后，按由小到大排序计算各兴利库容值的频率，并绘制兴利库容频率曲线，根据P设便可在该曲线上查定所需多年调节水库的兴利库容V兴。,3、计入水量损失确定兴利库容的图解法,方法一：将计算期分为若干时段，由不计损失时的蓄水情况初定各时段的水量损失值。以供水终止时刻放空兴利库容为控制，逆时序操作并逐步逼近地求出较精确的解答。 方法二：近似法 根据不计水量损失求得的兴利库容定出水库在计算期的平均蓄水量和平均水面面积，从而求出计算期总水量损失并折算成损失流量。 用既定的调节流量加上损失流量得出毛调节流量，再根据毛调节流量在天然水量差积曲线上进行图解，便可求出计入水库水量损失后的兴利库容近似解。,三、根据兴利库容确定调节流量的图解法,代表期法： (1)在设计枯水年水量差积曲线下方绘制与之平行的满库线，两者间纵距等于已知的兴利库容V兴; (2)绘制枯水期天然水量差积曲线和满库线的公切线ab; (3)根据公切线的方向，在流量比尺上定出相应的流量值，它就是已知兴利库容所能获得的符合设计保证率要求的调节流量。切点a和b分别定出按等流量调节时水库供水期的起迄日期;,3-21,1、确定年调节水库调节流量的图解法,(4)当计及水库水量损失时，先求平均损失流量，从上面求出的调节流量中扣除损失流量，即得净调节流量。 在设计保证率一定时，调节流量值将随兴利库容的增减而增减，当改变P设时，只需分别对各个P设相应的设计枯水年，用同样方法进行图解，便可绘出一组以P设为参数的兴利库容与调节流量的关系曲线。,长系列法：,求出各种来水年份的Q调，将这些Q调值按大小顺序排列，进行频率计算并绘制调节流量频率曲线。根据规定的P设，便可在该频率曲线上查定所求的调节流量值。对若干兴利库容方案，用相同方法进行图解，就能绘出一组调节流量频率曲线。,2、确定多年调节水库调节流量的图解法,代表期法： 从长水文系列中选出最枯枯水年组，根据水文系列的年限和设计保证率，可算出正常工作允许破坏年数; T破n-P设(n +1) 据此在图中确定s点位置。自s点作满库线的切线ss“,可按其方向在流量比尺上定出调节流量Q调。,长系列法,这类图解也可对长系列水文资料进行，如图4-25所示。表示用水情况的调节流量线，基本上由天然水量差积曲线和满库线的公切线组成。但应注意，该调节流量不应超越天然水量差积曲线和满库线的范围。例如图2-24中T时期内就不能再拘泥于公切线的作法，而应改为两种不同调节流量的用水方式（即Q调7和Q调8）。 以上这种作图方法所得调节方案，就好似一根细线绷紧在天然水量差积曲线与满库线之间的各控制点上（要尽量使调节流量均衡些），所以又被形象地称为“绷线法”。,根据水库兴利库容和操作方案，求水库运用过程,仅对等流量调节，遇到来水丰富的丰水年情况做一简单介绍。,说明,局部回蓄和局部供水 大多数实际径流资料规律性较差； 蓄水期中可能存在局部供水； 供水期中也可能存在局部蓄水； 宗旨：最大可能提高供水期调节流量。,思考题,1、水库有哪些特征水位及特征库容？它们各起什么作用? 2、水库的蒸发、渗漏损失是如何产生的? 3、何谓水库的淤积年限？减少淤积的措施有哪些？ 4、灌溉水库的灌溉面积、兴利库容、设计保证率三者 之间的关系怎样? 5、设计保证率的涵义?怎样表示？ 6、设计枯水年是如