第二章 水库兴利调节1

1、西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 水库特性曲线、特征水位及特征库容水库特性曲线、特征水位及特征库容 第三节第三节 兴利调节分类兴利调节分类 第四节第四节 设计保证率设计保证率 第五节第五节 设计代表期设计代表期 第六节第六节 兴利调节计算的原理与方法兴利调节计算的原理与方法 第七节第七节 年调节水库兴利调节计算时历法年调节水库兴利调节计算时历法 第八节第八节 多年调节水库的兴利调节计算多年调节水库的兴利调节计算 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科

2、技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 l径流调节径流调节为了消除或减轻洪水灾害，或是为了消除或减轻洪水灾害，或是 为了满足兴利需要而采取的调节和改变径流天然为了满足兴利需要而采取的调节和改变径流天然 状态的措施。状态的措施。 l广义的径流调节广义的径流调节是指整个流域内，人类对地面是指整个流域内，人类对地面 及地下径流自然过程的一切有意识的干涉。及地下径流自然过程的一切有意识的干涉。 l狭义的径流调节狭义的径流调节是指运用工程措施（坝和水库）是指运用工程措施（坝和水库） 改变河川径流在时程或空间上的分配。改变河川径流在时程或空间上的分配。

3、l利用水库调节径流，是河流综合治理和水资源利用水库调节径流，是河流综合治理和水资源 综合开发利用的一个重要技术措施。综合开发利用的一个重要技术措施。径流调节分径流调节分 两大类两大类：兴利调节兴利调节（枯水调节枯水调节) )、洪水调节洪水调节。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 1 1）径流资料）径流资料 日和周调节需要有日和周调节需要有1010年左右的历年日平均流量资料；年左右的历年日平均流量资料； 年调节需要有年调节需要有2020年以上的历年月平均流量和汛期旬平均流年以上的历年月平均流量和

4、汛期旬平均流 量资料；多年调节需要量资料；多年调节需要3030年以上的年、月径流资料，以及年以上的年、月径流资料，以及 年径流频率曲线和统计特征值等。年径流频率曲线和统计特征值等。 2 2）库区地形及地质资料）库区地形及地质资料 3 3）用水资料）用水资料 4 4）其他水文气象资料）其他水文气象资料 降雨、蒸发、气温、风向、风力和冰冻情况等，各站降雨、蒸发、气温、风向、风力和冰冻情况等，各站 雨量、水位、流量、流速、水质、含沙量等。雨量、水位、流量、流速、水质、含沙量等。 兴利调节计算的基本资料：兴利调节计算的基本资料： 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20

5、212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 一、水库的特性曲线一、水库的特性曲线 一般用来反映水库地形特性的曲线称为水库特性一般用来反映水库地形特性的曲线称为水库特性 曲线，有水库水位与面积关系曲线和水库水位与容积曲线，有水库水位与面积关系曲线和水库水位与容积 关系曲线，简称水库面积曲线及水库容积曲线。关系曲线，简称水库面积曲线及水库容积曲线。 ( (一一) )水库面积特性曲线水库面积特性曲线 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 ( (二二) )水库容积特性曲线水库容积特性曲

6、线（面积曲线的积分曲线）（面积曲线的积分曲线） )( 2 上下 FF Z V )( 3 上上下下 FFFF Z V 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 静水容积静水容积，简称，简称静库容静库容。 静库容能满足一般水库规划设静库容能满足一般水库规划设 计要求，计要求，对于大的湖泊式水库，对于大的湖泊式水库， 流速甚小时流速甚小时，水面曲线接近水，水面曲线接近水 平，仅回水尾端上翘，故以静平，仅回水尾端上翘，故以静 库容计算，误差不大。库容计算，误差不大。 对于大型河川式水库，回对于大型河川式水库，

7、回 水影响甚远，应按动水容积水影响甚远，应按动水容积来来 计算，实际水面线与坝前水位计算，实际水面线与坝前水位 水平线所构成的容积为水平线所构成的容积为动水库动水库 容容( (即楔形蓄量即楔形蓄量) )，简称，简称动库容动库容。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 动库容曲线的绘制方法：动库容曲线的绘制方法： （1 1）根据水文资料及工程情况，拟定入库流量范围及坝）根据水文资料及工程情况，拟定入库流量范围及坝 前水位的变化幅度；前水位的变化幅度； （2 2）根据库区地形特点，将库区划分为若干库段

8、）根据库区地形特点，将库区划分为若干库段 （3）假定不同的坝前水位、）假定不同的坝前水位、 入库流量，按水力学方法入库流量，按水力学方法 绘制不同坝前水位和入库绘制不同坝前水位和入库 流量情况下的回水曲线；流量情况下的回水曲线； （4）绘制各断面的水位）绘制各断面的水位面面 积关系曲线积关系曲线Zf(A) ； （5）从水面曲线中找出各断面的水位）从水面曲线中找出各断面的水位Z0、Z1、Z2、Z3、 Zn，并查出其相应的断面面积，并查出其相应的断面面积 A0、A1、A2、A3、An； 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1

9、919时时4040分分 （6 6）查出相应于坝前水位下各断面的静水面积）查出相应于坝前水位下各断面的静水面积 nnn AAAAAAAAAAAA、 222111000 nnn AAAAAAAAAAAA、 222111000 （8）计算楔形体的容积）计算楔形体的容积 1 1 12 21 01 10 222 nn nn L AA L AA L AA V 楔 n3210 AAAAA、 （7）计算各断面面积增量）计算各断面面积增量 动库容曲线的绘制方法：动库容曲线的绘制方法： 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时404

10、0分分 （9 9）据坝前水位查静库容曲线，得出相应的静库容；）据坝前水位查静库容曲线，得出相应的静库容； （1010）求出相应于坝前水位的动库容。）求出相应于坝前水位的动库容。 动库容曲线的绘制方法：动库容曲线的绘制方法： 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容 特征水位：特征水位：水库工程为完成不同任务在不同时期水库工程为完成不同任务在不同时期 和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种 库水位

11、。库水位。 特征库容：特征库容：相应于水库特征水位以下或两特征水相应于水库特征水位以下或两特征水 位之间的水库容积。位之间的水库容积。 特征水位及其相应的库容体现了水库利用和正常特征水位及其相应的库容体现了水库利用和正常 工作的各种特定要求，是规划设计阶段确定水工建工作的各种特定要求，是规划设计阶段确定水工建 筑物尺寸（如坝高、溢洪道宽度）及估算工程效益筑物尺寸（如坝高、溢洪道宽度）及估算工程效益 的基本依据。的基本依据。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 ( (一一) )死水位死水位Z Z死

12、 死和死库容 和死库容V V死 死 死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落 的最低水位。的最低水位。 死库容（垫底库容）：死水位以下的水库容积。死库容（垫底库容）：死水位以下的水库容积。 死库容一般用于容纳水库泥沙、抬高坝前水位死库容一般用于容纳水库泥沙、抬高坝前水位 和库内水深，一般不参与径流调节。和库内水深，一般不参与径流调节。 （二）正常蓄水位（二）正常蓄水位（Z Z蓄 蓄）和兴利库容（ ）和兴利库容（V V兴 兴） ） 正常蓄水位：水库在正常运用情况下，为满足设正常蓄水位：水库在正常运用情况下，为满足设 计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位。

13、又称正计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位。又称正 常高水位或设计兴利水位。它决定水库的常高水位或设计兴利水位。它决定水库的规模、效益规模、效益 和调节方式。和调节方式。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 兴利库容（调节库容）：兴利库容（调节库容）：正常蓄水位与死水位间正常蓄水位与死水位间 的库容，用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电的库容，用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电 站出力。站出力。 水库消落深度（工作深度）：水库消落深度（工作深度）：正常蓄水位与死水正常蓄水位与死水 位的高

14、程差。位的高程差。 （三）防洪限制水位（三）防洪限制水位（Z Z限 限） ） 防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限 水位。它是水库汛期防洪运用时的水位。它是水库汛期防洪运用时的起调水位起调水位。根据。根据洪洪 水特性水特性和和防洪要求防洪要求，对汛期不同时期，对汛期不同时期分段拟定分段拟定，把，把Z Z 限限定在 定在Z Z蓄 蓄以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合， 以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合， 从而减小专用防洪库容。从而减小专用防洪库容。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6

15、月月2323日日1919时时4040分分 （四）防洪高水位（四）防洪高水位（Z Z防 防）和防洪库容（ ）和防洪库容（V V防 防） ） 防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准 洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在 坝前达到的最高水位。坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任只有当水库承担下游防洪任 务时，才需确定这一水位。务时，才需确定这一水位。 防洪库容：防洪库容：防洪高水位与防洪限制水位间的库防洪高水位与防洪限制水位间的库 容，用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求容，用以拦蓄洪水，满足下游防

16、护对象的防洪要求 。 注意：注意：当汛期各时段具有不同的防洪限制水位当汛期各时段具有不同的防洪限制水位 时，防洪库容指时，防洪库容指最低最低的防洪限制水位与防洪高水位的防洪限制水位与防洪高水位 之间的库容。之间的库容。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库容与当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库容与 兴利库容的重叠部分，称兴利库容的重叠部分，称重叠库容或共用库容（重叠库容或共用库容（V V共 共 ）。此库容在汛期腾空作为防洪库容或调洪库容的一。此库容在汛期

17、腾空作为防洪库容或调洪库容的一 部分，在汛末，作为兴利库容的一部分，以增加供水部分，在汛末，作为兴利库容的一部分，以增加供水 期的保证供水量或水电站的保证出力。期的保证供水量或水电站的保证出力。 在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库容在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库容 和兴利库容有和兴利库容有完全重叠、部分重叠、不重叠完全重叠、部分重叠、不重叠（防洪限（防洪限 制水位与正常蓄水位处于同一高程）三种形式。制水位与正常蓄水位处于同一高程）三种形式。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 图

18、图2-32-3图图2-42-4 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 （五）设计洪水位（五）设计洪水位（Z Z洪 洪）和拦洪库容（ ）和拦洪库容（V V拦 拦） ） 设计洪水位设计洪水位: :水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到 的最高水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库的最高水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库 水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。 拦洪库容（拦洪库容（V V拦 拦） ）Z Z限 限与 与Z Z设洪

19、设洪 之间的库容。 之间的库容。 （六）校核洪水位（六）校核洪水位（Z Z洪 洪）和调洪库容（ ）和调洪库容（V V调洪 调洪） ） 校核洪水位：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达校核洪水位：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达 到的最高水位。它是水库非常运用情况下允许达到的到的最高水位。它是水库非常运用情况下允许达到的 临时性最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全临时性最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全 校核的主要依据。校核的主要依据。 调洪库容：调洪库容：校核洪水位与防洪限制水位之间的库校核洪水位与防洪限制水位之间的库 容，用以拦蓄洪水，确保大坝安全。容，用以拦蓄洪水，确保大坝安全。 西北农

20、林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 （七）总库容（七）总库容（V V总 总）和有效库容（ ）和有效库容（V V效 效） ） 总库容：校核洪水位以下的全部库容，总库容总库容：校核洪水位以下的全部库容，总库容 是表示水库工程规模的代表性指标，可作为划分水是表示水库工程规模的代表性指标，可作为划分水 库等级、确定工程安全标准的重要依据。库等级、确定工程安全标准的重要依据。 有效库容：校核洪水位与死水位之间的库容。有效库容：校核洪水位与死水位之间的库容。 V V总 总 V V死 死 V V兴 兴 V V调洪

21、调洪 V V共 共。 。 V V效 效 V V总 总 V V死 死 V V兴 兴 V V调洪 调洪 V V共 共。 。 大大型型大于大于1010亿亿m m3 3； 大大型型111010亿亿m m3 3； 中中 型型0.10.11 1亿亿m m3 3； 小小型型0.010.010.1 0.1 亿亿m m3 3； 小小型型小于小于0.01 0.01 亿亿m m3 3。 按总按总 库容库容 把水把水 库划库划 分为分为 五级五级 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 安全超高安全超高 放水管放水管 死水

22、位死水位 正常蓄水位正常蓄水位 校核洪水位校核洪水位 设计洪水位设计洪水位 死库容死库容 兴利库容兴利库容 结合库容结合库容 拦洪库容拦洪库容 调洪库容调洪库容 防洪限制水位防洪限制水位 防洪库容防洪库容 防洪高水位防洪高水位 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 三、水库的水量损失三、水库的水量损失 (1)(1)蒸发损失蒸发损失 W W蒸 蒸= =（ （E E水 水-E -E陆 陆） ）A A年 年 10001000 其中：其中：W W蒸 蒸 一年内水库的蒸发损失量，一年内水库的蒸发损失量，m

23、m3 3； E E水 水 一年内水面蒸发深度，一年内水面蒸发深度，mmmm； E E陆 陆 一年内陆面蒸发深度，一年内陆面蒸发深度，mmmm； A A年 年 水库计算面积，水库计算面积，kmkm2 2，即水库实际水面面积与建库，即水库实际水面面积与建库 前水面面积之差。前水面面积之差。 (2)(2)渗漏损失渗漏损失 坝身、闸门、库底及库岸四周向外渗漏，其渗漏量的大坝身、闸门、库底及库岸四周向外渗漏，其渗漏量的大 小决定于库区、坝址的地质及水文地质条件与施工质量。其小决定于库区、坝址的地质及水文地质条件与施工质量。其 值可根据水文地质条件，参考已建水库的实际渗漏资料，选值可根据水文地质条件，参考

24、已建水库的实际渗漏资料，选 用经验数据，作为估算渗漏损失的依据。见表用经验数据，作为估算渗漏损失的依据。见表2-12-1。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 表表2-1 计算渗漏损失的经验数值表计算渗漏损失的经验数值表 水文地质水文地质 条件条件 月渗漏量与水库蓄月渗漏量与水库蓄 水量之比（水量之比（%） 年渗漏量与水库蓄年渗漏量与水库蓄 水量之比水量之比 （%） 优良优良01.0010 中等中等1.01.51020 差差1.53.02040 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学

25、水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 四、水库的淹没和浸没四、水库的淹没和浸没 在河流上建造水库将带来库区的淹没和库区附在河流上建造水库将带来库区的淹没和库区附 近土地的浸没，使库区原有耕地及建筑物被废弃，近土地的浸没，使库区原有耕地及建筑物被废弃， 居民、工厂和交通线路被迫迁移改建，造成一定的居民、工厂和交通线路被迫迁移改建，造成一定的 损失。损失。 我国地少人多，筑坝建库所引起的淹没问题往我国地少人多，筑坝建库所引起的淹没问题往 往比较突出，对淹没问题的考虑和处理就更需周密往比较突出，对淹没问题的考虑和处理就更需周密 慎重。慎重。 淹没通常分

26、为淹没通常分为经常性淹没经常性淹没和和临时性淹没临时性淹没两类。两类。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 五、水库的淹没和浸没五、水库的淹没和浸没 经常性淹没经常性淹没：一般：一般指正常蓄水位以下指正常蓄水位以下的库区，由于经的库区，由于经 常被淹，且持续时间长，因此，在此范围内的居民、城镇常被淹，且持续时间长，因此，在此范围内的居民、城镇 、工矿企业、通信及输电线路、交通设施等大多需搬迁、工矿企业、通信及输电线路、交通设施等大多需搬迁、 改线，土地也很少能被利用。改线，土地也很少能被利用。

27、临时性淹没临时性淹没：一般：一般指正常蓄水位以上至校核洪水位之指正常蓄水位以上至校核洪水位之 间间的区域，被淹没机会较小，受淹时间也短暂，可根据具的区域，被淹没机会较小，受淹时间也短暂，可根据具 体情况确定哪些迁移，哪些进行防护，区内的土地资源大体情况确定哪些迁移，哪些进行防护，区内的土地资源大 多可以合理利用。多可以合理利用。 所有迁移对象或防护措施都将按规定标准给予补偿。所有迁移对象或防护措施都将按规定标准给予补偿。 此补偿费用和水库淹没范围内的各种资源的损失统称为此补偿费用和水库淹没范围内的各种资源的损失统称为水水 库淹没损失库淹没损失，计入水库总投资内。，计入水库总投资内。 西北农林科

28、技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 浸没浸没：指库水位抬高后引起库区周围地区：指库水位抬高后引起库区周围地区地地 下水位上升下水位上升所带来的危害，如可能使农田发生次所带来的危害，如可能使农田发生次 生盐碱化，不利于农作物生长；可能形成局部的生盐碱化，不利于农作物生长；可能形成局部的 沼泽地，使环境卫生条件恶化；还可能使土壤失沼泽地，使环境卫生条件恶化；还可能使土壤失 去稳定，引起建筑物地基的不均匀沉陷，以致发去稳定，引起建筑物地基的不均匀沉陷，以致发 生裂缝或倒塌。生裂缝或倒塌。 水库周围的浸没范围：水

29、库周围的浸没范围：一般可采用正常蓄水一般可采用正常蓄水 位或一年内持续两个月以上的运行水位为测算依位或一年内持续两个月以上的运行水位为测算依 据。据。 五、水库的淹没和浸没五、水库的淹没和浸没 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 一、按调节周期分类一、按调节周期分类 调节周期，指水库的兴利库容从调节周期，指水库的兴利库容从库空库空蓄满蓄满 放空放空的完整的蓄放过程。的完整的蓄放过程。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1

30、919时时4040分分 年 兴 W V 日调节：日调节：0.03 年调节：年调节： 0.030.25 多年调节：多年调节：0.250.5 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 二、按水库作用分类二、按水库作用分类 补偿调节补偿调节 、梯级调节、梯级调节 、径流电力补偿调节、径流电力补偿调节 、反调节、反调节 三、其他分类三、其他分类 按水库所承担的任务分为单一任务水库径流调节及综合利用按水库所承担的任务分为单一任务水库径流调节及综合利用 水库径流调节；水库径流调节； 按水库供水方式分为固定供水和变

31、动供水（农田灌溉）两类。按水库供水方式分为固定供水和变动供水（农田灌溉）两类。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 一、工作保证率和设计保证率一、工作保证率和设计保证率 保证率：在多年期间，各个用水部门能够按照保证率：在多年期间，各个用水部门能够按照 正常用水的需要，正常工作的概率。正常用水的需要，正常工作的概率。 年设计保证率：指多年期间正常工作年数占运年设计保证率：指多年期间正常工作年数占运 行总年数的百分比行总年数的百分比 。 P P设 设= =正常工作年数 正常工作年数/ /（总运行年数

32、（总运行年数+1+1）100%100% %100%100 运行总年数 工作遭破坏年数运行总年数 运行总年数 正常工作年数 p 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历 时的百分比时的百分比 。 年保证率与历时保证率之间的转换：年保证率与历时保证率之间的转换： 采用哪种形式计算工作保证率，视采用哪种形式计算工作保证率，视用水特性用水特性、 水库调节性能水库调节性能及及设计要求设计要求等因素而定。蓄水式电站等因素而定。蓄水式

33、电站 、灌溉用水等，一般可采用年保证率；径流式电站、灌溉用水等，一般可采用年保证率；径流式电站 、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门，其、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门，其 工作多按日计算，故多采用历时保证率。工作多按日计算，故多采用历时保证率。 %100p 旬）运行总历时（日、月或 或旬）正常工作历时（日、月 %100/11mpp 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 二、设计保证率的选择二、设计保证率的选择 （二）灌溉设计保证率（二）灌溉设计保证率 灌溉设计保证率灌溉设计保证率：指

34、在干旱期作物缺水情况下，：指在干旱期作物缺水情况下， 由灌溉设施供水抗旱的保证程度。由灌溉设施供水抗旱的保证程度。 100% 1总供水年数 正常供水年数 P 灌溉设计保证率选用的灌溉设计保证率选用的基本原则基本原则：南方地区比北：南方地区比北 方地区为高；自流灌溉比提水灌溉为高；远景规划工方地区为高；自流灌溉比提水灌溉为高；远景规划工 程比近期工程为高；大型工程比中小型工程为高。程比近期工程为高；大型工程比中小型工程为高。 （一）给水设计保证率（一）给水设计保证率 表表2-2 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919

35、时时4040分分 表表2-2 2-2 灌溉设计保证率灌溉设计保证率 灌水方法灌水方法地区地区作物种类作物种类 设计保证率设计保证率 （% %） 地地 面面 灌灌 溉溉 干旱地区干旱地区 或水资源紧缺地区或水资源紧缺地区 以旱作为主以旱作为主50507575 以水稻为主以水稻为主70708080 半干旱半湿润地区半干旱半湿润地区 或水资源不稳定地区或水资源不稳定地区 以旱作为主以旱作为主70708080 以水稻为主以水稻为主75759595 湿润地区湿润地区 或水资源丰富地区或水资源丰富地区 以旱作为主以旱作为主75758585 以水稻为主以水稻为主80809595 喷灌、微灌喷灌、微灌各类地区

36、各类地区各类作物各类作物85859595 注：作物经济价值较高的地区，宜选用表中较大值；作物经济价注：作物经济价值较高的地区，宜选用表中较大值；作物经济价 值不高的地区，可选用表中较小值。值不高的地区，可选用表中较小值。 引洪淤灌系统的灌溉设计保证率可取引洪淤灌系统的灌溉设计保证率可取30%30%50%50%。 摘自灌溉与排水工程设计规范（摘自灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99GB50288-99） 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 抗旱天数抗旱天数:指依靠灌溉设施供水，可以抗御连续

37、多指依靠灌溉设施供水，可以抗御连续多 少天无雨保丰收的天数。农田基本建设和一些小型灌区少天无雨保丰收的天数。农田基本建设和一些小型灌区 的规划设计中是常被采用的。的规划设计中是常被采用的。 在在F一定的情况下，一定的情况下，P灌 灌 越高，所需越高，所需V兴 兴越大； 越大； 在在P灌 灌一定的情况下， 一定的情况下，F 越大，所需越大，所需V兴 兴也越大； 也越大； 在水库在水库V兴 兴一定的情况 一定的情况 下，下， P灌 灌越高，可灌溉的面积 越高，可灌溉的面积 越小。越小。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1

38、919时时4040分分 二、设计保证率的选择二、设计保证率的选择 （三）水电站的设计保证率（三）水电站的设计保证率 装机容量小于装机容量小于50 MW的小型水电站，设计保证的小型水电站，设计保证 率一般采用率一般采用6590；以灌溉为主的农村小水电；以灌溉为主的农村小水电 工程的设计保证率，常与灌溉设计保证率取同值；工程的设计保证率，常与灌溉设计保证率取同值； 大、中型水电站的设计保证率可参照下表选值。大、中型水电站的设计保证率可参照下表选值。 表表 水电站设计保证率水电站设计保证率 系统中水电站容量比重（系统中水电站容量比重（% %）2525以下以下252550505050以上以上 水电站设

39、计保证率（水电站设计保证率（% %）808090909090959595959898 （四）航运设计保证率（四）航运设计保证率（航道等级航道等级 ） 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 一、设计代表年一、设计代表年 设计枯水年设计枯水年 设计中水年设计中水年 设计丰水年设计丰水年 1.典型年的原则典型年的原则 （1）水量接近原则：典型年的年径流量与设计值要接近。）水量接近原则：典型年的年径流量与设计值要接近。 （2）代表性原则：三个典型年应具有较好的代表性，尽）代表性原则：三个典型年应具有较好的

40、代表性，尽 可能具有实测资料且年代较近。可能具有实测资料且年代较近。 （3）对工程不利的原则。）对工程不利的原则。 2.设计年径流设计年径流 采用典型年年水量（或供水期水量、供水期调节流量）采用典型年年水量（或供水期水量、供水期调节流量） 为控制的为控制的同倍比法同倍比法 例题例题2-1 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 二、设计多年径流系列二、设计多年径流系列 1.设计枯水系列设计枯水系列 T破 破 = n - P设设（ （n + 1） 在实测资料中选出最严重的连续枯水年组，并从该年在实测资

41、料中选出最严重的连续枯水年组，并从该年 组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数T T破 破，余下的即为 ，余下的即为 所选的设计枯水系列。所选的设计枯水系列。 注意：注意：用设计枯水系列调节计算结果对其他枯水年用设计枯水系列调节计算结果对其他枯水年 组进行校核，若另有正常工作遭破坏的时段，则要从组进行校核，若另有正常工作遭破坏的时段，则要从T T破 破 中扣除，得出新的允许破坏年数，并用它重新确定设计枯中扣除，得出新的允许破坏年数，并用它重新确定设计枯 水系列；有时需校核破坏年份供水量和电站出力能否满水系列；有时需校核破坏年份供水量和电站出力能否满 足最低要求，若

42、不能满足，则水库应在允许破坏时段前预足最低要求，若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预 留部分蓄水量。留部分蓄水量。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 注意：注意： 系列连续径流资料至少要有一个以上完整的循环；系列连续径流资料至少要有一个以上完整的循环； 系列年径流均值应等于或接近于多年平均值；系列年径流均值应等于或接近于多年平均值； 系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关 系与长系列大体相同，使设计中水系列的年径流变差系数系与长系列大体相

43、同，使设计中水系列的年径流变差系数CvCv 与长系列的相近。与长系列的相近。 二、设计多年径流系列二、设计多年径流系列 1.设计枯水系列设计枯水系列 2.设计中水系列（代表中等来水条件下的平均设计中水系列（代表中等来水条件下的平均 兴利情况）兴利情况） 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 兴利调节计算：利用水库重新分配天然径流所进兴利调节计算：利用水库重新分配天然径流所进 行的计算。行的计算。 基本原理：基本原理：W末 末=W初初+W入入-W出出 式中式中W W末 末 计算时段末水库蓄水量；计算

44、时段末水库蓄水量； W W初 初 计算时段初水库蓄水量；计算时段初水库蓄水量； W W入 入 计算时段入库水量；计算时段入库水量； W W出 出 计算时段出库水量，包括向各用水部门计算时段出库水量，包括向各用水部门 提供的水量、弃水量及水库水量损失等。提供的水量、弃水量及水库水量损失等。 基本课题基本课题:已知来水、用水和已知来水、用水和P P设 设，求 ，求V V兴 兴； ； 已知来水、已知来水、 V V兴 兴和 和P P设 设，求 ，求Q Q调 调； ； 在来水、兴利库容、供水能力已定的情况在来水、兴利库容、供水能力已定的情况 下，核算水库供水所能达到的保证率。下，核算水库供水所能达到的保

45、证率。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 基本方法：时历法、数理统计法及随机模拟法基本方法：时历法、数理统计法及随机模拟法 时历法时历法：根据历时顺序的流量资料进行调节计算，再将调：根据历时顺序的流量资料进行调节计算，再将调 节后的调节流量、水库水位、库容的多年变化情况，绘制成节后的调节流量、水库水位、库容的多年变化情况，绘制成 相应的频率曲线，再供设计选择，也就是相应的频率曲线，再供设计选择，也就是先调节计算后频率先调节计算后频率 统计统计的方法。的方法。 数理统计法数理统计法：先将流量系列

46、进行频率统计，用统计特征值：先将流量系列进行频率统计，用统计特征值 来描述径流系列的多年变化，再按概率论原理和水量平衡进来描述径流系列的多年变化，再按概率论原理和水量平衡进 行调节计算，获得调节流量、多余、不足水量及水库蓄水等行调节计算，获得调节流量、多余、不足水量及水库蓄水等 多年中的变化情况，以供决策，也就是多年中的变化情况，以供决策，也就是先频率统计后调节计先频率统计后调节计 算算的方法。的方法。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 水库运用情况分析水库运用情况分析 水库的蓄泄过程称为水库

47、运用，在整个调节周水库的蓄泄过程称为水库运用，在整个调节周 期内，按照来水和用水的配合情况，年调节水库可期内，按照来水和用水的配合情况，年调节水库可 分为：分为： 1.一回运用一回运用 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 2.两回运用两回运用 V V1 1V V2 2 , V V3 3 V V4 4 , V2V4 , V3 V2 则则V V调 调=max(V =max(V2 2，V V4 4，V V2 2+V+V4 4-V-V3 3) ) V V1 1V V2 2 , V V3 3 V V4 4

48、 则则V V调 调=max(V =max(V2 2，V V4 4) ) V V1 1V V2 2 , V V3 3 V V4 4 , V V3 3V V2 2 则则V V调 调=V =V2 2+V+V4 4-V-V3 3 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 3.多回运用多回运用 主要看两亏水期中间余水期的余水量是否大于前后主要看两亏水期中间余水期的余水量是否大于前后 两个亏水期的亏水量：两个亏水期的亏水量： 如果余水量不同时小于两个亏水量，则所需库如果余水量不同时小于两个亏水量，则所需库 容为两

49、个亏水量中的较大者；容为两个亏水量中的较大者； 如果余水量同时小于前后两个亏水期的亏水量，如果余水量同时小于前后两个亏水期的亏水量， 则库容为三者的代数和。则库容为三者的代数和。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 一、根据用水过程确定水库兴利库容一、根据用水过程确定水库兴利库容 1、年调节水库兴利调节计算的、年调节水库兴利调节计算的长系列法长系列法 将水库坝址断面河流多年来水过程和用水过程，将水库坝址断面河流多年来水过程和用水过程， 逐年按时历列表法进行逐时段（月或旬）的水量平逐年按时历列表法

50、进行逐时段（月或旬）的水量平 衡计算，求得水库蓄泄过程和兴利库容。衡计算，求得水库蓄泄过程和兴利库容。 （1）逐年调节计算）逐年调节计算 A 不计水量损失的年调节列表计算法不计水量损失的年调节列表计算法【例题例题2-2】 B 计入水量损失的年调节列表计算法计入水量损失的年调节列表计算法【例题例题2-3】 C 计入水量损失的简算法计入水量损失的简算法 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 (2) (2)设计库容的确定设计库容的确定 假定有假定有n n年来水及灌溉用水资料，按上述方法年来水及灌溉用水资

51、料，按上述方法 进行每年的调节计算，得到进行每年的调节计算，得到n n个年调节库容。然后个年调节库容。然后 按由按由小到大小到大的次序排列，用经验频率公式求出相应的次序排列，用经验频率公式求出相应 每一库容的频率，点绘库容频率曲线。根据给定的每一库容的频率，点绘库容频率曲线。根据给定的 灌溉设计保证率灌溉设计保证率P P设 设，查 ，查V VP P曲线即可求得相应的年曲线即可求得相应的年 调节设计库容调节设计库容V V设 设。 。 （3 3）正常蓄水位的确定）正常蓄水位的确定 确定了水库的兴利库容后，加上死库容就得两确定了水库的兴利库容后，加上死库容就得两 者之和的库容，用此库容在水位容积曲线

52、上可查者之和的库容，用此库容在水位容积曲线上可查 得相应的正常蓄水位得相应的正常蓄水位 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 结论：结论： (1) (1) 径流来水过程与用水过程差别愈大，则所径流来水过程与用水过程差别愈大，则所 需兴利库容愈大。需兴利库容愈大。 (2) (2) 在一次充蓄条件下，累计整个供水期总不在一次充蓄条件下，累计整个供水期总不 足水量和损失水量之和，即得兴利库容。足水量和损失水量之和，即得兴利库容。 等流量调节：等流量调节：用供水期各月用水量的均值代替用供水期各月用水量的均

53、值代替 各月实际用水量，即假定整个供水期为均匀供水。各月实际用水量，即假定整个供水期为均匀供水。 (3)(3)调节系数：调节系数：设计枯水年供水期调节流量（多设计枯水年供水期调节流量（多 年调节时为设计枯水系列调节流量）与多年平均流年调节时为设计枯水系列调节流量）与多年平均流 量的比值，用以度量径流调节的程度。量的比值，用以度量径流调节的程度。 (4) (4)兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水 量时，枯水期不足水量可由径流年调节解决。量时，枯水期不足水量可由径流年调节解决。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212

54、021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 2 2、年调节水库兴利调节计算的、年调节水库兴利调节计算的代表年法代表年法 （1 1）实际代表年法）实际代表年法 （2 2）设计代表年法：按设计保证率选择一年）设计代表年法：按设计保证率选择一年 的来、用水过程线，作为设计代表年，然后根据的来、用水过程线，作为设计代表年，然后根据 此设计代表年去进行调节计算，求得库容作为设此设计代表年去进行调节计算，求得库容作为设 计的兴利库容。计的兴利库容。 先对坝址断面设计站或参证站或灌区各水文年的年先对坝址断面设计站或参证站或灌区各水文年的年 来水量及年用水量进行频率计算，求得年来水量及年用水来水

55、量及年用水量进行频率计算，求得年来水量及年用水 量的经验或理论频率曲线，或均值、量的经验或理论频率曲线，或均值、CvCv、Cs3Cs3个参数。若无个参数。若无 较长系列的年月来水资料，则可根据该地区较长系列的年月来水资料，则可根据该地区水文手册水文手册 中年径流统计参数等值线图查得。中年径流统计参数等值线图查得。 由年来水、年用水频率曲线求得相应于灌溉设计保由年来水、年用水频率曲线求得相应于灌溉设计保 证率的设计年来水量证率的设计年来水量W W来 来, ,P P及设计年用水量 及设计年用水量W W用 用, ,P P。 。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20

56、212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 从实测资料中选择年来水量接近从实测资料中选择年来水量接近W W来 来,P,P，年用水量接近 ，年用水量接近 W W用 用,P,P，且年内分配具有代表性的一年 ，且年内分配具有代表性的一年( (或几年或几年) )作为典型年，作为典型年， 其年来水量为其年来水量为W W来 来, ,典典，年用水量为 ，年用水量为W W用 用, ,典典。 。 计算缩放倍比计算缩放倍比K K来 来 W W来 来,P,P/W /W来 来, ,典典及 及K K用 用 W W用 用,P,P/W /W用 用, ,典典，再 ，再 用此用此K K来 来、 、 K K用

57、 用值分别乘该典型年各月来水量及各月用水量， 值分别乘该典型年各月来水量及各月用水量， 即得设计代表年的来、用水过程。即得设计代表年的来、用水过程。 对所推求的设计代表年进行调节计算，求得兴利库对所推求的设计代表年进行调节计算，求得兴利库 容容( (即设计库容即设计库容) )。如由所选择的几个设计代表年求得的结。如由所选择的几个设计代表年求得的结 果不一致，为安全起见，可选对工程较为不利的一年，即果不一致，为安全起见，可选对工程较为不利的一年，即 库容较大的一年作为设计代表年。库容较大的一年作为设计代表年。 设计代表年法采用来、用水同频率只有在各年来、用水之设计代表年法采用来、用水同频率只有在

58、各年来、用水之 间有间有较好相关关系较好相关关系时才是正确的，否则由此求得的兴利库时才是正确的，否则由此求得的兴利库 容不一定符合设计保证率。容不一定符合设计保证率。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 注意：注意：在在长系列法长系列法中，水面蒸发量是水文中，水面蒸发量是水文 站或气象站当年所观测到的蒸发皿蒸发量；而在站或气象站当年所观测到的蒸发皿蒸发量；而在 代表年法代表年法中，水面蒸发量则应采用符合设计条件中，水面蒸发量则应采用符合设计条件 的年蒸发量，一般是采用实测系列中最大的或较的年蒸发

59、量，一般是采用实测系列中最大的或较 大的年蒸发量，其年内分配则常采用多年平均的大的年蒸发量，其年内分配则常采用多年平均的 年内分配。年内分配。 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 二、根据兴利库容确定调节流量二、根据兴利库容确定调节流量 在水库规划设计阶段常拟定若干个正常蓄水位在水库规划设计阶段常拟定若干个正常蓄水位 为不同的比较方案。进行方案比较时必须针对任一为不同的比较方案。进行方案比较时必须针对任一 正常蓄水位初定死水位，得出其相应的兴利库容，正常蓄水位初定死水位，得出其相应的兴利库容，

60、并根据已知兴利库容推求其供水期调节流量及其它并根据已知兴利库容推求其供水期调节流量及其它 效益指标，以供方案比较。效益指标，以供方案比较。 方法：方法：试算法试算法和直接算法和直接算法 西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院20212021年年6 6月月2323日日1919时时4040分分 试算法试算法 先假定若干供水期调节流量方案，对每个方先假定若干供水期调节流量方案，对每个方 案求出各自需要的兴利库容，并点绘成案求出各自需要的兴利库容，并点绘成Q调 调V兴兴曲 曲 线。根据给定的兴利库容线。根据给定的兴利库容V兴 兴，由 ，由Q调 调V兴兴曲线查定 曲线查定