精品第十三章中小型水库的兴利疗养盘算

1、前前 言言兴利除害兴利：发电、灌溉、供水、航运、渔业、环境用水除害：防洪、抗旱一、水资源综合利用三、水利计算的任务和内容 任务: 在水文计算的基础上,结合国民经济的要求, 综合分析,确定水利工程的规模,阐明水利工程的效益,并绘制水利工程的控制运用规程. 内容: 径流调节计算、水能计算、防洪计算、经济论证、水利枢纽参数选择、水库管理和控制运用等。二、径流调节 1、 概念 对天然来水过程在时、空上进行有意识的控制，以达到兴利除害的目的。这种方式称为径流调节。 2、 径流调节措施 水库、大坝、引水渠道 四、水利工程对环境的影响四、水利工程对环境的影响 1 淤积与冲刷的影响淤积与冲刷的影响 2 水文状

2、态的变化水文状态的变化 流量、流速发生变化；水体物理、化学、生物性质发生变流量、流速发生变化；水体物理、化学、生物性质发生变化；地下水位抬升；沼泽化、盐碱化。化；地下水位抬升；沼泽化、盐碱化。 3 水质的变化水质的变化 有利：减少浑浊度和生化耗氧量，降低有利：减少浑浊度和生化耗氧量，降低sio2的含量等；的含量等； 不利：自净能力降低，固体物质沉积，水温分层，厌氧微不利：自净能力降低，固体物质沉积，水温分层，厌氧微生物发达。生物发达。 4 对局部气候的影响对局部气候的影响 蒸发量增加，气温变化（夏季：凉；冬季：暖），局部降蒸发量增加，气温变化（夏季：凉；冬季：暖），局部降水改变（夏季：减少；冬

3、季：增加）。水改变（夏季：减少；冬季：增加）。 5 对地震条件的影响对地震条件的影响 易诱发地震易诱发地震第十三章第十三章 中小型水库的兴利调节计算中小型水库的兴利调节计算13.1 水库特性曲线、特征水位及特征库容13.2 水库的设计标准13.3 水库水量损失及水库死水位选择13.4 径流调节计算的基本资料13.5 水库兴利调节计算原理与分类13.6 年调节水库兴利调节计算13.7 多年调节水库兴利调节计算一、水库特性曲线 水库面积曲线：水位与水库该水位对应水面面积的关系曲线，记z-a。 求积仪或 网格测算 水库库容(容积)曲线 水位与水库该水位对应库容的关系曲线，记z-v。它是水库面积曲线的

4、积分。计算公式：第一节 水库特性曲线、特征水位及特征库容式中，v水库容积，m3；z0 库底高程，m;z相邻水位间的水深，m; v与z对应的库容，m3；a1、a2、a相邻水位的水库面积及平均值，m2。)(31 )(21 221121zzzz000aaaaaaaawherezavadzvzz或例：？ 上述计算适合入库流量为零，水库水面水平的情况。即静库容计算。 对于大型水库，入库流量导致水面线非水平，从而形成动库容（图1）。因此，绘制库容曲线时，应考虑动库容。 以水位为纵坐标，总库容（动库容+静库容）为横坐标,入库流量为参数绘制库容曲线。见下图。 图1二、水库特征水位和特征库容 1. 死水位(z死

5、)和死库容(v死) 2. 正常蓄水位(z正)和兴利库容(v兴) 3. 防洪限制水位(z限)和结合库容(v结) 4. 防洪高水位(z防)和防洪库容(v防) 5. 设计洪水位(z设) 6. 校核洪水位(z校)和调洪库容(v调) v总=v死+v兴-v结+v调 兴利与防洪结合 v总=v死+v兴+v调 兴利与防洪不结合8. 总库容7. 坝顶高程 z坝=z校+h风+h安第二节 水库的设计标准保证率年保证率历时保证率一、设计标准的含义 又称设计保证率。指水库在多年运行期间，用水部门正常工作得到保证的程度。 定义为：或二、设计保证率的分类与选择 1. 灌溉设计保证率 与灌区水资源情况、农作物种类等有关。书p1

6、90表13-2。 灌溉设计保证率选用原则：南方比北方高；自流灌溉比提水灌溉高；大型工程较小型工程高；远景规划工程较近期工程高。 基本农田建设、小型灌区：抗旱天数作为灌溉设计标准。 2. 供水设计保证率 95-99% 3. 发电设计保证率 与电站的装机容量、电站在电力系统中的比重有关。 4. 航运设计保证率 一般用历时保证率表示。一、二级航道保证率为97-99%，三、四级为95-97%，五、六级为90-95%。959890958090设计保证率设计保证率50以上以上255025以下以下电力系统的比重电力系统的比重(%)第三节 水库水量损失及水库死水位选择一 、 水量损失 1、蒸发损失 w蒸=(e

7、水-e陆)a库1000式中, w蒸一年水库蒸发量，m3；e水、e地一年水面、陆面蒸发深度，mm；a水水库计算水面面积，km2 2、渗漏损失 渗漏损失量与水库水位有关，即与蓄水量w蓄有关。可用下式近似描述： w渗=kw蓄二 水库死水位的选择 确定z死所考虑的主要因素: 水电站发电所需的最低水头； 下游水位+发电所需的最低水头=发电需要的死水位 自流灌溉必须的引水高程； 渠首水位高程+设计灌溉流量对应水头=水库死水位 供泥沙淤积，以保证水库的正常使用年限； 其中 t水库使用年限(年)； 多年平均含沙量，kg/m3；w0多年平均径流量，m3；m库中泥沙沉积率(%)；p淤积体的空隙率，(0.3-0.4

8、)； 泥沙颗粒的干容重，kg/m3。 航运要求； 渔业要求。)1 ( 00,pmwvvtv年沙年沙总沙0一、河川径流资料 历年月径流量过程 设计年径流年内分配过程二、 用水部门用水过程资料 供水（民用水、工业用水） 特点：a. 水质要求较高； b. 有日、年周期变化；c. 供水保证程度较高。河川径流资料（水库来水过程）各用水部门用水过程资料水库特性曲线 t q供第四节 径流调节计算的基本资料 灌溉用水 特点：a.明显的季节性； b.多变性；c.适应性较大。 发电用水 特点：a.日、周、季、年变化特性； b.属于变动用水过程。 航运用水 环境用水 t(月) q灌 113 t(月) q电 t(月)

9、 q航 t(月) q环 综合用水图：将各种用水过程叠加得到水库所在地区综合用水过程。一、兴利调节计算概念 利用水库的调蓄作用，将河川径流洪水期(或丰水年)的多余水储存起来，以提高枯水期(或枯水年)的供水量，满足各兴利部门用水要求所进行的计算。 将天然径流过程进行重新分配。 水库蓄水量(水位)变化过程的计算。如右图所示。 调节周期 t二、兴利调节计算的任务 确定水库水位变化过程，正常蓄水位和兴利库容。 z死z正蓄水放水t第五节 水库兴利调节计算原理与分类三、兴利调节计算原理 将整个调节周期划分为若干个计算时段，逐时段进行水量平衡计算，得到水库蓄水量（水位）变化过程。 在任意时段内，入库水量与出库

10、水量之差，等于水库蓄水量的变化。即 (q入-q出)t= v=v1-v2其中 q出=q用+q渗+q蒸+q弃式中 q入t时段内平均入库流量（m3/s）;q出t时段内平均出库流量（m3/s）;t计算时段（月、旬）；v蓄水量的变化，v1，v2为时段初、末水库蓄水量。z死z正蓄水放水t1t2四、分类 1. 按调节周期长短分 日调节年调节多年调节周调节图中 q 、q分别为用水过程和来水过程图中 q 、q分别为用水过程和来水过程 水库属何种调节类型，一般用库容系数来初步判断： =v兴/w0w0为多年平均年水量。30%50%，属多年调节； 2% 3%，属日调节；3%5% 20%25%，属年调节。完全年调节不完

11、全年调节2. 按径流利用程度分 第六节 年调节水库兴利调节计算一、 概述 1 任务：在来水、用水和设计保证率一定的情况下，推求年调节水库的兴利库容v兴和正常蓄水位z正。 调节周期：一年（水利年），蓄水开始到放水结束。 2 方法二、长序列法 （一）长序列法概念长序列法 代表年法 1. 将水库坝址断面河流多年来水过程和该地区用水过程，进行逐年按时历列表法进行逐时段（月或旬）的水量平衡计算，可求出各时段的不足水量，然后有分析地累加供水期不足水量，即可得到各年的兴利库容v兴(i)(i=1,2,n)； 2. 将v兴(i)(i=1,2,n) 从小到大排序，计算经验频率，推求兴利库容频率曲线； 3. 由设计

12、保证率p vp兴pvp兴 （二 ）逐年调节计算 1 不计水量损失的年调节列表计算法 1）步骤：将来水和用水填入表格；分别计算各月余水量和亏水量；亏水量的代数和为兴利库容；计算水库各月末蓄水量或水位。 2)一回运用、多回运用 一回运用 一年内只有一个余水期和一个亏水期。 多回运用 一年内有多个余水期和亏水期。qtqtq,qv1v2t一回运用b.中间余水量同时小于前后个亏水量，则兴利库容为三者代数和。如右图(b): v兴=v2+v4-v3。 v3v4,v3v2a. 中间余水量不同时小于两个亏水量，则兴利库容为两个亏水量中得较大者。如下图（a）:v兴=v2。 v3v4qtqtq,qv1v2t多回运用

13、v3v4v5v6 已知：v1=20万m3， v2=3万m3， v3=4万m3， v4=5万m3， v5=3万m3， v6=4万m3。求兴利库容。 解：由上面的原则得： v兴=6万m33) 水库操作方式： 水库操作方式不同，水库蓄水过程也不同。一般有早蓄和迟蓄两种方式。 a、早蓄方案 水库在蓄水期有余水就蓄，蓄满后再弃水。 采用顺时序计算 b、迟蓄方案 水库在蓄水期末有水库保证蓄满的前提下，有多余的水先弃后蓄。 采用逆时序计算p196 图13-10例：多回运用水库兴利库容计算例：多回运用水库兴利库容计算 2 计水量损失的年调节列表计算法 1）资料： 来水过程、用水过程 只有知道水库时段初、末蓄水

14、量，才能确定蒸发损失和渗漏损失，因此损失过程未知。 2）水量平衡方程 v2-v1= (q入-q用-q损-q弃)t式中，v2，q损未知。因此需要试算。 3）试算法 假定月末蓄水量v2 计算蒸发损失和渗漏损失q损由水量平衡方程得到v2判断: 若v2 =v2，停止计算；否则重新假定月末蓄水量v2，继续试算。 q损=q蒸+q渗蒸渗qavqvvv)(2121蒸发损失和渗漏损失q损,按如下计算：试算法工作量大。一般采用简便算法。 4）简化算法 先不考虑水量损失，计算各时段（月）的蓄水量； 用各时段的水库平均蓄水量计算时段的损失量； 再用考虑水量损失的水量平衡方程逐时段计算。 见下表 5）一个更简单的算法

15、适合水量损失不大且为初设阶段的水库。 不考虑水量损失，计算水库兴利库容v兴； 计算水库供水期的平均库容： ； 由 根据z v 和z a曲线，计算水库平均水面面积 ； 计算供水期w渗和w蒸；则v兴 = v兴+ w渗+w蒸。兴死vvv21va见p200 （三）设计库容的确定 逐年调节计算得到各年的兴利库容v兴(i)(i=1,2,n)；将v兴(i)(i=1,2,n) 从小到大排序，计算经验频率，推求兴利库容频率曲线；由设计保证率p推求vp兴。pvp兴(四) 长序列法的优点 1、设计保证率概念明确； 2、成果可靠。注：资料条件（15年以上）允许，宜采用长序列法。 三 代表年法 （一）设计代表年法 p2

16、04 1 推求设计年径流及其年内分配过程（第五章）； 2 推求设计年用水过程； 3 兴利调节计算得到兴利库容vp兴。 （二）实际代表年法实际代表年法设计代表年法单一选年法库容排频法实际干旱年法抗旱天数法选用某种年型的实测来水和用水过程为代表，进行调节计算来推求水库的兴利库容。 1 单一选年法 1）概念：单以来水或用水频率曲线为依据，选择符合或接近设计保证率、年内分配偏于不利的实际来水或用水过程和同年用水或来水过程，作调节计算，推求水库的兴利库容及该年的蓄、泄水过程。 2）计算实例 书p202表13-8 书p203表13-10 3）优缺点 优点：简单； 缺点：成果不稳定，库容保证率概念不明确。原

17、因：只考虑了来水（或用水），忽略了用水（或来水）。 2 库容排频法 1）概念：根据来水或用水频率曲线，在设计保证率左右的一定频率范围内，选择3-5个实际代表年，分别求得各年的v兴，然后在所选频率范围内，将这几个库容从小到大重新排位，求出对应于设计保证率的库容作为设计兴利库容。 适用条件：来水量与用水量关系不密切。 2）计算实例 书p203例5 p204表13-11 3）优缺点 优点：考虑了来水、用水的组合，成果较单一选年法稳定；具有明确的保证率概念。 3 实际干旱年法抗旱天数法 适合于资料缺乏的中、小型水库。 1）概念：通过灌区旱情调查及河流水情分析，根据规定的设计抗旱天数，选取实际旱情相当或

18、接近的几个年份作为设计典型年，用这些典型年的水库来水量和灌溉用水量进行调节计算，求得各年所需的v兴，选取偏于安全的数值作为设计库容。 2）计算实例（略） 3）优缺点 优点：计算成果更能符合实际情况。 缺点：不易确定它的保证率。 四 正常蓄水位的确定 v兴+v死 z正 确定正常蓄水位需综合考虑的因素有： 1）兴利要求（拟定几种用水方案）； 2）各项综合效益指标； 3）库区淹没损失； 4）地形地质条件； 5）当上下游已建或拟建水利工程，应考虑水库对上下游水库的影响及水力衔接。库容曲线 z v第七节 多年调节水库兴利调节计算一 多年调节的概念 年调节: 设计保证率对应的年来水量大于等于年用水量。 多

19、年调节：设计保证率对应的年来水量有时小于年用水量。将丰水年组多余水蓄存起来，以补充枯水年组的不足水量。即经过若干个连续丰水年，水库才能蓄满；经过若干个连续枯水年，水库才能放空。二 多年调节水库兴利调节的任务 1 计算多年调节水库的设计兴利库容v兴p； 2 推求多年调节水库的正常蓄水位z正。三 多年调节水库兴利调节计算的原理 水量平衡方程四 计算方法 五 多年调节计算长序列法的基本概念 1 根据来水、用水资料，通过逐年调节计算，求得每年所需库容v兴(i)； 这里的v兴(i)计算，有时不能只考虑本年度缺水期的不足水量，还必须联系前一年或前几年的不足水量情况进行分析,即取决与连续枯水年组的总亏水量。

20、 2 绘制兴利库容频率曲线； 将v兴(i)(i=1,2,n) 从小到大排序，计算经验频率，推求兴利库容频率曲线； 3 由设计保证率p得到v兴p. 长序列法* 数理统计法方法 pvp兴库容频率曲线v2 第一年v兴(1)： 第二年v兴(2)： 第三年v兴(3)： 第四年v兴(4)： 第五年v兴(5)： 第六年v兴(6)： 第七年v兴(7)： v6 v6+v8-v7 v6+v8-v7+v10-v9 v6+v8-v7+v10-v9+v12-v11 v6+v8-v7+v10-v9+v12-v11+v14-v13 v4 六、 不计水量损失时,多年调节水库逐年兴利库容v兴(i)的计算 1 方法 列表法 差量

21、累计曲线法 试算法 2 列表法 书p207表13-12 当v余v亏，则v兴=v亏；当v余v亏，则v兴=连续枯水年组的总亏水量。 3 差量累积曲线法 1）根据用水量，将各水利年划分为余水期和亏水期； 2）求各年余水期的余水量和亏水期的亏水量，并按时序计算累计值，见表13-12第（5）栏； 3）以（来水量-用水量）为纵坐标，时序为横坐标，点绘差量累计曲线; 如图13-15所示。 4）在差量累积曲线上，每年从亏水期末向前作水平线与差量累积曲线相交即停止；此水平线与差量累积曲线间的最大纵坐标差值，即为该年所需库容。t（年）（来水量-用水量）ab1324657 4 试算法 （1）概念 先假定一个兴利库容v兴，逐时段（月）调节计算（计算表格与年调节时历列表法相同），统计用水被破坏的年数来计算保证率，如计算的保证率p与设计保证率p相等，则v兴即为所求。 （2）基本步骤 计算历年逐月余水量和亏水量，如表13-13第（4、5）栏