水 利 水 能 规 划(第二章 兴利调节)

1、 第二章第二章 兴利调节兴利调节CHAPTER 2 RUNOFF REGULATION径流调节（径流调节（Runoff Regulation)： 兴建专门的水工建筑物（水库），控制和重新兴建专门的水工建筑物（水库），控制和重新分配天然径流，人为地增加或减少某一时期的流量，分配天然径流，人为地增加或减少某一时期的流量，使它满足各用水部门的需要。这种措施的总称。使它满足各用水部门的需要。这种措施的总称。兴利调节（兴利调节（Stream-flow Regulation)： 为提高枯水期供水量而进行的径流调节称之。通为提高枯水期供水量而进行的径流调节称之。通常也称为径流（量）调节。常也称为径流（量）调

2、节。洪水调节（洪水调节（Flood Regulation)： 为削减洪水流量而进行的径流调节称之。为削减洪水流量而进行的径流调节称之。 2-1 水库特性水库特性 （Characteristics of Reservoir)一、地形特性一、地形特性 （ Characteristics of Topography)1、水库面积特性、水库面积特性 是指水库的库水位与水库水面面积之间的关系，一是指水库的库水位与水库水面面积之间的关系，一般用曲线表示，称为般用曲线表示，称为水库水位水库水位面积曲线（面积曲线（Stagearea Curve)，简称水库的面积曲线。，简称水库的面积曲线。1001051101

3、15100105110115Z(m)F(m2)图图 2-1 水库面积水库面积 特性示意图特性示意图Vi 坝址坝址（dam site）作法：根据实测地形图，作法：根据实测地形图，1/50001/50000，等高距，等高距1、2、5m，计算各条等高线与坝轴线包围的水面面积，计算各条等高线与坝轴线包围的水面面积，然后绘然后绘ZF曲线。曲线。用途用途：了解水库水面面积，设计时用于确定水库淹没：了解水库水面面积，设计时用于确定水库淹没面积，计算水库蒸发损失水量。面积，计算水库蒸发损失水量。2、库容特性、库容特性 库容即水库的容积，库容特性指库水位与库容之库容即水库的容积，库容特性指库水位与库容之间的关系

4、，称为水位间的关系，称为水位容积曲线，简称容积曲线，简称库容曲线库容曲线（StageStorage Curve)。作法：将水库面积曲作法：将水库面积曲线的水位分层，计算线的水位分层，计算各层间的库容：各层间的库容：图图2-2 水库的面积曲线和库容曲线水库的面积曲线和库容曲线Z(m)ZFZVF(m2)V(m3)ZiFi-1Zi-1FiViViZi100105110115100105110115Z(m)F(m2)图图 2-1 水库面积水库面积 特性示意图特性示意图Vi 坝址坝址（dam site） (2-1)或：或：iiiiiiZFFFFV )(3111 （2-2）然后自河底向上逐层累加，即可的相

5、应水位然后自河底向上逐层累加，即可的相应水位Zi 时的库容：时的库容： 最后点绘库容曲线最后点绘库容曲线ZV。iiiiZFFV )(211)(3mVViZZii 底底 静库容（静库容（Level Storage)附加库容（附加库容（Additional Storage)动库容（动库容（Slope Storage，Backwater Storage)附加库容附加库容用途：用途： 库容曲线是水库设计中最重要的基础资料之一。库容曲线是水库设计中最重要的基础资料之一。库容曲线用来确定水库的容积，即蓄水量的大小，库容曲线用来确定水库的容积，即蓄水量的大小，是是确定水库各种特征库容和特征水位的依据。确定水

6、库各种特征库容和特征水位的依据。二、水库特征水位和特征库容（二、水库特征水位和特征库容（Characteristic Water Level & Storage Capacity of Reservoir） 库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所提供的效益。因此，确定水库特征水位及其相应的提供的效益。因此，确定水库特征水位及其相应的库容是水利水能规划、设计的主要任务之一。库容是水利水能规划、设计的主要任务之一。 根据水库在调节径流中的各种任务，把水库水根据水库在调节径流中的各种任务，把水库水位及其相应的库容作如下的划分：位及其相应的库容作如下的

7、划分：1、死水位、死水位Z死死和死库容和死库容V死死Z死死 (Dead Stage)：水库在正常运行的情况下，允许消水库在正常运行的情况下，允许消 落的最低水位落的最低水位.V死死（Dead Storage)：死水位以下的库容称为死库容死水位以下的库容称为死库容 （垫底库容）（垫底库容）.Z死死V死死说明：说明： 死库容不参与径流调节。死库容不参与径流调节。 水库水位并非每年都降到死水位。对多年调节水库，水库水位并非每年都降到死水位。对多年调节水库，要经过若干年以后才能降到死水位。要经过若干年以后才能降到死水位。Z死死V死死 在特殊情况下，在特殊情况下，如检修、战备等，如检修、战备等，常把水库

8、的水泄空，常把水库的水泄空，水位降到死水位以水位降到死水位以下。下。Z死死V死死2、正常蓄水位、正常蓄水位Z蓄蓄和兴利库容和兴利库容V兴兴Z蓄蓄（Normal Water Stage）：）：水库在正常运用的情况下，为满水库在正常运用的情况下，为满 足设计兴利的要求，在枯水期初开始供水时应蓄到的水位。足设计兴利的要求，在枯水期初开始供水时应蓄到的水位。V兴兴（Active Storage)： Z蓄蓄和和Z死死之间的库容。之间的库容。 h消消（Draw-down of Reservoir)：消落深度或工作深度消落深度或工作深度, h消消=Z蓄蓄-Z死死Z蓄蓄V兴兴h消消构设计、大坝稳定性构设计、大

9、坝稳定性及强度计算的依据。及强度计算的依据。 大中型水库大中型水库 Z蓄蓄的选择是工程设计中的选择是工程设计中一项很重要的内容，一项很重要的内容，涉及到技术、经济、涉及到技术、经济、政治、社会、环境等政治、社会、环境等等问题。等问题。Z死死V死死Z蓄蓄V兴兴h消消 Z蓄蓄是水库设计中最重要的参数之一，它决定了水是水库设计中最重要的参数之一，它决定了水库的规模、投资、效益和调节方式；它也决定了水工库的规模、投资、效益和调节方式；它也决定了水工建筑物的尺寸，型式和水库的淹没损失；也是大坝结建筑物的尺寸，型式和水库的淹没损失；也是大坝结Z死死V死死Z蓄蓄V兴兴h消消3、防洪限制水位、防洪限制水位Z限

10、限Z限限 （Restricted Level of Flood-control)： 水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。Z限限 Z限限是为协调防洪和兴利的矛盾而设置的。在汛期是为协调防洪和兴利的矛盾而设置的。在汛期预留一部分库容（预留一部分库容（Z限限 10亿亿m3 大大型：型： 1 10亿亿m3 中型：中型： 0.1 1亿亿m3 小小型：型： 0.01 0.1亿亿m3 小小型：型： 0.001 0.01亿亿m3 V总总0.001亿亿m3 称为山塘，称为山塘， 若若V总总特别大，超几百亿特别大，超几百亿m3 称为超大型或巨型水库。称为超大型或巨型水库。 水库设计

11、的主要任务就是如何确定水库的水库设计的主要任务就是如何确定水库的特征水位和特征库容。特征水位和特征库容。三、水库水量损失三、水库水量损失W损损（Water Losses）水量损失包括：蒸发损失、渗漏损失和结冰损失（北水量损失包括：蒸发损失、渗漏损失和结冰损失（北 方地区水库）。方地区水库）。库区水面蒸发库区水面蒸发坝基渗漏坝基渗漏水面结冰水面结冰1、蒸发损失、蒸发损失W蒸蒸(Evaporation Losses) 建库前库区为陆面，建库后变为水面，水面蒸发建库前库区为陆面，建库后变为水面，水面蒸发一般比陆面蒸发大。一般比陆面蒸发大。库区库区坝址断坝址断面面 W蒸蒸 =（h水水 - - h陆陆)

12、(F库库 f ) (2-3) （h水水- - h陆陆)F库库 （m3）水面蒸发水面蒸发 h水水= K E水水 (mm)E水水为实测水面蒸发，为实测水面蒸发，K为折算系数为折算系数(Reduction coefficient).式中：式中：陆面蒸发陆面蒸发 h陆陆 = (mm) F库库 ：计算时段内水库平均水面面积（：计算时段内水库平均水面面积（m2），），f 原天原天然河道水面面积（然河道水面面积（m2），一般可忽略不计。），一般可忽略不计。YX 实测水面蒸发实测水面蒸发E水水各年不一样，要根据设计要求各年不一样，要根据设计要求具体取值。一般：具体取值。一般：水电站：水电站：计算计算保证出力保

13、证出力时取实测最大水面蒸发量及其时取实测最大水面蒸发量及其年内分配过程；计算年内分配过程；计算多年平均发电量多年平均发电量时采用多年平均时采用多年平均水面蒸发，年内分配取多年平均年内分配。水面蒸发，年内分配取多年平均年内分配。【例例】已知某水库坝址以上流域内多年平均年降水量已知某水库坝址以上流域内多年平均年降水量 1380mm，多年平均年径流深，多年平均年径流深 = 815mm，蒸发器观测的年水，蒸发器观测的年水面蒸发深度面蒸发深度E水水=1560mm，水面蒸发过程如下表，蒸发器折算系，水面蒸发过程如下表，蒸发器折算系数数k=0.8。试计算该水库年蒸发损失水量及年内分配过程。试计算该水库年蒸发

14、损失水量及年内分配过程。 XY解：解： 计算年水面蒸发深度计算年水面蒸发深度 h水水 = k E水水= 0.81560 = 1248 mm 计算年陆面蒸发深度计算年陆面蒸发深度 h陆陆 = = 1380 815 = 565 mm 计算水库年水面蒸发损失深度计算水库年水面蒸发损失深度 h水水- h陆陆 = 1248 565 = 683 mm 求水库蒸发损失年内分配求水库蒸发损失年内分配 先求水面蒸发年内各月分配百分比，然后将年水先求水面蒸发年内各月分配百分比，然后将年水面蒸发损失深度乘以各月百分比，如面蒸发损失深度乘以各月百分比，如1月份的蒸发损失月份的蒸发损失深度为深度为6834.2%=28.

15、7 mm。即可得水库蒸发损失年内。即可得水库蒸发损失年内分配。分配。YX 2、渗漏损失、渗漏损失W渗渗（Leakage Losses) 用经验公式计算：用经验公式计算：（1）年渗漏水量）年渗漏水量 W年渗年渗= k1F库库 （2-4）k1为年渗漏损失水深，以为年渗漏损失水深，以m计，计， F库库 为水库年平均蓄为水库年平均蓄水面积，以水面积，以m2计。各月计。各月渗漏水量渗漏水量取全年算术平均。取全年算术平均。（2）月渗漏水量）月渗漏水量 W渗渗 = k2W蓄蓄 （2-5）k2为月渗漏水量占月蓄水量的比例，以为月渗漏水量占月蓄水量的比例，以%计；计； W蓄蓄 为为月平均蓄水量。月平均蓄水量。同

16、时段：同时段： W损损 = W蒸蒸 + W渗渗 k1、 k2根据地质条件按表根据地质条件按表2-1选用。选用。四、水库淤积（四、水库淤积（Reservoir Sedimentation) 水库蓄水以后，库区水流流速减小，水流挟沙能水库蓄水以后，库区水流流速减小，水流挟沙能力随之降低，水中挟带的泥沙在库区中沉积，形成水力随之降低，水中挟带的泥沙在库区中沉积，形成水库的淤积。设计水库时需预计水库使用期内泥沙的淤库的淤积。设计水库时需预计水库使用期内泥沙的淤积量，以便采取降低淤积的措施。大型水库泥沙淤积积量，以便采取降低淤积的措施。大型水库泥沙淤积需专门计算，中小型工程可估算。估算方法如下：需专门计

17、算，中小型工程可估算。估算方法如下：水库使用水库使用T年后泥沙淤积库容年后泥沙淤积库容V淤淤： V淤淤=V年淤年淤T V年淤年淤=V悬移悬移+V推移推移 V悬移悬移=（0W0m）/(1-P) V推移推移= V悬移悬移式中式中 V淤淤-水库使用水库使用T年后泥沙淤积总量，年后泥沙淤积总量，m3 V年淤年淤-多年平均年淤沙容积，多年平均年淤沙容积，m3/a V悬移悬移-多年平均悬移质泥沙淤积容积，多年平均悬移质泥沙淤积容积，m3/a V推移推移-多年平均推移质泥沙淤积容积，多年平均推移质泥沙淤积容积，m3/a 0 -多年平均悬移质含沙量，多年平均悬移质含沙量，kg/m3 ，由实，由实 测资料确定测

18、资料确定 W0 -多年平均径流量，多年平均径流量，m3 m -悬移质泥沙沉积率悬移质泥沙沉积率 P -悬移质泥沙孔隙率，一般为悬移质泥沙孔隙率，一般为0.30.4 -悬移质泥沙干容重，悬移质泥沙干容重， kg/m3 -推移质和悬移质泥沙沉积量的比值，一推移质和悬移质泥沙沉积量的比值，一 般平原地区为般平原地区为0.010.05，丘陵地区为，丘陵地区为 0.050.15，山区，山区0.150.30 T -设计淤积年限，设计淤积年限， 一般中小型水库一般中小型水库2050 年，大型水库年，大型水库50100年年 V淤淤 库容曲线库容曲线 Z Z淤淤 五、水库淹没和浸没五、水库淹没和浸没 （Rese

19、rvoir Inundation and Bank Immersion） 修建水库，特别是高坝大库，在起到兴利与除害修建水库，特别是高坝大库，在起到兴利与除害作用，给国民经济带来效益的同时，还会引起水库的作用，给国民经济带来效益的同时，还会引起水库的淹没和浸没，带来一定的负面效益，造成国民经济损淹没和浸没，带来一定的负面效益，造成国民经济损失。在规划设计水库时对此应引起重视。失。在规划设计水库时对此应引起重视。 水库蓄水后，正常蓄水位以下为水库蓄水后，正常蓄水位以下为淹没区淹没区，需要搬，需要搬迁。正常蓄水位和校核洪水位之间区域淹没机会较小，迁。正常蓄水位和校核洪水位之间区域淹没机会较小，应根

20、据具体的要求，确定某一标准，计算相应于这一应根据具体的要求，确定某一标准，计算相应于这一标准的设计洪水，然后进行回水计算，最后确定淹没标准的设计洪水，然后进行回水计算，最后确定淹没和搬迁的范围。和搬迁的范围。 水库蓄水后，库区周围地下水位上升，会引起库水库蓄水后，库区周围地下水位上升，会引起库区周围产生区周围产生浸没浸没，可能会使旱地受涝，农田盐碱化，森，可能会使旱地受涝，农田盐碱化，森林死亡，建筑物和其它设施倒塌。这些受影响区域也应林死亡，建筑物和其它设施倒塌。这些受影响区域也应列入搬迁的范围。列入搬迁的范围。 水库淹没区及浸没区内所有受影响的对象都应按水库淹没区及浸没区内所有受影响的对象都

21、应按照规定标准给予补偿或防护。这些迁移、防护所需投资照规定标准给予补偿或防护。这些迁移、防护所需投资加上各种被淹没资源的损失，统称为加上各种被淹没资源的损失，统称为水库淹没损失水库淹没损失( Losses of Reservoir Inundation and Bank Immersion )。 水库的淹没损失是水库设计中一个重要的技术水库的淹没损失是水库设计中一个重要的技术经济指标，在人口稠密地区，水库的淹没损失往往很经济指标，在人口稠密地区，水库的淹没损失往往很大。同时，水库移民的安置，有很强的政策性。如果大。同时，水库移民的安置，有很强的政策性。如果处理不当，不仅影响工程建设，还可能给社

22、会带来一处理不当，不仅影响工程建设，还可能给社会带来一些不安定的因素。些不安定的因素。 水库的淹没和浸没所需的移民安置费和迁移赔偿水库的淹没和浸没所需的移民安置费和迁移赔偿费，计入工程总投资。因此，水库的淹没和浸没问题费，计入工程总投资。因此，水库的淹没和浸没问题常常是决定工程取舍或限制水库规模的主要因素之一。常常是决定工程取舍或限制水库规模的主要因素之一。如何定义水库特征水位？如何定义水库特征水位？ 各种特征库容各种特征库容 的作用是什么？的作用是什么？ 2-2 兴利调节分类兴利调节分类 （Classification of Runoff Regulation)为什么要对兴利调节分类？为什么

23、要对兴利调节分类？ 天然河道中径流变化无常，汛期来水多，枯水期天然河道中径流变化无常，汛期来水多，枯水期来水少，甚至会出现连续多年的丰水年组或枯水年组，来水少，甚至会出现连续多年的丰水年组或枯水年组，这与用水部门的用水要求有矛盾，修建水利工程的最这与用水部门的用水要求有矛盾，修建水利工程的最终目的就是要解决这个矛盾。因此，我们还必须了解终目的就是要解决这个矛盾。因此，我们还必须了解这一矛盾的具体表现形式，以便了解水库设计和运用这一矛盾的具体表现形式，以便了解水库设计和运用中各自的特点，在径流调节计算中采用相应的解决方中各自的特点，在径流调节计算中采用相应的解决方法。法。 按照来水和用水矛盾的表

24、现形式，径流调节的分按照来水和用水矛盾的表现形式，径流调节的分类如下：类如下：一、按调节周期分类一、按调节周期分类调节周期调节周期(Regulation Period)：指水库完成一次完整的指水库完成一次完整的蓄泄过程，即水库的兴利库容从库空蓄泄过程，即水库的兴利库容从库空 蓄满蓄满 放空，这样一个完整的蓄泄过程的时间周期。放空，这样一个完整的蓄泄过程的时间周期。1、无调节（、无调节（Non-regulation) 没有库容或库容很小，不能对天然来水进行重新没有库容或库容很小，不能对天然来水进行重新分配，无调节周期。分配，无调节周期。 调节周期为一昼夜，调节周期为一昼夜，即利用兴利库容在即利用

25、兴利库容在24h内对天然径流进行重新内对天然径流进行重新分配，库水位在一昼夜分配，库水位在一昼夜完成一个循环。完成一个循环。蓄水蓄水供水供水0122401224QZZ死死Z蓄蓄QetQHtZt2、日调节（、日调节（Daily Regulation)例例：城市供水，枯水：城市供水，枯水期日来水均匀，但白期日来水均匀，但白天用水多，夜晚用水天用水多，夜晚用水少，可利用水库将均少，可利用水库将均匀的来水调节为不均匀的来水调节为不均匀的用水。匀的用水。3、周调节（、周调节（Weekly Regulation) 枯水期天然径流在一周内变化不大，而用水量却枯水期天然径流在一周内变化不大，而用水量却不尽相同

26、，可以将休假日停工停产多余的来水存蓄在不尽相同，可以将休假日停工停产多余的来水存蓄在水库里，用于其它工作日，调节周期为一周，称为水库里，用于其它工作日，调节周期为一周，称为周周调节调节。4、年调节（、年调节（Annual Regulation) 河川径流季节性变化很大，一年里有丰水期、枯水河川径流季节性变化很大，一年里有丰水期、枯水期。丰水期和枯水期来水量相差悬殊，而多数的用水部期。丰水期和枯水期来水量相差悬殊，而多数的用水部门，如发电、供水、航运等，在一年内需水量变化不大。门，如发电、供水、航运等，在一年内需水量变化不大。因此，就会感到丰水期水量过剩，而枯水期水量却不足。因此，就会感到丰水期

27、水量过剩，而枯水期水量却不足。如果将丰水期多余的水量存蓄在水库内，等到枯水期放如果将丰水期多余的水量存蓄在水库内，等到枯水期放出来用，也就是在一年的范围内对天然径流进行重新分出来用，也就是在一年的范围内对天然径流进行重新分配，调节周期为一年，称为配，调节周期为一年，称为年调节年调节。QQetQHt余水余水亏水亏水蓄水蓄水弃水弃水供水供水ZZ蓄蓄Z死死蓄水期蓄水期供水期供水期蓄水期蓄水期供水期供水期弃水期弃水期Zt枯水年枯水年丰水年丰水年 如果将一年内全部来水按用水要求重新分配，不如果将一年内全部来水按用水要求重新分配，不发生弃水，这种调节称为发生弃水，这种调节称为完全年调节完全年调节(Comp

28、lete Annual Regulation)。 对丰水年，水库蓄满后会发生弃水。这种仅能存对丰水年，水库蓄满后会发生弃水。这种仅能存蓄丰水期部分多余水量，发生弃水的调节，称为蓄丰水期部分多余水量，发生弃水的调节，称为不完不完全年调节全年调节(Incomplete Annual Regulation)或季调节或季调节(or Seasonal Regulation )。 完全年调节和不完全年调节是相对概念，因为对完全年调节和不完全年调节是相对概念，因为对某一水库，建成之后，兴利库容已定，而来水量年年某一水库，建成之后，兴利库容已定，而来水量年年不同，可能某一年份是完全年调节，而另一些年份却不同，

29、可能某一年份是完全年调节，而另一些年份却是不完全年调节。是不完全年调节。 水库属于何种调节形式，需用水库属于何种调节形式，需用设计枯水年设计枯水年所需的所需的兴利库容进行判别。兴利库容进行判别。5、多年调节（、多年调节（Pluriennial Regulation) 河川径流来水不均匀，除了每年有丰水期、枯水河川径流来水不均匀，除了每年有丰水期、枯水期外，还可能出现连续的丰水年组和连续的枯水年组。期外，还可能出现连续的丰水年组和连续的枯水年组。当设计年用水量大于设计枯水年来水量时，当设计年用水量大于设计枯水年来水量时，就需要将就需要将丰水年多余的水量存蓄在水库里，以补足枯水年水量丰水年多余的水

30、量存蓄在水库里，以补足枯水年水量之不足。这种需要经过多个丰水年水库才能蓄满，经之不足。这种需要经过多个丰水年水库才能蓄满，经过一系列枯水年组水库才能放空，调节周期为多年的过一系列枯水年组水库才能放空，调节周期为多年的调节，称为调节，称为多年调节多年调节。 多年调节的调节周期为若干年，具体多少年需要多年调节的调节周期为若干年，具体多少年需要根据设计用水量和设计来水量及其过程才能确定。根据设计用水量和设计来水量及其过程才能确定。QetQHtQZZ蓄蓄Z死死余水余水亏水亏水亏水亏水亏水亏水亏水亏水亏水亏水余水余水余余余余余余余余亏亏蓄满蓄满放空放空第第1年年第第2年年第第3年年第第4年年第第5年年第

31、第6年年Zt 水库库容越大，它的调节周期就越长，调节和水库库容越大，它的调节周期就越长，调节和利用径流的程度就越高。一般，调节周期长的水库利用径流的程度就越高。一般，调节周期长的水库能同时进行短周期的调节。如：多年调节水库能同能同时进行短周期的调节。如：多年调节水库能同时进行年调节、日调节。时进行年调节、日调节。 在水力发电中，通常把具有一定库容，能拦蓄在水力发电中，通常把具有一定库容，能拦蓄天然径流进行调节的电站称为天然径流进行调节的电站称为蓄水式电站（蓄水式电站（Water-storage Type Plant)；而把不能对；而把不能对径流径流进行进行调节调节，包，包括仅能进行日调节、日发

32、电量取决于天然径流的电括仅能进行日调节、日发电量取决于天然径流的电站称为站称为径流式电站（径流式电站（Run-of-river Type Plant)。判别方法：判别方法：库容系数库容系数(Storage Coefficient)： 2 % 无调节或日调节无调节或日调节 8 % 30 %（来水较均匀时（来水较均匀时 2 % 30% 多年调节多年调节上述方法仅用于初估。上述方法仅用于初估。WV兴兴 二、按水库的任务分类二、按水库的任务分类1、单一任务径流调节、单一任务径流调节：如灌溉、发电、供水、航运等如灌溉、发电、供水、航运等 等。等。2、综合利用径流调节、综合利用径流调节：具有两种以上任务的

33、径流调：具有两种以上任务的径流调 节，但以其中一种为主。节，但以其中一种为主。三、按水库供水方式分类三、按水库供水方式分类 1、固定供水、固定供水：水库按固定要求供水，与水库供水期水库按固定要求供水，与水库供水期和蓄水期来水量无关。如城市生活用水、工业用水。和蓄水期来水量无关。如城市生活用水、工业用水。2、变动供水：、变动供水：水库供水随蓄水量的多少和用户的不水库供水随蓄水量的多少和用户的不同要求而变动。如灌溉，按农作物需水量供水；发电，同要求而变动。如灌溉，按农作物需水量供水；发电，按负荷大小放水发电。按负荷大小放水发电。四、其它分类四、其它分类1、反调节、反调节 (Reverse Regu

34、lation)：下游水库对上游水库下游水库对上游水库泄流过程进行再调节，以满足下游用水部门的要求泄流过程进行再调节，以满足下游用水部门的要求 ，这种调节方式称之这种调节方式称之。Q上上tQ下下tQ上上Q下下2、补偿调节（、补偿调节（Compensating Regulation) 单一水库单一水库 水库根据下游水库根据下游区间来水大小进行区间来水大小进行补偿放水，以满足补偿放水，以满足用水部门的需求，用水部门的需求，这种调节方式称为这种调节方式称为补偿调节补偿调节。城市城市水库水库Q库库Q区区区区 间间 水库群（水库群（Multi-storage System ) 水库群之间进行水文补偿，或进

35、行库容补偿，或水库群之间进行水文补偿，或进行库容补偿，或进行电力补偿，共同满足用水部门的需求，这种调节进行电力补偿，共同满足用水部门的需求，这种调节形式称为补偿调节。形式称为补偿调节。兴利调节如何分类？兴利调节如何分类？ 2-3 设计保证率设计保证率 （Design Frequency)一、工作保证率和设计保证率的含义一、工作保证率和设计保证率的含义工作保证率：工作保证率：水利部门正常工作的保证程度，称为工水利部门正常工作的保证程度，称为工 作保证率。作保证率。 统计方法：统计方法： 年保证率年保证率 （2-10）式中，式中，T为年数。为年数。%100%100 总总破破总总总总正正TTTTTP

36、 历时保证率历时保证率 （2-11）式中，式中，t为历时，以日、旬、月计。为历时，以日、旬、月计。%100%100 总总破破总总总总正正tttttP二者可用下式进行换算：二者可用下式进行换算： （2-12）式中，式中，m为破坏年份中的破坏历时与破坏年份的总为破坏年份中的破坏历时与破坏年份的总历时之比，以小数计。历时之比，以小数计。(%)/ )100(100mPP 这两种表示方法形式上完全一样，但统计时段不这两种表示方法形式上完全一样，但统计时段不同，运行总年数一样时，结果却不一样。用年保证率同，运行总年数一样时，结果却不一样。用年保证率时，破坏年份中不论破坏（缺水缺电）历时多长，比时，破坏年份

37、中不论破坏（缺水缺电）历时多长，比如一个月，或一旬，甚至一天，正常工作遭破坏如一个月，或一旬，甚至一天，正常工作遭破坏 ，该，该年即计入破坏年数。用历时保证率时，由于破坏年份年即计入破坏年数。用历时保证率时，由于破坏年份中的正常运行历时计入正常运行总历时，所以有中的正常运行历时计入正常运行总历时，所以有 PP 在实际工作中，采用哪种形式，应根据用水特在实际工作中，采用哪种形式，应根据用水特性、水库调节性能和设计要求而定。一般：性、水库调节性能和设计要求而定。一般：蓄水式蓄水式水电站、灌溉、供水等采用年保证率；水电站、灌溉、供水等采用年保证率；径流式径流式水电站、航运和其它不进行径流调节的用水水

38、电站、航运和其它不进行径流调节的用水部门采用历时保证率，且以日为统计历时。部门采用历时保证率，且以日为统计历时。设计保证率设计保证率（Design Reliability）： 河川径流每年不同，年际间来水量也有大有小，河川径流每年不同，年际间来水量也有大有小，如果在一些特枯年份也要保证兴利部门的正常用水，如果在一些特枯年份也要保证兴利部门的正常用水，则需要建造很大的水库及有关的配套设施，这在技术则需要建造很大的水库及有关的配套设施，这在技术上可能有困难，经济上也不一定合理，在这种情况下，上可能有困难，经济上也不一定合理，在这种情况下，一般允许水库减少供水量甚至断水断电。因此，必须一般允许水库减

39、少供水量甚至断水断电。因此，必须研究各用水部门减少供水的可能性及合理范围，定出研究各用水部门减少供水的可能性及合理范围，定出用水部门在多年运行期间正常工作得到保证的程度用水部门在多年运行期间正常工作得到保证的程度。这个保证程度，以正常用水保证率表示，简称这个保证程度，以正常用水保证率表示，简称设计保设计保证率证率P设设。 设计保证率是水利水电工程运行的保证程度。如设计保证率是水利水电工程运行的保证程度。如果设计保证率定得很高，则用水部门正常工作遭到破果设计保证率定得很高，则用水部门正常工作遭到破坏的机会就少，经济损失就小，但工程规模大，相应坏的机会就少，经济损失就小，但工程规模大，相应工程建设

40、费用就高。反之，若保证率定的低，虽然工工程建设费用就高。反之，若保证率定的低，虽然工程建设费用省，但正常供水供电遭破坏的机会就越大，程建设费用省，但正常供水供电遭破坏的机会就越大，经济损失就大。经济损失就大。二、设计保证率的选择二、设计保证率的选择 水利水电工程设计保证率的选择是一个复杂的水利水电工程设计保证率的选择是一个复杂的技术经济问题。技术经济问题。经济评价方法定性分析经济评价方法定性分析： 用用F表示工程的投资积压损失表示工程的投资积压损失+运行费（简称费运行费（简称费用）。当用）。当P大，保证程度高，工程规模大，投资大，费大，保证程度高，工程规模大，投资大，费用大，因此，用大，因此，

41、F随随P增大而增大。增大而增大。S、FSPFPF+SP100P(%)P设设（F+S)min用用S表示因供水供电表示因供水供电不足造成的经济损不足造成的经济损失。失。P越小，保证程越小，保证程度低，经常断水断度低，经常断水断电，造成的经济损电，造成的经济损失大。反之，失大。反之，P大，大，S小。因此，小。因此，S随随P的增大而减小。的增大而减小。 F+S代表代表社会总损失社会总损失。 F+S = min处相应的处相应的P即即为所需的设计保证率。为所需的设计保证率。S、FSPFPF+SP100P(%)P设设（F+S)min 由此可见，设计保证率的选择，实际上是合理解由此可见，设计保证率的选择，实际

42、上是合理解决供水供电的可靠性、水资源的利用程度以及工程投决供水供电的可靠性、水资源的利用程度以及工程投资之间的矛盾问题。但要按照上述方法来选择是困难资之间的矛盾问题。但要按照上述方法来选择是困难的。目前主要是根据地区条件，全面考虑政治、技术、的。目前主要是根据地区条件，全面考虑政治、技术、经济以及对人民生活的影响，参照设计规范选用。经济以及对人民生活的影响，参照设计规范选用。1、水电站设计保证率、水电站设计保证率按年保证率计。按年保证率计。2、灌溉设计保证率、灌溉设计保证率3、供水设计保证率、供水设计保证率 一般按一般按年保证率年保证率取值范围为取值范围为95% 99%，大，大城市和重要工矿区

43、取较高值。城市和重要工矿区取较高值。4、通航设计保证率、通航设计保证率 通航设计保证率一般指最低通航水位（水深）的通航设计保证率一般指最低通航水位（水深）的保证程度，以计算时期内通航获得满足的保证程度，以计算时期内通航获得满足的历时保证率历时保证率表示。最低通航水位是确定枯水期航道标准水深的起表示。最低通航水位是确定枯水期航道标准水深的起算水位。算水位。 2-4 2-4 设计代表期设计代表期 （设计年径流及其年内分配）（设计年径流及其年内分配） (Design Runoff and its Distribution)(Design Runoff and its Distribution)一、设

44、计代表年一、设计代表年1、 设计枯水年设计枯水年 年来水量、枯水期来水量符合设计保年来水量、枯水期来水量符合设计保 证率证率P设设。2、 设计中水年设计中水年 年来水量符合年来水量符合50%的设计保证率。的设计保证率。3、 设计丰水年设计丰水年 年来水量符合年来水量符合100- - P设设的设计保证率。的设计保证率。 年内分配采用缩放典型的方法，设计枯水年用同频年内分配采用缩放典型的方法，设计枯水年用同频率法推求；设计中水年率法推求；设计中水年 、设计丰水年用同倍比法推求。、设计丰水年用同倍比法推求。 对径流式电站的设计代表年，年径流量的求法对径流式电站的设计代表年，年径流量的求法与上述相同，

45、年内分配采用缩放典型年日流量过程的与上述相同，年内分配采用缩放典型年日流量过程的方法，定出三个设计代表年日平均流量过程线，再绘方法，定出三个设计代表年日平均流量过程线，再绘制制日平均流量历时（或保证率）曲线日平均流量历时（或保证率）曲线。 各种代表年年径流的整编年度应以水利年各种代表年年径流的整编年度应以水利年度为基准。度为基准。二、设计多年径流系列二、设计多年径流系列 多年调节水库的调节周期长达多年，故应采用多年多年调节水库的调节周期长达多年，故应采用多年径流系列进行计算。设计多年径流系列是从长系列资料径流系列进行计算。设计多年径流系列是从长系列资料中选出的有代表性的短系列。中选出的有代表性

46、的短系列。 多年径流系列有两种：多年径流系列有两种：1、设计枯水系列、设计枯水系列 选择设计枯水系列的步骤：选择设计枯水系列的步骤： 从实测的全部水文资料中选出最枯的连续枯水年组；从实测的全部水文资料中选出最枯的连续枯水年组； 计算设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数计算设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数T破破；%1001 nmP设设【例例】某水电站具有某水电站具有49年实测流量资料，设计保证率年实测流量资料，设计保证率 P = 90%。试求允许破坏年数。试求允许破坏年数。解：解： m = P(n+1)/100 = 90(49+1)/100 = 45 a T破破 = n m = 49 4

47、5 = 4 a (2-13) 从选出的枯水年组最末一年起逆时序扣除允许破坏从选出的枯水年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数年数T破破；余下的就是设计枯水年组（或系列）。；余下的就是设计枯水年组（或系列）。)(100/ )1(anPm 设设)(100/ )1(anPnmnT 设设破破说明：说明： 用上述设计枯水系列调节计算，需要对其它枯水用上述设计枯水系列调节计算，需要对其它枯水年年 组校核计算的结果，若还有其它正常工作遭破组校核计算的结果，若还有其它正常工作遭破坏的时段，则要从坏的时段，则要从T破破中扣除，得出新的允许破坏年中扣除，得出新的允许破坏年数，并用它重新确定设计枯水系列。数，并用它重

48、新确定设计枯水系列。 有时需要校核破坏年份供水量和水电站出力能否有时需要校核破坏年份供水量和水电站出力能否满足最低要求。若不能满足，则水库应在允许破坏时满足最低要求。若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预留部分蓄水量。段前预留部分蓄水量。2、设计中水系列、设计中水系列 一般取一般取1015年作为代表期，其相应的径流系列年作为代表期，其相应的径流系列称为设计中水系列。选择时应满足：称为设计中水系列。选择时应满足： 系列中连续径流资料至少要有一个完整的调节周系列中连续径流资料至少要有一个完整的调节周 期；期； 系列的均值、系列的均值、CV值应等于或接近长系列相应值；值应等于或接近长系列相应值； 系

49、列中应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的系列中应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的 比例应与长系列大体相当。比例应与长系列大体相当。三、全部水文系列法（长系列操作法）三、全部水文系列法（长系列操作法） 全部实测径流系列经分析有足够的代表性后，全部实测径流系列经分析有足够的代表性后，重新按水利年度排列，就是全部水文系列，可以直重新按水利年度排列，就是全部水文系列，可以直接进行调节计算。接进行调节计算。 设计枯水年设计枯水年用于计算用于计算年调节年调节水库的兴利库容、水水库的兴利库容、水电站的保证出力；电站的保证出力；设计丰、中、枯水年设计丰、中、枯水年用于计算多年用于计算多年平均供水量、多年平均

50、发电量等水利动能指标。平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。 设计枯水系列设计枯水系列用于计算用于计算多年调节多年调节水库的兴利库容、水库的兴利库容、水电站的保证出力；水电站的保证出力；设计中水系列设计中水系列用于计算多年平均用于计算多年平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。供水量、多年平均发电量等水利动能指标。 全部水文系列法全部水文系列法可用于计算可用于计算各种调节类型各种调节类型的水库的水库的兴利库容、水电站的保证出力、多年平均供水量、的兴利库容、水电站的保证出力、多年平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。多年平均发电量等水利动能指标。 2-5 兴利调节计算兴利调节计算 (

51、Runoff Regulation ) 兴利调节计算兴利调节计算：利用水库重新分配径流，以满足国民：利用水库重新分配径流，以满足国民经济各部门用水要求所进行的计算称之。经济各部门用水要求所进行的计算称之。兴利调节计算的任务兴利调节计算的任务：推求水利动能要素，如兴利推求水利动能要素，如兴利库容、调节流量（供水量）、出力、水库蓄水量库容、调节流量（供水量）、出力、水库蓄水量（蓄水位）、弃水量、损失水量等的变化过程，以（蓄水位）、弃水量、损失水量等的变化过程，以及兴利库容、调节流量和设计保证率三者之间的关及兴利库容、调节流量和设计保证率三者之间的关系。这些水利动能要素作为确定工程规模、工程效系。这

52、些水利动能要素作为确定工程规模、工程效益和运行方式的依据。益和运行方式的依据。兴利调节原理兴利调节原理：水量平衡（水量平衡（Water Balance) 把整个调节周期（如一年或若干年）分为若干个把整个调节周期（如一年或若干年）分为若干个计算时段计算时段t，然后利用水量平衡方程，逐时段进行调，然后利用水量平衡方程，逐时段进行调节计算。节计算。 水量平衡方程为：对某时段水量平衡方程为：对某时段t W入入 W出出 = W末末 W初初 = W W末末 = W初初 + W入入 W出出 （2-14） V末末 = V初初 + W入入 W出出年调节、多年调节：年调节、多年调节：规划、初步设计阶段规划、初步设

53、计阶段 t一般取月，或丰水期一般取月，或丰水期t 取旬，枯水期取旬，枯水期t取月。取月。 技术设计阶段技术设计阶段 t取旬。取旬。无调节、日调节：无调节、日调节： t取日。取日。 t根据调节周期的长短、来水量变化情况及工程根据调节周期的长短、来水量变化情况及工程设计的要求而定，一般：设计的要求而定，一般：调节计算方法调节计算方法(Calculation Method of Regulation)： 时历法时历法(Time Course Method) 将实测流量资料按时历顺序直接进行调节计算，将实测流量资料按时历顺序直接进行调节计算，计算的结果（如计算的结果（如V兴兴、QH、W)也是按时历顺序

54、排列的，也是按时历顺序排列的，然后将这些结果系列进行频率分析，最后根据已定的然后将这些结果系列进行频率分析，最后根据已定的设计保证率，求出设计值。设计保证率，求出设计值。包括：包括：全部水文系列法，设计代表系列法，设计代表全部水文系列法，设计代表系列法，设计代表年法。年法。 数理统计法数理统计法(Mathematical Statistics Method) 将流量序列进行频率分析，来水以频率曲线的形将流量序列进行频率分析，来水以频率曲线的形式表示，然后按概率论原理和水量平衡原理进行调节式表示，然后按概率论原理和水量平衡原理进行调节计算，计算的结果也直接以频率曲线的形式给出，最计算，计算的结果

55、也直接以频率曲线的形式给出，最后根据已定的设计保证率，求出设计值。后根据已定的设计保证率，求出设计值。 随机模拟法随机模拟法(Stochastic Simulation Method) 时历法各类调节计算均可用，数理统计法一般用时历法各类调节计算均可用，数理统计法一般用于多年调节。于多年调节。解决的课题：解决的课题：1、已知用水（、已知用水（QH），求兴利库容（），求兴利库容（V兴兴）。）。2、已知兴利库容（、已知兴利库容（V兴兴），求供水量，即用水（），求供水量，即用水（QH）。）。3、已知兴利库容（、已知兴利库容（V兴兴），水库的操作方案（即用水），水库的操作方案（即用水 QH、出力、出力

56、N、或水库的蓄水方式等已知），求水库、或水库的蓄水方式等已知），求水库 的运用过程（的运用过程（Qt、Wt、Zt、Q弃弃t 等）。等）。 在规划阶段，上述计算课题就是寻求在规划阶段，上述计算课题就是寻求用水用水兴利库兴利库容容保证率保证率三者之间的关系。三者之间的关系。 2-6 2-6 兴利调节时历列表法兴利调节时历列表法 Time Course Tabulation Method of Runoff Regulation 一、已知用水（一、已知用水（QH），求兴利库容（），求兴利库容（V兴兴） 兴利库容是水库规划设计的重要内容之一。水库兴利库容是水库规划设计的重要内容之一。水库兴利调节时历法

57、分为全部水文系列法（长系列操作法）兴利调节时历法分为全部水文系列法（长系列操作法）和设计代表期法（设计代表年、设计代表系列）。其和设计代表期法（设计代表年、设计代表系列）。其中，全部水文系列法要求：年调节具有中，全部水文系列法要求：年调节具有2030年资料；年资料；多年调节具有多年调节具有3050年资料。年资料。 以年调节水库为例：以年调节水库为例： t = 1个月个月（一）不计水量损失（一）不计水量损失 步骤如下：参阅表步骤如下：参阅表2-5 将月份按水利年度排列将月份按水利年度排列 本例本例7月至次年月至次年6月，填入（月，填入（1）栏）栏 将来、用水流量填入表中第（将来、用水流量填入表中

58、第（2）、（）、（4）栏，单位：）栏，单位：m3/s，并将流量化为水量，单位：万，并将流量化为水量，单位：万m3，填入第（，填入第（3）、）、（5）栏。）栏。 本例本例t = 1个月个月=263万万S。水量若用。水量若用m3/s月作单位计月作单位计算更方便。算更方便。 列出水量平衡方程列出水量平衡方程 W入入 W出出 =W = W末末 W初初 = V末末 V初初 = V We WH W弃弃 = W (Qe QH Q弃弃)t =W 供水期水量平衡计算供水期水量平衡计算 利用水量平衡方程，对供水期（利用水量平衡方程，对供水期（106月）逐月进月）逐月进行调节计算，填入第（行调节计算，填入第（7）栏

59、。）栏。 求兴利库容求兴利库容V兴兴 将第（将第（7）栏中亏水量累加得）栏中亏水量累加得15229万万m3，这部分，这部分即为该年枯水期不足的水量，如果取即为该年枯水期不足的水量，如果取V兴兴=15229万万m3，在丰水期里将在丰水期里将V兴兴蓄满，即蓄蓄满，即蓄15229万万m3的水量，就能的水量，就能满足该年枯水期的用水量。因此，满足该年枯水期的用水量。因此，该年所需的兴利库该年所需的兴利库容为该年枯水期亏水量之和容为该年枯水期亏水量之和。 全部水文系列法：全部水文系列法： 将每年求出的库容将每年求出的库容从小到大排列，计算经从小到大排列，计算经验频率，并进行频率分验频率，并进行频率分析，

60、如图。最后，根据析，如图。最后，根据已知的设计保证率，求已知的设计保证率，求出出符合设计保证率的兴符合设计保证率的兴利库容利库容。VP(%)V兴兴P设设说明：说明：上述求出的仅是某一年所需的兴利库容，设计上述求出的仅是某一年所需的兴利库容，设计的兴利库容必须符合设计保证率，采用下列方法确定：的兴利库容必须符合设计保证率，采用下列方法确定： 设计代表年法设计代表年法 用用设计枯水年设计枯水年进行调节计算，求出兴利库容。因进行调节计算，求出兴利库容。因为设计枯水年的年来水量和枯水期来水量都符合设计为设计枯水年的年来水量和枯水期来水量都符合设计保证率，所以，求出的兴利库容符合设计保证率，故保证率，所以，求出