水资源规划与利用第二章

1、水资源规划及利用第二章兴利调节计算理第二章兴利调节计算第一节 水库特性曲线及特征水位第二节径流调节的分类第三节 水库兴利设计保证率第四节 水库的水量损失第五节 水库设计死水位的选择第六节 年调节水库兴利调节计算第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法第八节 多年调节水库兴利调节计算的数统计法第二章 第一节 水库特性 一、水库面积特性和容积特性第一节水库特性一、水库面积特性和容积特性水库面积特性指水库水位与水面面积的关系曲线。水库容积特性指水库水位与容积的关系曲线。第二章第一节 水库特性 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1. 死水位Z死和死库容V死在正常运用的情况下

2、，允许水库消落的最低水位称死水位。死水位以下的库容称死库容。2. 正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴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，称正常蓄水位。Z蓄与Z死间的库容，称V兴。3.防洪限制水位Z限；水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称防洪限制水位。第二章 第一节 水库特性 二、水库的特征水位和特征库容4.防洪高水位Z防和防洪库容V防：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，这时在坝前达到的最高水位称防洪高水位。 Z防与Z限间的库容称V防。5. 设计洪水位Z设洪和拦洪库容V拦：水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位称Z设洪。Z限与Z设洪之

3、间的库容称V拦。6. 校核洪水位Z校洪和调洪库容V调洪：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位称校核洪水位。Z校洪与Z限之间的库容称V调洪。7. 总库容V总和有效库容V效：V总=V死+V兴+V调洪-V共V效=V总-V死=V兴+V调洪-V共第二章 第一节 水库特性 二、水库的特征水位和特征库容第二章 第二节 径流调节的分类 一、按调节目的和重点分第二节兴利调节的分类一、按调节目的和重点分：洪水调节：重点在于消减洪峰和控制下泄洪水流量；枯水调节：目的是增加枯水期的供水量，以满足各用水部门的要求。第二章第二节 径流调节的分类 二、按供水方式分二、按供水方式分： 固定供水：水库按固定要求供水，以供

4、水水库来水量和蓄水量无关。 变动供水：水库供水虽蓄水量和用户不同的要求而变动。 第二节 径流调节的分类 三、按服务对象用途分第二章三、按服务对象和用途分：单一任务径流调节：只具有一个调节任务的调节综合利用径流调节：具有两个及以上调节任务的调节灌溉调节； 发电调节； 给水调节； 航运调节； 防洪调节；除涝调节等；第二节 径流调节的分类四、按调节周期分第二章四、按调节周期分：调节周期：即一次蓄泄循环所需的时间、无调节、日调节、周调节、年调节、多年调节? 思考:库容如何变化?第二节 径流调节的分类四、按调节周期分第二章日调节示意图日调节过程库水位变化过程第二节 径流调节的分类四、按调节周期分第二章周

5、调节示意图用水过程天然来水过程第二节 径流调节的分类四、按调节周期分第二章天然流量年调节示意图过程调节流量过程库水位变化过程第二节 径流调节的分类四、按调节周期分第二章多年调节示意图天然流量过程用水流量过程库水位变化过程第二章 第二节 径流调节的分类五、其他分类五、其他分类： 反调节：下游水库按照用水部门的需水过程， 对上游水库泄流的再调节； 单一水库补偿调节：水库与水库下游区间来水互相补偿以满足有关部门用水要求的调节； 水库群补偿调节：水库间互相进行水文补偿、库容补偿、电力补偿，共同满足水利、电力系统要求的调节。径流调节的分类五、其他分类反调节示意图第二章 第二节QQ上游河道天然来水过程线t

6、t下游河道需水过程线反调节QQ放蓄放蓄蓄蓄放放tt下游水库再次调节后的流量过程线上游水库一次调节后的流量过程线程第二节 径流调节的分类五、其他分类第二章单一水库补偿调节示意图A 断面允许水库允许下流量泻流量支流水库蓄水量干流QB水库来水过程A支流区间到A 断面流量过程t水库B过下游下泻防护区第二章第二节径流调节的分类来水量及过程影响水库调节性能的因素？用水量及过程库容;来水量、来水过程; 用水量和用水过程等因素。第二章 第三节 水库兴利设计保证率第三节水库兴利设计保证率1、设计水平年：指与电力系统的电力负荷相应的未来某一年份。2、设计保证率设计保证率：指多年期间用水部门按照规定保证正常工作不受

7、破坏的机率（或程度）。年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。历时保证率：多年期间正常工作历时（日、旬或月）占总历时的百分比。第二章 第三节 水库兴利设计保证率3、设计保证率的选择水电站设计保证率根据水电站所在电力系统的负荷特性，水电站的容量在系统中的比重，水库调节性能而确定。灌溉设计保证率根据灌区水、土资源情况，作物组成，气象与水文条件，水库调节性能，国家对当地农业生产的要求，以及地区工程建设和经济条件等因素确定。第二章 第三节 水库兴利设计保证率供水设计保证率对有两个以上的水源的情况，当任一水源停水时，其余水源应满足消防和生产紧急用水外，尚须保证供应一定数量的生活用水。通航设

8、计保证率通航设计保证率：指最低通航水位的保证程度用历时（日）保证率表示，对季节性通航河道，它指的是通航季节内的历时保证率。第二章 第四节 水库的水量损失第四节水库的水量损失一、水库的蒸发损失因兴建水库后，原有的陆面变成水面后增加的蒸发损失。DW = 1000(E水 - E陆 )FVE水 = hE皿E陆 = E0= P0- R0第二章 第四节 水库的水量损失二、水库的渗漏损失(1) 经过能透水的坝身以及闸门、水轮机等的渗漏；(2) 通过坝址及坝的两翼的渗漏；(3) 通过库底渗向地下透水层或库外的渗漏。渗漏系数：以一年或一月的渗漏损失相当于水库蓄水容积的一定百分数计，估算采用如下初步数值：(1)水

9、文地质条件优良：0%-10%/年或0%- 1%/月(2)透水条件中等： 10%-20%/年或1%-1.5%/月第二章 第四节 水库的水量损失三、水库的其他损失结冰损失水工建筑物的漏水和操作所损失的水量第二章 第五节 水库设计死水位的选择第五节水库设计死水位的选择一、保证灌溉引水需求水库死水位：维持放水建筑物泄放渠道设计流量的最小水头Hmin，加上A点高程（水库放水建筑物的下游水位）。第二章 第五节 水库设计死水位的选择二、考虑水库泥沙淤积的需要在含沙量很大（或较大）的河流上修建水库，必须考虑水库泥沙淤积对水库效益的影响。对一般泥沙不太严重的河流，可用死库容作为淤沙库容，其库容大小可根据水库预期

10、使用的年限计算确定。相应的水位就是死水位。估算方法：假定河流中携带的泥沙有一部分沉积在水库中，而且水库泥沙淤积呈水平状。水库使用T年后淤积总容量：r 0W0 m(1 -p)g= TVVV沙,年沙,总沙,年第二章 第五节 水库设计死水位的选择三、保证水电站最低水头要求死水位决定水电站的最低水头。死水位愈高，电站出力愈大。同时死水位过高，会减少水库的兴利库容，降低水库的调节能力。四、其他要求水产任务：养鱼对水深和水面的需求。气候寒冷地区：结冰厚度。水库生态需求。应是上述计算中的最大值。第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算第六节年调节水库兴利调节计算一、水库兴利调节计算原理计算时段；日调节以小时为

11、单位，年调节以月为单位， 洪水期应取时段短基本依据： 水量平衡原理DV= (Q入时段内水库蓄水量的变化量；蓄为正，泄为负- Q出)DT时段内平均入库流量；主要包括入库断面流量、库周入流及库面降水入流时段内自水库取用或消耗的平均流量；主要包括各兴利部门的用水流量， 蒸发损失流量和渗漏损失流量及水库蓄满后的弃水流量等。第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算水量平衡方程还可改写为：= Vt+ DW入- DU用 - DS损Vt+Dt注：因为用水量DU用和DS损都和时段始末蓄水量有关，故本方程呈隐函数形式，不能直接求解，一般采用试算迭代求解。第二章第六节 年调节水库兴利调节计算计算任务：1、已知来水和用

12、水过程，求兴利库容V兴2、已知来水和兴利库容，求调节流量Q调计算方法：1、时历法2、数理统计法第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算一、列表法：（已知来水和用水过程，求兴利库容V兴）相关概念：1.2.3.水利年：水库一次蓄泄循环作为一年的起止点。一回运用：一年中只有一个余水期和一个亏水期。多回运用：一年中有多个余水期和多个亏水期。第二章第六节年调节水库兴利调节计算10泻泻486蓄蓄ttV兴=8V兴=10由上图可知：调节库容不仅与相邻的余亏水量有关，还与余水期的数目及排列次序有关。用水过程10泻用水过程蓄8水库的一回运用水库的多回运用来水来水Q过程Q过程第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算1、

13、不考虑损失的调节计算第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算二、年调节水库兴利调节计算的长系列法：查设计水平年计求设计兴利库容V兴算各年所需的设计保证率V排频计算设计供水过程历史N年来水资料V兴Vp%兴适用条件：资料丰富的地区。第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算2、考虑损失的调节计算步骤：1.从2月底库空开始逆时序进行水量平衡计算；2.首先假定一个2月初的水库蓄水量；3.分别计算水库月平均蓄水量和水库月平均面积；4.计算蒸发损失量：= 月蒸发强度月水库平均面积 (m2Q/ s)蒸时间第二章第六节 年调节水库兴利调节计算5.根据地质情况取一定百分比的水库月平均蓄水量为水库的渗漏量；6.对该时段

14、进行水量平衡计算，求2月初的水库蓄水量：V初 = V末 - (Q来 - Q用) DT + SQ损 DT7.比较所得结果与假定值，若两值之差超出允许范围，则重新假定初时刻蓄水量重算；若结果在允许范围，转入上一时段的水量平衡计算；第二章第六节 年调节水库兴利调节计算8.以此类推，计算到供水期开始时刻9月初的水库蓄水量为所求的水库库容。9.求得库容后，再从蓄水期开始时刻3月初的死库容用同样的方法进行逐时段的水量平衡计算，得水库每月的调节水量。本例中到6月底水库蓄满并有弃水。第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算考虑损失的列表法年调节计算第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算三、年调节水库兴利调节计算

15、典型年法：设计水平年设计供水过程历史来水资料排频计算频率曲线（如图）计算设计V实际代表年兴设计保证率查求Q设同倍比放大设计枯水年同频率放大Q适用条件：a、无资料或资料不足的地区；b、精度要求不高时，如初步规划阶段。Q设p%第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算设计保证率p%与Q调及V兴三者之间的关系S+ V兴W来水=供水期Q供调T供水期1、假定p%一定，则 V兴Q调V兴(如图1) Q调(如图2)2、假定Q调一定，则 p% 3、假定V兴一定，则 p% 第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算V兴一定时，则 p%Q调Q调Q调一定时，则p%V兴V3V1 V2V兴p%Q调3Q调2Q调1图 2p%图 1第

16、二章 第六节 年调节水库兴利调节计算四、公式法：（已知来水和兴利库容，求调节流量Q调）计算思想：将调解周期划分为蓄水期和供水期和不供不蓄期三个计算时段进行水量平衡计算。S- V兴W来水蓄水期 当Q天然 Q调节时=蓄水期Q蓄调T蓄水期S+ V兴W来水=供水期Q供水期 当Q天然 第六节 年调节水库兴利调节计算例：已知某水库设计枯水年的月平均流量过程，拟定水库的调节库容为20108m3，试求枯水年的调节流量和水库运用过程。设计枯水年的月平均流量月份567891011121234流量26376392873246524127212690.079.875.669.6第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算例

17、：已知某水库设计枯水年的月平均流量过程，拟定水库的调节库容为20108m3，试求枯水年的调节流量和水库运用过程。设计枯水年的月平均流量供水期蓄水期其它月份为不蓄不供期月份567891011121234流量26376392873246524127212690.079.875.669.6第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法1、基本概念为了满足正常供水，必须跨年度进行水量调节，把丰水年多余水量蓄存起来，以补充少水年的水量不足，这种将丰、枯年份的年径流量及径流年内变化都加以重新分配的调节称多年调节。第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算

18、的长系列时历法2、计算逐年兴利库容的列表法（1）逐年调节计算求得每年所需库容；（2）进行频率计算，以求得满足设计保证率要求的兴利库容。注意：调节年度的划分不能硬性规定，须视每年的余、缺水情况分析定出，由多年调节计算求得库容。3、计算逐年兴利库容的差量累积曲线法积曲线-流量过程线的积分曲线。水量累tW= tQdt0Q = dW / dt时间t时间t水量W（m3/s)流量Q(m3/s)3、计算逐年兴利库容的差量累积曲线法水量累积曲线主要特性：（1）曲线上任意A、B两点的纵坐标差值表示Ta至Tb期间的水量；（2） 连接曲线上任意A、B两点得割线AB，它与横轴夹角的 正切，正好表示Tab内的平均流量；

19、（3） 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。水量累积曲线缺点：水量累积曲线呈逐时上升状，当历时较长时，图形在纵向将有大幅度延伸，使绘制和使用均不方便。若缩小水 量比尺，又会降低图解精度。水量差积曲线-称斜坐标水量累积曲线600差积水量：从斜坐标水平轴上tx500时刻到水量累积曲线的纵距，400表示自起始时刻t0到tx期间的总水量与以水平轴方向所代表流量的同期流量之差。300200100水量差积曲线：在斜坐标里汇 成的水量累积曲线对水平轴而 言，即把斜坐标网格换成水平 横坐标网格，不变其曲线，这 时刻曲线就称为水量差积曲线。时间758910600500400300200100

20、时间7568910tttW = t (Q - Q定）dt = t Qdt - tQ定dt000水量W(m3/s).月水量W(m3/s).月3、计算逐年兴利库容的差量累积曲线法水量差积曲线主要特性：（1）QQ定时，曲线上升； Q 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法3、计算逐年兴利库容的差量累积曲线法将各年计算时段的来水W来减去用水W用后的差值按时序累加起来，然后以（W来-W用）纵坐标，以时序为横坐标，点汇出水量的差量累积曲线，利用此曲线可以判断水库历年的运用情况，并求出各年所需的库容。第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法4、试算法假定一个兴利库容，逐时段连续计算，统计用水被破坏的年数来计算保证率。如果计算的保证率与规定的设计保证率相符，则假定的库容就是多年调节的兴利库容。试算方法：从水库蓄满或水库放空开始，逐月进行水量平衡计算； 全系列操作完毕，统计出供水破坏的年数，计算供水保证率P；与设计保证率比较，若不等则重复以上过程，直到两者相等为止。第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法5、多年调节水库水量损失的计算近似计算法：首先以不计水量损失时初定的兴利库容，计算水库多年平均蓄水容积及多年平均水面面积，并计算出多年平均的逐月蒸发损失和渗漏损失；从水库来水序列中，逐年逐月扣除这一水量损失，得历年净来水序列；以此净来水