中小型水库的兴利调节计算.

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1、前 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 1 淤积与冲刷的影响 2 水文状态的变化 流量、流速发生

2、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。 3 水质的变化 有利：减少浑浊度和生化耗氧量，降低Sio2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 生物发达。 4 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 水改变（夏季：减少；冬季：增加）。 5 对地震条件的影响 易诱发地震 第十三章 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

3、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。 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

4、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)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

5、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P190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-

6、95%。 959890958090设计保证率 50以上255025以下电力系统的比重 (%) 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

7、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)； 泥沙颗粒的 干容重，kg/m3。 航运要求； 渔业要求。 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；

8、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) 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

9、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

10、 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/W0 W0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

11、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. 由设计保证率P VP兴 P VP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。 Qt qt Q,q V

12、1 V2 t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,V3 V2 a. 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。 V3V4 Qt qt Q,q V1 V2 t 多回运用 V3 V4 V5 V6 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m3 3) 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

13、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

14、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 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。 见P200

15、（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。 P VP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 p204 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

16、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