第2章 興利調(diào)節(jié)

1、第一節(jié) 水庫特性第二節(jié) 興利調(diào)節(jié)(tioji)分類第三節(jié) 設計保證率第四節(jié) 設計代表期第五節(jié) 興利調(diào)節(jié)計算第六節(jié) 興利調(diào)節(jié)時歷列表法第七節(jié) 興利調(diào)節(jié)時歷圖解法第八節(jié) 多年調(diào)節(jié)的概率法共四十六頁第一節(jié) 水庫(shuk)特性一、水庫的特性曲線(qxin) 一般用來反映水庫地形特性的曲線稱為水庫特性曲線，有水庫水位與面積關系曲線和水庫水位與容積關系曲線，簡稱水庫面積曲線及水庫容積曲線。(一)水庫面積特性曲線共四十六頁(二)水庫容積(rngj)特性曲線（面積曲線的積分曲線）共四十六頁 二、水庫的特征水位和特征庫容 特征水位：水庫工程為完成不同任務在不同時期和各種水文情況下，需控制達到或允許消落的各種庫

2、水位。 特征庫容：相應于水庫特征水位以下或兩特征水位之間的水庫容積。 特征水位及其相應的庫容體現(xiàn)了水庫利用和正常工作的各種特定要求，是規(guī)劃設計階段確定水工(shu n)建筑物尺寸（如壩高、溢洪道寬度）及估算工程效益的基本依據(jù)。 共四十六頁 (一)死水位Z死和死庫容(krng)V死 死水位：在正常運用的情況下，允許水庫消落的最低水位。 死庫容（墊底庫容）：死水位以下的水庫容積。 死庫容一般用于容納水庫泥沙、抬高壩前水位和庫內(nèi)水深，一般不參與徑流調(diào)節(jié)。 （二）正常蓄水位（Z蓄）和興利庫容（V興） 正常蓄水位：水庫在正常運用情況下，為滿足設計興利要求(yoqi)而在開始供水時應蓄到的高水位。又稱正常

3、高水位或設計興利水位。它決定水庫的規(guī)模、效益和調(diào)節(jié)方式。 共四十六頁 興利庫容（調(diào)節(jié)庫容）：正常蓄水位(shuwi)與死水位(shuwi)間的庫容，用以調(diào)節(jié)徑流，提高枯水時的供水量或水電站出力。 水庫消落深度（工作深度）：正常蓄水位與死水位的高程差。 （三）防洪限制水位（Z限） 防洪限制水位：水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位。它是水庫汛期防洪運用時的起調(diào)水位。根據(jù)(gnj)洪水特性和防洪要求，對汛期不同時期分段擬定，把Z限定在Z蓄以下時，防洪庫容與興利庫容將有所結合，從而減小專用防洪庫容。共四十六頁 （四）防洪高水位（Z防）和防洪庫容（V防） 防洪高水位：當遇下游防護對象的設計標準洪水時，水庫

4、為控制(kngzh)下泄流量而攔蓄洪水，這時在壩前達到的最高水位。只有當水庫承擔下游防洪任務時，才需確定這一水位。 防洪庫容：防洪高水位與防洪限制水位間的庫容，用以攔蓄洪水，滿足下游防護對象的防洪要求。 注意：當汛期各時段具有(jyu)不同的防洪限制水位時，防洪庫容指最低的防洪限制水位與防洪高水位之間的庫容。共四十六頁 當防洪限制水位低于正常蓄水位時，防洪庫容與興利庫容的重疊部分，稱重疊庫容或共用庫容（V共）。此庫容在汛期騰空(tngkng)作為防洪庫容或調(diào)洪庫容的一部分，在汛末，作為興利庫容的一部分，以增加供水期的保證供水量或水電站的保證出力。 在水庫設計中，根據(jù)水庫及水文特性，防洪庫容和興

5、利庫容有完全重疊、部分重疊、不重疊（防洪限制水位與正常(zhngchng)蓄水位處于同一高程）三種形式。 共四十六頁圖2-3圖2-4共四十六頁 （五）設計洪水位（Z洪）和攔洪庫容（V攔） 設計洪水位:水庫遇大壩設計洪水時，在壩前達到的最高水位。它是正常運用情況(qngkung)下允許達到的最高庫水位，也是擋水建筑物穩(wěn)定計算的主要依據(jù)。 攔洪庫容（V攔）Z限與Z設洪 之間的庫容。 （六）校核洪水位（Z洪）和調(diào)洪庫容(krng)（V調(diào)洪） 校核洪水位：水庫遇大壩校核洪水時，在壩前達到的最高水位。它是水庫非常運用情況下允許達到的臨時性最高洪水位，是確定壩頂高程及進行大壩安全校核的主要依據(jù)。 調(diào)洪庫容

6、：校核洪水位與防洪限制水位之間的庫容，用以攔蓄洪水，確保大壩安全。共四十六頁 （七）總庫容（V總）和有效庫容（V效） 總庫容：校核洪水位以下的全部庫容，總庫容是表示水庫工程規(guī)模的代表性指標，可作為劃分水庫等級(dngj)、確定工程安全標準的重要依據(jù)。 有效庫容：核洪水位與死水位之間的庫容。 V總V死V興V調(diào)洪V共。 V效V總V死V興V調(diào)洪V共。大型大于10億m3；大型110億m3；中 型0.11億m3；小型0.010.1 億m3；小型小于0.01 億m3。按總庫容把水庫(shuk)劃分為五級共四十六頁安全(nqun)超高放水管死水位(shuwi)正常蓄水位校核洪水位設計洪水位死庫容興利庫容結合

7、庫容攔洪庫容調(diào)洪庫容防洪限制水位防洪庫容防洪高水位共四十六頁三、水庫的水量損失(1)蒸發(fā)損失 W蒸=（E水-E陸）A年1000 其中：W蒸一年內(nèi)水庫的蒸發(fā)損失量，m3； E水一年內(nèi)水面蒸發(fā)深度，mm； E陸一年內(nèi)陸面蒸發(fā)深度，mm； A年水庫計算(j sun)面積，km2，即水庫實際水面面積與建庫 前水面面積之差。(2)滲漏損失 壩身、閘門、庫底及庫岸四周向外滲漏，其滲漏量的大小決定于庫區(qū)、壩址的地質及水文地質條件與施工質量。其值可根據(jù)水文地質條件，參考已建水庫的實際滲漏資料，選用經(jīng)驗數(shù)據(jù)(shj)，作為估算滲漏損失的依據(jù)。共四十六頁四、水庫淤積(yj) 1、分類 a.三角洲淤積。 b.帶形淤

8、積。 c.錐形淤積。 三角洲淤積（官廳水庫）1.1966.6淤積線2.1953.9原河床帶形淤積（豐滿水庫）1.1958淤積線2.1943原河床錐形淤積（三門峽水庫）1.1964年汛后淤積線2.1964年汛前河底線共四十六頁 2、水庫淤積的不良后果 a.減少水庫有效庫容，甚至使水庫完全失效，威脅水庫本身及下游安全。 b.水庫淤積使回水上延，增加淹沒、浸沒損失(snsh)。 c.泥沙進入引水渠或水輪機等，導致渠系淤積及水輪機、泄流設備的磨損。 d.水庫淤積會加大管理上的困難，影響正常工作。 3、防止或減輕水庫淤積的措施 a.做好上游水上保持工作。 b.中小型水庫采用(ciyng)長藤結瓜式工程布

9、局。 c.在壩底修建斷面較大的底孔，或在壩旁建高程較低的泄洪隧洞。 d.建深水式攔河閘代替攔河壩。 e.大型水庫采取蓄清排沙方式運行共四十六頁 按照水庫淤積的平衡趨向性規(guī)律，運用初期，攔沙率較高(排抄較少)，隨著庫容逐漸淤損，攔沙率將逐年減小(排沙逐年增加)。影響水庫攔沙率高低的因索很多，據(jù)國內(nèi)外數(shù)十座水庫實測資料分析，以調(diào)節(jié)庫容與平均(pngjn)水量之比對攔抄率的影響較為明顯。統(tǒng)計資料表明：當調(diào)節(jié)庫容與平均(pngjn)水量之比達0.5以上時，攔沙率接近100，即幾乎全部泥沙淤在庫里。這是因為調(diào)節(jié)庫容與平均水量比值高表示水庫具有較大的相對庫容，調(diào)節(jié)程度高，汛期棄水少，攔沙率自然就高。水庫使

10、用(shyng)年限的計算共四十六頁五、水庫的淹沒(ynm)和浸沒修建水庫，持別是高壩大庫，可調(diào)節(jié)徑流，獲得較大的防洪、興利綜合利用效益，但往往也會引起(ynq)淹沒和浸沒問題。水庫蓄水后，將會淹沒土地、森林、村鎮(zhèn)、交通、電力和通訊設施及文物古跡，甚至城市建筑物等。由于庫區(qū)地下水位抬高，水庫附近受到浸沒影響，使樹木死亡，旱田作物受澇；耕地鹽堿化；形成局部沼澤地，惡化衛(wèi)生條件，滋生瘧蚊；增加礦井積水，使原有工程建筑物的基礎產(chǎn)生塌陷等。還會引起(ynq)庫用塌岸，毀壞農(nóng)田相居民點，減小水庫容積。共四十六頁五、水庫(shuk)的淹沒和浸沒正常蓄水位以下庫區(qū)為經(jīng)常淹沒區(qū)，影響所及均需改線、搬遷。正常蓄

11、水位以上一定標準的洪水回水和風浪、冰塞雍水等淹沒的地區(qū)為臨時淹沒區(qū)，或遷移或防護，要根據(jù)具體情況確定。對于特別稀遇洪水時才出現(xiàn)的淹沒區(qū)，要考慮其土地合理利用問題。在多沙河流上確定回水淹沒范圍，要考慮一定年限的泥沙淤積對抬高回水水位，特別是回水末端水位的影內(nèi)。在水面開闊、順程較長的淹沒區(qū)和容易發(fā)生(fshng)冰塞雍水的水域，要在正常蓄水位以上適當考慮風浪爬高和冰塞雍水對回水的影響。共四十六頁五、水庫(shuk)的掩沒和漫沒 淹沒區(qū)、浸沒影響區(qū)和庫周影響區(qū)(水庫蓄水后失去生產(chǎn)、生活條件，帶采取措施的庫邊及孤島上的居民點)里所有遷移對象都應按規(guī)定標準給予補償，此補償加上各種資源損失，統(tǒng)稱掩沒損失，

12、計入水庫總投資內(nèi)。 處理水魔淹沒(ynm)中的移民問題，往往十分棘手。在移民安置工作中，要正確處理國家、集體和個人的關系。充分利用當?shù)刈匀毁Y源，因地制宣地開拓多種途徑。安置方式和出路有： （1）在庫區(qū)財近調(diào)整行政單元調(diào)劑土地和生產(chǎn)手段，就近安置。（2）遠遷安量 （3）不論就近或遠近，均有成建制集中安置和按戶分散安置助方式。（4）不論采用何種安置方式，都要廣開生產(chǎn)門路。農(nóng)村移民以農(nóng)為主，農(nóng)工商牧副漁各業(yè)并舉；城鎮(zhèn)居民原則上隨城鎮(zhèn)遷建安置。 在少數(shù)民族地區(qū)，要尊重其風俗習慣。共四十六頁第二節(jié) 興利調(diào)節(jié)(tioji)分類一、按調(diào)節(jié)周期分類 調(diào)節(jié)周期，指水庫的興利庫容從庫空蓄滿放空(fng kng)的

13、完整的蓄放過程。 共四十六頁二、按水庫任務分類 三、按水庫供水方式分類 四、按徑流利用(lyng)程度分類五、其它分類日調(diào)節(jié)：0.08年調(diào)節(jié)： 0.08 0.3多年調(diào)節(jié)：0.3 0.5共四十六頁第三節(jié) 設計(shj)保證率一、工作(gngzu)保證率和設計保證率 保證率：在多年期間，各個用水部門能夠按照正常用水的需要，正常工作的概率。 年保證率：指多年期間正常工作年數(shù)占運行總年數(shù)的百分比 。P設=正常工作年數(shù)/（總運行年數(shù)+1）100%共四十六頁 歷時保證率：指多年期間(qjin)正常工作歷時占總歷時的百分比 。 年保證率與歷時(l sh)保證率之間的轉換： 采用哪種形式計算工作保證率，視用水

14、特性、水庫調(diào)節(jié)性能及設計要求等因素而定。蓄水式電站、灌溉用水等，一般可采用年保證率；徑流式電站、航運用水和其他不進行徑流調(diào)節(jié)的用水部門，其工作多按日計算，故多采用歷時保證率。共四十六頁二、設計保證率的選擇 （一）水電站的設計保證率 裝機容量小于25000 kW的小型(xioxng)水電站，設計保證率一般采用6590；以灌溉為主的農(nóng)村小水電工程的設計保證率，常與灌溉設計保證率取同值；大、中型水電站的設計保證率可參照表2-2選值。 表2-2 水電站設計(shj)保證率系統(tǒng)中水電站容量比重（%）25以下255050以上水電站設計保證率（%）809090959598共四十六頁 （二）灌溉設計保證率 灌

15、溉設計保證率：指在干旱期作物缺水情況(qngkung)下，由灌溉設施供水抗旱的保證程度。 灌溉設計保證率選用的基本原則：南方地區(qū)比北方地區(qū)為高；自流灌溉(z li un i)比提水灌溉為高；遠景規(guī)劃工程比近期工程為高；大型工程比中小型工程為高。地區(qū)特點農(nóng)作物種類年設計保證率（%）缺水地區(qū)以旱作物為主5075以水稻為主7080水源豐富地區(qū)以旱作物為主7080以水稻為主7595共四十六頁 抗旱天數(shù):指依靠灌溉設施供水，可以抗御連續(xù)多少天無雨保豐收的天數(shù)。農(nóng)田基本建設(jbnjinsh)和一些小型灌區(qū)的規(guī)劃設計中是常被采用的。 在F一定(ydng)的情況下，P灌越高，所需V興越大； 在P灌一定的情況

16、下，F(xiàn)越大，所需V興也越大； 在水庫V興一定的情況下， P灌越高，可灌溉的面積越小。共四十六頁第四節(jié) 設計(shj)代表期 一、設計代表年 二、設計多年徑流系列 1.設計枯水系列 T破 = n - P設（n + 1） 2.設計中水系列（代表中等來水條件下的平均興利情況）設計枯水年設計中水年設計豐水年注意：系列連續(xù)徑流資料至少要有一個以上完整的循環(huán)； 系列年徑流均值應等于或接近于多年平均值； 系列應包括枯水年、中水年、豐水年，它們的比例關系(gun x)與長系列大體相同，使設計中水系列的年徑流變差系數(shù)Cv與長系列的相近。 共四十六頁第五節(jié) 興利調(diào)節(jié)(tioji)計算 興利調(diào)節(jié)計算：利用水庫重新分

17、配天然徑流(jngli)所進行的計算。基本方法：時歷法和概率法基本原理：W末=W初+W入-W出 式中W末計算時段末水庫蓄水量； W初計算時段初水庫蓄水量； W入計算時段入庫水量； W出計算時段出庫水量，包括向各用水部門 提供的水量、棄水量及水庫水量損失等?；菊n題:已知來水、用水和P設，求V興； 已知來水、 V興和P設，求Q調(diào)； 已知來水、 V興和P設，求按照一定的運 用方式，水庫的運用過程（Q調(diào)t或Z t）。共四十六頁水庫運用情況分析(fnx) 水庫的蓄泄過程稱為水庫運用，在整個調(diào)節(jié)周期內(nèi)，按照來水和用水的配合情況，年調(diào)節(jié)水庫可分為：1.一回運用共四十六頁2.兩回運用V1V2，V3 V4 則

18、V調(diào)=max(V2，V4，V2+V4-V3)V1V2，V3V4 則V調(diào)=max(V2，V4)V1V2，V3V4 ， V3V2 則V調(diào)=V2+V4-V3共四十六頁3.多回運用主要(zhyo)看兩虧水期中間余水期的余水量是否大于前后兩個虧水期的虧水量： 如果余水量不同時小于兩個虧水量，則所需庫容為兩個虧水量中的較大者； 如果余水量同時小于前后兩個虧水期的虧水量，則庫容為三者的代數(shù)和。共四十六頁第六節(jié) 興利調(diào)節(jié)(tioji)時歷列表法一、根據(jù)用水過程確定水庫興利庫容 （一）求庫容的列表計算法 1、年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計算的長系列法 將水庫壩址斷面河流多年來水過程和用水過程，逐年按時歷列表法進行逐時段（

19、月或旬）的水量平衡計算，求得水庫蓄泄過程和興利庫容。 （1）逐年調(diào)節(jié)計算 A 不計水量損失(snsh)的年調(diào)節(jié)列表計算法【例題】 B 計入水量損失的年調(diào)節(jié)列表計算法【例題】共四十六頁 (2)設計庫容的確定 假定有n年來水及灌溉用水資料，按上述方法進行每年的調(diào)節(jié)(tioji)計算，得到n個年調(diào)節(jié)庫容。然后按由小到大的次序排列，用經(jīng)驗頻率公式求出相應每一庫容的頻率，點繪庫容頻率曲線。根據(jù)給定的灌溉設計保證率P設，查VP曲線即可求得相應的年調(diào)節(jié)設計庫容V設。 （3）正常(zhngchng)蓄水位的確定 確定了水庫的興利庫容后，加上死庫容就得兩者之和的庫容，用此庫容在水位容積曲線上可查得相應的正常蓄水

20、位 共四十六頁 結論： (1) 徑流來水過程與用水過程差別愈大，則所需興利庫容愈大。 (2) 在一次充蓄條件下，累計整個供水期總不足水量和損失(snsh)水量之和，即得興利庫容。 等流量調(diào)節(jié)：用供水期各月用水量的均值代替各月實際用水量，即假定整個供水期為均勻供水。 (3)調(diào)節(jié)系數(shù)：設計枯水年供水期調(diào)節(jié)流量（多年調(diào)節(jié)時為設計枯水系列調(diào)節(jié)流量）與多年平均流量的比值，用以度量徑流調(diào)節(jié)的程度。 (4)興利部門全年用水量不大于設計枯水年來水量時，枯水期不足水量可由徑流年調(diào)節(jié)解決。共四十六頁 先對壩址斷面設計站或參證站或灌區(qū)各水文年的年來水量及年用水量進行頻率計算，求得年來水量及年用水量的經(jīng)驗或理論頻率曲

21、線，或均值、Cv、Cs3個參數(shù)。若無較長系列的年月來水資料(zlio)，則可根據(jù)該地區(qū)水文手冊中年徑流統(tǒng)計參數(shù)等值線圖查得。 由年來水、年用水頻率曲線求得相應于灌溉設計保證率的設計年來水量W來,P及設計年用水量W用,P。 2、年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計算的代表年法 （1）實際代表年法 （2）設計代表年法：按設計保證率選擇一年的來、用水過程線，作為設計代表年，然后(rnhu)根據(jù)此設計代表年去進行調(diào)節(jié)計算，求得庫容作為設計的興利庫容。共四十六頁 從實測資料中選擇年來水量接近W來,P，年用水量接近W用,P，且年內(nèi)分配具有代表性的一年(或幾年)作為典型年，其年來水量為W來,典，年用水量為W用,典。 計算縮

22、放倍比K來W來,P/W來,典及K用W用,P/W用,典，再用此K來、 K用值分別乘該典型年各月來水量及各月用水量，即得設計代表年的來、用水過程。 對所推求的設計代表年進行調(diào)節(jié)計算，求得興利庫容(即設計庫容)。如由所選擇的幾個設計代表年求得的結果不一致，為安全起見，可選對工程較為(jio wi)不利的一年，即庫容較大的一年作為設計代表年。設計代表年法采用來、用水同頻率只有在各年來、用水之間有較好相關關系時才是正確的，否則由此求得的興利庫容不一定符合設計保證率。 共四十六頁二、根據(jù)興利庫容確定調(diào)節(jié)流量 在水庫規(guī)劃設計階段常擬定若干個正常蓄水位為不同的比較方案(fng n)。進行方案(fng n)比較

23、時必須針對任一正常蓄水位初定死水位，得出其相應的興利庫容，并根據(jù)已知興利庫容推求其供水期調(diào)節(jié)流量及其它效益指標，以供方案(fng n)比較。 方法：試算法和直接算法 注意： 1.水庫(shuk)調(diào)節(jié)性能問題。 2.劃定蓄、供水期的問題?！纠?-1】共四十六頁三、設計保證率、調(diào)節(jié)庫容與調(diào)節(jié)流量的關系 對于任一給定的水庫興利庫容V，可利用(lyng)徑流系列資料逐年進行計算，求得各年供水期的調(diào)節(jié)流量，然后按其大小次序排列，推求其經(jīng)驗頻率曲線，作出調(diào)節(jié)流量保證率曲線QpP。改變“V”值，通過同樣的計算方法，可作出另一條QPP。因此，以V為參數(shù)，可作出一組調(diào)節(jié)流量保證率曲線。共四十六頁第七節(jié) 興利調(diào)節(jié)

24、(tioji)時歷圖解法一、水量(shu lin)累積曲線和水量(shu lin)差積曲線 （一）水量累積曲線圖2-13 流量過程線和水量累積曲線共四十六頁圖2-14 水量累積曲線(qxin)及其流量比尺水量累積曲線(qxin)的主要特征：共四十六頁（二）水量(shu lin)差積曲線圖2-15 水量差積曲線(qxin)及其流量比尺共四十六頁水量差累積曲線(qxin)的特征789101112123456 (1)曲線向上(xingshng)，表示水量差累積值增加。曲線向下，表示水量差累積值減小。曲線的坡度越陡，表示水量差累積值增加或減小越快。 (2)曲線上任一點的縱坐標表示自調(diào)節(jié)年度開始時刻至該點時刻的水量差累積值。 共四十六頁 （4）曲線上供水期內(nèi)上下兩點間的最大縱坐標差，即為最大缺水量，也即需由水庫提供的水量。而水庫的興利調(diào)節(jié)(tioj