中小型水庫(kù)的興利調(diào)節(jié)計(jì)算

第十三章中小型水庫(kù)的興利調(diào)節(jié)計(jì)算控制和調(diào)節(jié)徑流的措施，稱為“徑流調(diào)節(jié)”"水庫(kù)，是最常見的蒂水工程之一；建造水庫(kù)調(diào)節(jié)河川徑流,是解決來(lái)水與需水之間矛盾的一種常用的、積極的方法。第一節(jié)水庫(kù)特性曲線、特征水位及特征庫(kù)容水庫(kù)特性曲線庫(kù)容，既與壩高有關(guān)，又與庫(kù)區(qū)內(nèi)的地形有關(guān)。用來(lái)反映水庫(kù)地形特性的曲線，稱為〃水庫(kù)特性曲線”；分為“水庫(kù)水位與面枳關(guān)系曲線”和’‘水庫(kù)水位與容枳關(guān)系曲線”，簡(jiǎn)稱“水庫(kù)面積曲線”及〃水庫(kù)容積曲線”，它們是徑流調(diào)節(jié)計(jì)算不町或缺的基本資料1） 水庫(kù)特性曲線面積曲線町根據(jù)庫(kù)區(qū)地形圖，用求枳儀或數(shù)方格法，在等高線與壩軸線所由成的閉合地形圖上最計(jì)不同高程的水庫(kù)面積，并以水位為縱坐標(biāo)，以水庫(kù)面積為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪成水位、面枳關(guān)系曲線。在平原河流及山區(qū)河流上建水庫(kù)，因庫(kù)盆形狀及河道坡度不同，其Z~A曲線的性質(zhì)也不相同一一平原河流水庫(kù)而積隨水位增加而很快埔加，面積曲線的坡度較小；山區(qū)河流水庫(kù)面積隨水位增加較慢，面枳曲線的坡度較大。2） 水庫(kù)容積曲線靜庫(kù)容水庫(kù)容積曲線，是而積曲線的枳分曲線，即水位Z與累積容枳（原容）V的關(guān)系曲線。分別計(jì)算齊相鄰高程間隔內(nèi)的部分容積，自河底向上累加得相應(yīng)水位的累計(jì)容積，即可繪制出水位、容積曲線。用上述方法計(jì)算的水庫(kù)容積，是假定入庫(kù)流量為零時(shí)，水庫(kù)水面為水平的情況，稱為“靜水容枳（簡(jiǎn)稱靜庫(kù)容）”。靜庫(kù)容，能滿足一般水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，對(duì)于大的湖泊式水庫(kù)，流速甚小時(shí)，水面曲線接近水平，僅回水尾端上翅，故以靜庫(kù)容計(jì)算，誤差不大。動(dòng)庫(kù)容對(duì)于大型河里水庫(kù),回水影響哄遠(yuǎn)，在洪水調(diào)節(jié)計(jì)算及淹沒計(jì)算中，因入庫(kù)流鼠人、流速人而形成的水面面積并非水平，故不町按靜庫(kù)容方法計(jì)算；動(dòng)水容枳，除靜庫(kù)容外，還何一部分楔形蓄量。由這樣上翹的實(shí)際水面線與壩前水位水平線所構(gòu)成的容積為動(dòng)水庫(kù)容（即楔形蒂量），簡(jiǎn)稱〃動(dòng)庫(kù)容”。動(dòng)庫(kù)容曲線的繪制方法：在町能出現(xiàn)的洪水范闈內(nèi)擬定各種入庫(kù)流量，對(duì)某一入庫(kù)流量假定不同的壩前水位，根據(jù)水力學(xué)公式，推求出一組以入庫(kù)流量為參數(shù)的水面曲線，并計(jì)算相應(yīng)的庫(kù)容，計(jì)算至回水末端止，然后以水位為縱坐標(biāo)，以入庫(kù)流量為參數(shù)，以庫(kù)容為橫坐標(biāo)，繪制動(dòng)庫(kù)容曲線。水庫(kù)的特征水位和特征庫(kù)容反映水庫(kù)工作狀況的水位，稱為特征水位特征水位及其相應(yīng)庫(kù)容，體現(xiàn)行水斥利用和正常工作的各種特定要求,是規(guī)劃設(shè)計(jì)階段確定主要水工建筑物尺寸（如壩高、溢洪道寬度）及估算工程效益的基本依據(jù)這些特征水位和相應(yīng)庫(kù)容如卜:死 （Z死）和死庫(kù)容（V死）死水位：正常運(yùn)行情況下，允許水庫(kù)消落的最低水位。死水位以下的庫(kù)容，為死庫(kù)容死庫(kù)容，一般不能動(dòng)用；除非特殊干早年份，為保證緊要供水或發(fā)電，經(jīng)慎重研究，才允許臨時(shí)動(dòng)用死庫(kù)容部分存水正常蓄水位（ZM）和興利庫(kù)容（V興）止常蒂水位:指水庫(kù)在正常運(yùn)行的情況卜，為滿足興利部門枯水期的正常用水，在供水期開始時(shí)應(yīng)蒂到的水位。正常營(yíng)水位與死水位之間的庫(kù)容，是水庫(kù)實(shí)際町用于調(diào)節(jié)徑流的庫(kù)容，稱為“興利庫(kù)容”。正常常水位與死水位Z間的深度，稱為〃消落深度”。 一防洪限制水位（Z限）和結(jié)合庫(kù)容（V結(jié)）水庫(kù)在汛期洪水未到前允許眷水的上限水位，稱為“防洪限制水位”。這個(gè)水位以上的庫(kù)容，是作為滯售洪水的庫(kù)容，只有在發(fā)生洪水時(shí)，為了滯洪，水庫(kù)水位才允許超過(guò)防洪限制水位，當(dāng)洪水消退時(shí)，如汛期未過(guò)，水庫(kù)應(yīng)盡快泄洪，使水庫(kù)水位迅速回降到防洪限制水位。在進(jìn)行水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)根據(jù)洪水特性和水文預(yù)報(bào)條件，盡可能把防洪限制水位定在正常富水位之卜，騰出部分興利庫(kù)容以容納洪水，并在汛末攔蓄部分洪水尾巴以蓄滿興利庫(kù)容.在這種情況2防洪限制水位y正常蕃水位之問(wèn)的庫(kù)容，稱為“結(jié)合庫(kù)容”,兼做防洪與興利之用，以減少專門的防洪庫(kù)容。這樣，水庫(kù)溢洪道上裝設(shè)閘門是設(shè)置結(jié)合庫(kù)容的必要條件。防洪高水位（Z防）和防洪庫(kù)容（V防）當(dāng)水庫(kù)下游有防洪要求時(shí)，卜游防洪要求的設(shè)計(jì)洪水從防洪限制水位經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)后所達(dá)到的最高庫(kù)水位，稱為“防洪高水位”。它至防洪限制水位之間的庫(kù)容，稱為“防洪庫(kù)容”。設(shè)計(jì)洪水位（Z設(shè)）當(dāng)發(fā)生大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，從防洪限制水位經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)后所達(dá)到的壩前最高水位，稱為設(shè)計(jì)洪水位。校核洪水位（Z校）和調(diào)洪庫(kù)容（V調(diào)〉當(dāng)發(fā)生大壩校核標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)，水庫(kù)壩前所達(dá)到的最高水位，秋為“校核洪水位”。它至防洪限制水位之間的庫(kù)容，稱為“調(diào)洪庫(kù)容”。校核洪水位加上風(fēng)浪高及安全超高，便是壩頂?shù)母叱??？値?kù)容在防洪與興利部分結(jié)合的情況卜，水庫(kù)總庫(kù)容為V總二%+v興-V結(jié)+V調(diào)小型水庫(kù)，特別是溢洪道上不設(shè)閘門的水庫(kù)，正常器水位與防洪限制水位相同，沒有結(jié)合庫(kù)容，這時(shí)總庫(kù)容為V總譏+V興+V調(diào)第二節(jié)中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為了避免不合理的耗費(fèi)，一般不要求在將來(lái)水庫(kù)使用的全部時(shí)間內(nèi)都保證絕對(duì)正常用水；所以，確定水庫(kù)規(guī)模必須令一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)行的灌溉標(biāo)準(zhǔn)有以下兩種一一灌溉設(shè)計(jì)保證率和抗早天數(shù)灌溉設(shè)計(jì)保證率灌溉設(shè)計(jì)保證率，是當(dāng)前灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)采用的主要標(biāo)準(zhǔn)。它的育義是，在干旱期作物缺水情況卜，由灌溉設(shè)施供水抗早的保證程度，可用灌溉用水全部得到滿足的年數(shù)占計(jì)算總年數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示，即正常供水年數(shù)x100%總年數(shù)+1灌溉設(shè)計(jì)保證率，是規(guī)劃設(shè)計(jì)中一個(gè)極其重要的指標(biāo)，它反映需要工程供水的保證程度，直接影響工程規(guī)模及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，因此必須慎重對(duì)待，全而考慮政治、經(jīng)濟(jì)和對(duì)人民生活的影響，結(jié)合灌區(qū)的水利及土壤資源情況、作物種類、氣象水文條件、水量調(diào)節(jié)程度及國(guó)家對(duì)半地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)劃等因素分析決定。一般對(duì)灌溉設(shè)計(jì)保證率選用的情況是：南方地區(qū)比北方地區(qū)為高；自流灌溉比提水灌溉為高；遠(yuǎn)景規(guī)劃工程比近期工程為高；人型工程比小中型工程為高。對(duì)于一個(gè)具體水庫(kù)的規(guī)劃，往往是在灌溉面枳一定的情況卜，先根據(jù)上述原則確定灌溉設(shè)計(jì)保證率，然后再通過(guò)水文水利計(jì)算確定水庫(kù)興利庫(kù)容。有時(shí)，為了進(jìn)行方案比較及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證，還必須做出興利庫(kù)容■灌溉面積“灌溉設(shè)計(jì)保證率三變量關(guān)系曲線圖，作為選定灌溉設(shè)計(jì)保證率的參考。抗旱天數(shù)抗旱天數(shù)，是指依靠灌溉設(shè)施供水，可以抗御連續(xù)多少天無(wú)雨保豐收的天數(shù)。由丁無(wú)雨口的天數(shù)確定，確實(shí)有一定的困難，以及這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還不便于與其他用水部門的保證率標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照比較，一般人型灌區(qū)和綜合利用工程的設(shè)計(jì)中較少使用。第三節(jié)水庫(kù)水量損失及水庫(kù)死水位選擇1.水庫(kù)的水量損失水庫(kù)建成后，改變了天然河流的情況，形成人工湖泊，增加的蒸發(fā)損失和滲漏損失，統(tǒng)稱為“水庫(kù)水量的損失”。1）水庫(kù)的蒸發(fā)損失水庫(kù)的蒸發(fā)損失，是指由陸面面枳變?yōu)樗婷骅姿黾拥念~外蒸發(fā)最，以W蒸表示W(wǎng)蒸二（E水-E陸）A庫(kù)）V100%式中，W煎----年內(nèi)水庫(kù)的蒸發(fā)損失量，m>;己/或月強(qiáng)） 年內(nèi)水面（陸面）蒸發(fā)深度，mm：A庫(kù)一水庫(kù)計(jì)算而積，km2,即水庫(kù)實(shí)際水而面枳與建庫(kù)前水面面積之差。2）水庫(kù)的滲漏損失建庫(kù)后，由于水位抬高，水壓力增人，水苦中的曙水通過(guò)能透水的壩身、閘門、庫(kù)底及庫(kù)岸四周向外滲漏，其滲漏量的大小決定于庫(kù)區(qū)、壩址的地質(zhì)及水文條件與施工質(zhì)量。其值可根據(jù)水文地質(zhì)條件，參考已建水庫(kù)的實(shí)際滲漏資料，選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為估算滲漏損失的依據(jù)。水庫(kù)死水位的選擇在以灌溉為主的水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，一般是先確定死水位，然后通過(guò)興利調(diào)節(jié)計(jì)算，求得興利庫(kù)容和正常售水位。死水位選擇時(shí)，應(yīng)考慮的因素主要是：1） 保證自流灌溉必要的引水高程自流灌溉，水渠首的水面高程有一定要求，這個(gè)高程（即水庫(kù)放水建筑物的卜游水位）可根據(jù)灌區(qū)控制高程及引水渠的縱坡和渠道長(zhǎng)度推算而得。根據(jù)放水建筑物的型式（有壓涵管或無(wú)壓隧洞）進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，推求維持放水建筑物泄放渠道流量的最小水頭HnA,加上A點(diǎn)高程（即水庫(kù)放水建筑物的下游水位），就得到水庫(kù)死水位。2） 考慮水庫(kù)泥沙淤積的需要在河道上筑壩形成后，水深增大，水面坡度變緩，水流流速減小，水流挾沙能力降低，導(dǎo)致水流中的部分懸疑質(zhì)和推移質(zhì)泥沙在庫(kù)區(qū)內(nèi)沉淀，使水庫(kù)庫(kù)內(nèi)不斷淤枳。在含沙量較人的河流上修建水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流，必須考農(nóng)泥沙淤積對(duì)水庫(kù)效益的影響。在水土流失嚴(yán)重的地區(qū)興建中小型（特別是小型）水庫(kù)，如果事先沒有考慮泥沙問(wèn)題，后果可能導(dǎo)致水庫(kù)因泥沙淤滿而報(bào)廢。第四節(jié)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)1.水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算原理水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算，是指利用水庫(kù)的調(diào)蓄作用，將河川徑流洪水期（或豐水年）的多余水量蒂存起來(lái)，以提高枯水期（或枯水年）的供水最，滿足各興利部門的用水要求所進(jìn)行的計(jì)算，也就是水庫(kù)蒂水量變化過(guò)程的計(jì)算。水庫(kù)從“放空一一蓄滿一一放空”的循環(huán)時(shí)間，稱為“調(diào)節(jié)周期”。調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，將整個(gè)調(diào)節(jié)周期劃分為若干個(gè)計(jì)算時(shí)段，按口寸段進(jìn)行水量平衡計(jì)算。水庫(kù)的時(shí)段水量平衡方程是：在任何一個(gè)時(shí)段內(nèi)，進(jìn)入水庫(kù)的水量和流出水庫(kù)的水量之差，等于水庫(kù)在這一時(shí)段內(nèi)蓄水量的變化。對(duì)于某一時(shí)段At的水庫(kù)水量平衡方程可用下式表示：AV=（QA-（l|B）At計(jì)算時(shí)段，町根據(jù)調(diào)節(jié)周期的長(zhǎng)短及徑流和用水變化的劇烈程度而定。根據(jù)水量平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算的方法，可以分為“時(shí)歷法”和“數(shù)理統(tǒng)計(jì)法”。時(shí)歷法，是根據(jù)過(guò)去按時(shí)歷順序的流最資料進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，再將調(diào)節(jié)后的調(diào)節(jié)流最、水庫(kù)水位、庫(kù)容的多年變化情況，繪制成相應(yīng)的頻率曲線，再供設(shè)計(jì)選擇，也就是先調(diào)節(jié)后頻率統(tǒng)計(jì)的方法。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，是先將流量系列進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，用統(tǒng)計(jì)特征值來(lái)描述徑流系列的多年變化，再按照概率論原理和水量平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，獲得調(diào)節(jié)流量、多余、不足水量及水庫(kù)希水等多年變化情況，以供決策，也就是先頻率統(tǒng)計(jì)后調(diào)節(jié)計(jì)算的方法。2-徑流調(diào)節(jié)的分類1） 按調(diào)節(jié)周期長(zhǎng)短分日調(diào)節(jié)河川徑流在一晝夜間的變化基本上是均勻的，而某些部門的用水（如發(fā)電、灌溉等）則在白天和夜晚差異共人。有了水庫(kù)，就可把當(dāng)天負(fù)荷少時(shí)的多1商水量調(diào)用到負(fù)荷多時(shí)。其調(diào)節(jié)周期為一天。年調(diào)節(jié)河川徑流在豐水期和枯水期的水量相差懸殊；而用水部門如發(fā)電、灌溉等，在枯水期水最不足，豐水期過(guò)剩。這就要求在一年內(nèi)進(jìn)行天然徑流的重新分配，這種分配稱為“年調(diào)節(jié)或季調(diào)節(jié)”。其調(diào)節(jié)周期為一年。多年調(diào)節(jié)針對(duì)的是豐水年和枯水年相對(duì)于一定的河流來(lái)說(shuō)，如果蒂水容積越大，它調(diào)節(jié)的周期就越長(zhǎng)，調(diào)節(jié)徑流的程度也越完善。多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)可同時(shí)進(jìn)行年調(diào)節(jié)和日調(diào)劑。2） 按徑流利用程度來(lái)分類完全年調(diào)節(jié)將設(shè)計(jì)年內(nèi)全部來(lái)水最完全按用水要求重新分配而不發(fā)生棄水的徑流調(diào)節(jié)不完全調(diào)節(jié)僅能存蓄豐水期部分多余水量的徑流調(diào)節(jié)完全調(diào)節(jié)和不完全調(diào)節(jié)，是相對(duì)的。例如，對(duì)同一水庫(kù)而言，可能在一般年份能進(jìn)行完全調(diào)節(jié)，而在豐水年發(fā)生棄水。第五節(jié)年調(diào)節(jié)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算興利調(diào)節(jié)計(jì)算所要解決的問(wèn)題是：人來(lái)水、用水及灌溉設(shè)汁保證率一定的怙況卜，計(jì)算所需要的興利庫(kù)容（本章介紹的內(nèi)