1、第二章 興利調(diào)節(jié)四川水利職業(yè)技術(shù)學院 史雯雨第一節(jié) 水庫特性第二節(jié) 興利調(diào)節(jié)分類第三節(jié) 設(shè)計保證率第四節(jié) 設(shè)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)的概率法第一節(jié) 水庫特性一、水庫的特性曲線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(guān)系曲線和水庫水位與容積關(guān)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(二)水庫容積特性曲線特征水位：水庫工程為完成不同任務(wù)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水位。特征庫容：相應(yīng)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(yīng)的庫容體現(xiàn)

2、了水庫利用和正常工作的各種特定要求，是規(guī)劃設(shè)計階段確定水工建筑物尺寸（如壩高、溢洪道寬度）及估算工程效益的基本依據(jù)。 二、水庫的特征水位和特征庫容 (一)死水位Z死和死庫容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(shè)計興利要求而在開始供水時應(yīng)蓄到的高水位。又稱正常高水位或設(shè)計興利水位。它決定水庫的規(guī)模、效益和調(diào)節(jié)方式。 興利庫容（調(diào)節(jié)庫容）：正常蓄水位與死水位間的庫容，用以調(diào)節(jié)徑流，提

3、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)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(jié)合，從而減小專用防洪庫容。防洪高水位：當遇下游防護對象的設(shè)計標準洪水時，水庫為控制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(wù)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：當汛期各時段具有不同的防洪限制水位時，防洪

4、庫容指最低的防洪限制水位與防洪高水位之間的庫容。 （四）防洪高水位（Z防）和防洪庫容（V防）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(shè)計中，根據(jù)水庫及水文特性，防洪庫容和興利庫容有完全重疊、部分重疊、不重疊（防洪限制水位與正常蓄水位處于同一高程）三種形式。 圖2-3圖2-4設(shè)計洪水位:水庫遇大壩設(shè)計洪水時，在壩前達到的最高水位。它是正常運用情況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

5、）Z限與Z設(shè)洪 之間的庫容。 （五）設(shè)計洪水位（Z設(shè)洪）和攔洪庫容（V攔） （六）校核洪水位（Z校洪）和調(diào)洪庫容（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：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。 （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、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。

6、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。按總庫容把水庫劃分為五級安全超高放水管死水位正常蓄水位校核洪水位設(shè)計洪水位死庫容興利庫容結(jié)合庫容攔洪庫容調(diào)洪庫容防洪限制水位防洪庫容防洪高水位(一)蒸發(fā)損失 W蒸=（E水-E陸）F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； F年水庫計算面積，km2，即水庫實際水面面積與建庫 前水面面積之差。三、水庫的水量損失(二)滲漏損失 1通過壩身及水工建筑物止水不嚴實處2通過壩基及繞壩兩翼的滲漏損失3由壩底、庫邊流向較低

7、滲水層的滲漏損失(三)結(jié)冰損失 1、分類a.三角洲淤積。 b.帶形淤積。 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年汛前河底線四、水庫淤積 2、水庫淤積的不良后果1234a.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c.泥沙進入引水渠或水輪機等，導(dǎo)致渠系淤積及水輪機、泄流設(shè)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、水庫淤積的計算（庫容淤積法） 4、防止或減輕水

8、庫淤積的措施a.做好上游水上保持工作。b.中小型水庫采用長藤結(jié)瓜式工程布局。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五、水庫的淹沒和浸沒12345耕地鹽堿化、形成局部沼澤地、惡化衛(wèi)生條件水庫蓄水后，淹沒土地、森林、村鎮(zhèn)、交通、電力和通訊設(shè)施及文物古跡，城市建筑物抬高地下水位，樹木死亡、旱田作物受澇增加礦井積水，使原有工程建筑物的基礎(chǔ)產(chǎn)生坍陷引起庫周塌岸，毀壞農(nóng)田和居民點、減小水庫容積第二節(jié) 興利調(diào)節(jié)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的完整的蓄放過程。（一）日調(diào)節(jié) （二）周調(diào)節(jié) （三）年

9、調(diào)節(jié) （四）多年調(diào)節(jié) 二、按水庫任務(wù)分類 單一任務(wù)徑流調(diào)節(jié)、綜合利用徑流調(diào)節(jié)三、按水庫供水方式分類 固定供水、變動供水四、其它分類 反調(diào)節(jié)、單一水庫補償調(diào)節(jié)、水庫群補償調(diào)節(jié)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第三節(jié) 設(shè)計保證率一、工作保證率和設(shè)計保證率 保證率：水利水電部門的正常工作的保證程度，稱為工作保證率。 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(shè)=正常工作年數(shù)/（總運行年數(shù)+1）100%歷時保證率：指多年期間正常工作歷時占總歷時的百分比 。 年保證率與歷時保證率之間的轉(zhuǎn)換： 采用哪種形式計算工作保證率，視用水特性、水庫調(diào)節(jié)性能及設(shè)計要求等

10、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。二、設(shè)計保證率的選擇 （一）水電站的設(shè)計保證率裝機容量小于25000 kW的小型水電站，設(shè)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(shè)計保證率，常與灌溉設(shè)計保證率取同值；大、中型水電站的設(shè)計保證率可參照表2-2選值。 表2-2 水電站設(shè)計保證率系統(tǒng)中水電站容量比重（%）25以下255050以上水電站設(shè)計保證率（%）809090959598 （二）灌溉設(shè)計保證率灌溉設(shè)計保證率：指在干旱期作物缺水情況下，由灌溉設(shè)施供水抗旱的保證程度。灌溉設(shè)計保

11、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(shè)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抗旱天數(shù):指依靠灌溉設(shè)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(shè)和一些小型灌區(qū)的規(guī)劃設(shè)計中是常被采用的。 在F一定的情況下，P灌越高，所需V興越大； 在P灌一定的情況下，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。 （三）供水設(shè)計保證率采用較高的設(shè)計保證率，一般按年保證率取值范圍為95%99%，

12、大城市和重要工礦區(qū)取較高值。 （四）通航設(shè)計保證率通航設(shè)計保證率一般指最低通航水位的保證程度，以計算時期內(nèi)通航獲得滿足的歷時百分率表示。第四節(jié) 設(shè)計代表期設(shè)計枯水年 P設(shè)設(shè)計中水年 50%設(shè)計豐水年 1- P設(shè) 一、設(shè)計代表年徑流式水電站的設(shè)計代表年的徑流資料，要給出日平均流量過程線。年調(diào)節(jié)水電站，劃分各年一致的供水期，計算各年供水期天然水量并繪出供水期水量的頻率曲線，查出供水期水量保證值及相應(yīng)的年份。 二、設(shè)計多年徑流系列（一）設(shè)計枯水系列 T破 = n - P設(shè)（n + 1）在實測資料中選出最嚴重的連續(xù)枯水年組，從該年組最末一年起逆時序扣除允許破壞年數(shù)T破，余下的即為所選的設(shè)計枯水系列。代

13、表中等來水條件下的平均興利情況系列連續(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(yīng)等于或接近于多年平均值；系列應(yīng)包括枯水年、中水年、豐水年，它們的比例關(guān)系與長系列大體相同，使設(shè)計中水系列的年徑流變差系數(shù)Cv與長系列的相近。 （二）設(shè)計中水系列第五節(jié) 興利調(diào)節(jié)計算興利調(diào)節(jié)計算：利用水庫重新分配天然徑流所進行的計算。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。基本課題: 已知來水、用水和P設(shè)，求V興； 已知來水、 V

14、興和P設(shè)，求Q調(diào)； 已知來水、 V興和P設(shè)，求按照一定的運用方式，水庫的運用過程（Q調(diào)t或Z t）。第六節(jié) 興利調(diào)節(jié)時歷列表法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（月或旬）的水量平衡計算，求得水庫蓄泄過程和興利庫容。用頻率計算求出設(shè)計的興利庫容。代表期法用設(shè)計代表期的徑流代替長系列徑流進行調(diào)節(jié)計算的簡化方法。 一、根據(jù)用水過程確定水庫興利庫容（一）不計水量損失的年調(diào)節(jié)列表計算根據(jù)圖可知水庫：死庫容為50106m3興利庫容152.29106m3W年=1104.60106m3=V興/ W年=13.8%（二）考慮水量損失的年調(diào)節(jié)列表計算 簡化計算方法：（1）不

15、計水量損失算V興，V興/2+V死=V年平均（2）計算年損失水量，平均分配在每月（3）V興+V供損=V興1 結(jié)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(shè)計枯水年供水期調(diào)節(jié)流量（多年調(diào)節(jié)時為設(shè)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(shè)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。 水庫運用情況分析水庫的蓄泄過程稱為水庫運用，在整個

16、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2.兩回運用V1V2，V3 V4 則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-V33.多回運用主要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。C=在水庫規(guī)劃設(shè)計階段常擬定若干個正常蓄水位為不同的比較方案。進行方案比較時必須針對任一正常蓄水位初定死水位，得出其相應(yīng)的興利庫容，并根據(jù)已

17、知興利庫容推求其供水期調(diào)節(jié)流量及其它效益指標，以供方案比較。 注意： 1.水庫調(diào)節(jié)性能問題。 2.劃定蓄、供水期的問題。二、根據(jù)興利庫容確定調(diào)節(jié)流量對于年調(diào)節(jié)水庫供水期開始時刻應(yīng)該是天然流量開始小于調(diào)節(jié)流量，終止時刻則應(yīng)是天然流量開始大于調(diào)節(jié)流量之時。【例2-1】1、判定水庫調(diào)節(jié)性能（1） 根據(jù)庫容系數(shù)初步認定為年調(diào)節(jié)水庫（2）計算V完與V興比較，判定水庫是年調(diào)節(jié)水庫2、按已知興利庫容確定調(diào)節(jié)流量（試算法）3、計算調(diào)節(jié)系數(shù)三、根據(jù)既定興利庫容和水庫操作方案推求水庫運用過程水庫運用過程，主要內(nèi)容為確定庫水位、下泄量和棄水等的時歷過程，進而計算、核定工程的工作保證率。定流量操作定出力操作第七節(jié) 興

18、利調(diào)節(jié)時歷圖解法一、水量累積曲線和水量差積曲線 圖2-13 流量過程線和水量累積曲線（一）水量累積曲線圖2-14 水量累積曲線及其流量比尺水量累積曲線的主要特征：水量累積曲線的主要特征：（1）曲線上任意A、B兩點的縱坐標差值表示tA至tB時段期間的水量（2）任意兩點連線與橫軸夾角的正切表示時段內(nèi)的平均流量（3）水量累計曲線上的任意一點的切線斜率表示該時刻的瞬時流量（4）天然徑流不會是負值，故水量累計曲線呈現(xiàn)逐時上升狀（二）水量差積曲線水量差積曲線及其流量比尺水量差積曲線的主要特征：（1）差積曲線有升有降，QQ定時，曲線上升， QQ定時，曲線下降（2）差積曲線任意兩點的縱坐標差，等于該兩點之間流過的水量與Q定在同期內(nèi)流過的水量之差。（3）差積曲線上任意兩點連線的斜率，為該兩點之間的平均流量與Q定的差。（4）平移過程中性質(zhì)（2）、（3）不變做來水的差積曲線 做用水的差積曲線平移用水差積曲線與來水差積曲線外切于M平移用水差積曲線與來水差積曲線在M點的右下方切于N，兩條平行線的垂線截距即為興利庫容。水量差累積曲線的特征789101112123456 (1)曲線向上，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。 （4）曲線上供水期內(nèi)上下兩