項目四小型水庫概述水庫由擋水壩、溢洪道、放水建筑物三部分組成，通常稱為水庫的“三大件”。擋水壩是橫攔河道的擋水建筑物，用以攔蓄水量，抬高水位。溢洪道是排泄洪水的建筑物，保證大壩平安。放水建筑物包括放水洞和放水設備兩部分。蓄水量在10000萬立方米以上為大型水庫，1000萬立方米至10000萬立方米為中型水庫，1000萬立方米以下為小型水庫。（壩高30米以下）一、庫址選擇庫址選擇是水庫工程中事關全局的問題，應從經濟、平安、合理等方面考慮。應留意以下幾個問題：1、地形要口小肚大。2、有適宜的集水面積。3、壩址和庫址地質良好，基礎穩固，無下陷狀況。4、庫址靠近灌區且比灌區高。5、壩址旁邊要有足夠和適用的建筑材料。6、壩址旁邊要有適宜開挖溢洪道的山埡。7、水庫上游宜草木豐茂。二、地質調查1、調查庫區、壩址區的巖石種類、性質、分布規律及巖石的透水條件。2、調查庫區、壩址區范圍內的地質構造。巖石的產狀。巖石的節理發育。3、調查庫區、壩址區的水文地質特征，在壩基處最好沒有承壓水或高承壓水。三、地形測量（一）壩址地形測量壩址地形測量是為了正確設計樞紐建筑物和估算工程量。范圍包括壩身、溢洪道及放水洞等，比例尺用1：1000－1：2000。（二）集水面積測量集水面積是指向水庫里匯合雨水徑流的面積，又叫流域面積。它是估計水庫蓄水量和洪水量的主要依據之一。（求積儀法、方格法、閱歷公式法、梯形法）（三）庫容測量與計算庫容測量在于繪出水庫的水位－－庫容關系曲線，為設計供應依據。（等高線法和橫斷面法）（四）建筑材料調查建筑材料是確定壩型、工程造價、施工方法的主要因素。三、地形測量（五）水文資料的搜集與調查1、徑流資料多年平均降雨量、多年平均徑流深、年徑流系數、徑流年內支配及蒸發量，作為計算有效庫容和水庫調整計算的依據。2、泥沙資料作為計算死庫容的參考。3、洪水資料作為設計溢洪道的參考。（六）流域覆被、沉沒遷移及社會經濟調查1、調查庫區林木生長、山坡陡緩狀況，為確定年徑流系數、暴雨徑流系數供應資料。2、調查水庫庫區內的田地、成材林木及其他建筑物，作為計算沉沒損失的依據。3、調查灌區面積，灌區原有水利設施在水庫興建后如何協作運用，以及灌水定額、澆灌定額、灌水次數、用水時間、灌區土壤種類、滲漏狀況等。4、了解灌區主要農作物種類、面積、生長期、耕作制度等，了解灌區人口、勞力、車輛、工具及建筑材料的遠近、運輸條件和各種材料的單價等。分項目一水庫的特征曲線和特征水位的繪制一、水庫的特征曲線水庫的特征曲線是用以描述水庫庫區地形特征的重要曲線，包括水庫面積曲線和水庫容積曲線。（一）水庫面積曲線水庫建成后，隨著水庫水位不同，水庫的水面面積也不同，這個水位與面積的關系曲線簡稱為水庫面積曲線。水庫面積曲線的繪制可依據庫區地形圖進行。相應每一高程有一等高線和壩軸線間圍成的面積。（二）水庫容積曲線表示水庫各種水位與庫容之間關系的曲線稱為水庫容積曲線。為了精確起見，可接受棱臺體積公式：二、水庫的特征水位1、設計低水位（死水位）（H低）保證放水建筑物泄放渠道設計流量的最低水位；同是時滿足水庫泥沙淤積、發電、養魚等多方面的要求。設計低水位以下的庫容稱為死庫容。2、設計蓄水位（H設）在設計狀況下，蓄水至滿庫時的水位稱為設計蓄水位。（V興）3、設計洪水位（H洪）在設計狀況下，當水庫遭遇到設計洪水溢洪時所達到的最高水位。它是設計壩高的依據。（V防）4、校核洪水位（H校）在設計狀況下，當水庫遭遇到比設計洪水更大的校核洪水溢洪時所達到的最高水位稱為校校核洪水位。（V超）水庫總庫容：V總＝V死＋V興＋V防＋V超特征水位①正常蓄水位，指水庫在正常運用狀況下，允許為興利蓄到的上限水位。它是水庫最重要的特征水位，確定著水庫的規模與效益，也在很大程度上確定著水工建筑物的尺寸。②死水位，指水庫在正常運用狀況下，允許消落到的最低水位；③防洪限制水位，指水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，通常多依據流域洪水特性及防洪要求分期擬定。進行水庫調洪計算時，可以此水位作為起算水位。④防洪高水位，指下游防護區遭遇設計洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位;⑤設計洪水位，指大壩遭遇設計洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位；⑥校核洪水位，指大壩遭遇校核洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位。特征庫容特征庫容：相應于某一水庫特征水位以下或兩個特征水位之間的水庫容積。主要的特征庫容有：①死庫容，指死水位以下的水庫容積。②興利庫容，亦稱調整庫容，指正常蓄水位至死水位之間的水庫容積。③防洪庫容，指防洪高水位至防洪限制水位之間的水庫容積。

④調洪庫容，指校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積。⑤重疊庫容，指正常蓄水位至防洪限制水位之間的水庫容積。這部分庫容既可用于防洪，也可用于興利。防洪庫容與興利庫容完全重疊時，正常蓄水位即為防洪高水位。防洪庫容與興利庫容完全分開時，正常蓄水位即為防洪限制水位。⑥總庫容，指校核洪水位以下的水庫容積。它是劃分水庫等級的主要依據之一?；炷林亓危▌⒓覎{水庫）重力壩（土壩）重力式拱壩拱水壩高橡膠壩混凝土連拱壩支墩壩死庫容和死水位的確定以澆灌為主的小型水庫，死庫容主要滿足兩個要求：一、死水位應保證水庫自流澆灌死水位即設計低水位,主要是由灌區高程限制條件所確定。由澆灌區規劃可推算出渠首設計引水高程，也就是放水建筑物的下游水位。見圖8-8上的B點高程。然后加上泄放渠道設計流量時放水建筑物所必需的最小水頭Hmin，即可得到設計低水位。在規劃階段，Hmin可依經濟指標估計，在技術設計階段，則應依據渠道設計流量及放水建筑物的形式、尺寸進行具體的水力學計算推出。在特枯年份的抗旱季節，往往不能按正常流量放水，只要水庫有水就應盡量泄放，故設計低水位以下到放水建筑物進口底檻A點高程之間的水庫庫容也是可以利用的。真正的死庫容是放水建筑物進口底檻高程以下的那部分無法自流的庫容。(見下圖）二、死庫容應滿足泥沙淤積的要求以澆灌為主的水庫，主要要求滿足上述的條件。但對于多沙性河流，必需校核死庫容能否滿足泥沙淤積的要求。一般小型水庫可按下列3種方法計算年淤積量及水庫運用年限。（一）當有泥沙觀測資料時1.年淤積量計算公式式中：Vm,0——多年平均年淤積量，m3/a；ρ0——多年平均含沙量，kg/cm3；ω0——多年平均年徑流總量，m3；m——庫中泥沙沉積率；ρ——淤積體之孔隙率ρ=0.3～0.4；γs——淤積體積的重量，kg/m3。該式僅對懸移質而言，若推移質所占比重較大，應進行特地的計算。2.水庫運用年限T計算公式式中：V死——水庫擬定的死庫容。（二）當無泥沙觀測資料時1.懸移質多年平均輸沙量的估算（1）參證站水文比擬法當水庫所在河流無實測泥沙資料時，可選擇一個氣候、土壤、植被、地形、水文地質等舊然地理特征相像的參證流域來估算本水庫壩址以上流域的懸移質輸沙量。式中：R0——本流域多年平均年懸移質輸沙量，t；γ0參——參證流域多年平均年懸移質輸沙模數，t/km2；F——本流域集水面積，km2。

（2）閱歷公式法一些地區的觀測資料證明，懸移質輸沙量與河床平均比降、年徑流總量及侵蝕系數有關，可列出如下的閱歷公式：式中：J——河床平均比降；ω0——多年平均徑流總量，m3；α——侵蝕系數，一般可按下列資料選取。沖刷極微的流域α=0.5～1.0沖刷略微的流域α=1～2沖刷中等的流域α=2～6沖刷極強的流域α=6～10（3）查等值線圖查各省水文手冊中繪制的多年平均侵蝕模數等值線圖.可得值，代替（8—5）式中γ0參，計算多年平均輸沙量（t/a）。2.推移質多年平均輸沙量的估算一般按推移質與懸移質有確定比例關系估算，即：式中：S0——多年平均年推移質輸沙量，t/a；R0——多年平均年懸移質輸沙量，t/a；β——推移質輸沙量與懸移輸沙量的比值，在一般狀況下，β可接受下列數值：平原地區河流β=0.01～0.05丘陵地區河流β=0.05～0.15山區河流β=0.15～0.303.年淤積量及水庫淤積年限的估算年淤積量式中：Wm,o——平均年淤積量，t/a；

m——庫中泥沙沉積率。淤積年限為：式中：T——淤積年限，a；

V墊——擬定的死庫容，m3；

γd——淤沙體的干容重，t/m3，一般取1.1～1.3t/m3。（三）用壩前淤高估算水庫運用年限水庫泥沙實際淤積狀況，并不是首先在墊底庫容中淤積，然后在興利庫容中淤積。由于入庫水流流速漸漸減小，水流挾帶的大粒徑泥沙（如卵巖、礫石等）首先在庫尾淤積，形成所謂“翹尾巴”的現象，接著是粗沙、細沙淤積，到壩前粒徑很細的泥沙也沉積下來，形成了從庫尾到壩前的“淤積帶”，見圖8-9所示（258頁），當壩前泥沙淤積高程達到取水口高程時，取水口已起先被泥沙堵塞，水庫無法再發揮興利調整作用。因此，壩前泥沙淤積高度確定了水庫的運用年限。壩前淤積高度的計算，可接受參證站水文比擬法：式中：h1——設計水庫壩前年平均淤高，m/a；h2——參證水庫壩前平均淤高，m/a；F1——設計水庫流域面積，km2；F2——參證水庫流域面積，km2；V1蓄——設計蓄水庫容，即興利庫容與死庫容之和。以萬m3或億m3計；V2蓄——參證水庫的設計蓄水庫容，以萬m3或億m3計；m，n——指數。一般m=1.38，n=1.29。水庫運用壽命按下式計算：式中：h——壩前取水口以下水深，m。在設計低水位及壩前取水口以下水深已知時，可用上述諸公式求出年淤積量及運用年限。一般小型水庫的淤積年限可考慮為20～50年。假如所設計的死庫容不能滿足淤積要求，還應抬高設計低水位及取水口高程，增加死庫容或壩前取水口以下水深。分項目二水庫興利調整計算及設計蓄水位的確定設計低水位選定以后，就可依據水庫來水及用水資料進行興利調整計算，求出興利庫容，依據水庫容積曲線，就可換算成設計蓄水位。若澆灌面積大，自然徑流量小，則還有一個經濟比較的問題，即先擬定幾個方案進行調整計算，選擇出經濟合理的澆灌面積，從而定出設計蓄水位。一、水庫的調整性能由對水庫的來水和用水的特性分析可知，來水和用水之間，往往不相適應，這種不適應性，有的反映在1年之內，如有的月份來水遠遠大于用水，有的月份來水小于用水，但整個年的來水量還是能滿足年用水量要求；有的則不僅在年內，同時還存在于年與年之間，即豐水年的年來水量大于年用水量，而枯水年的年來水量小于年用水量。為了滿足用水部門確定設計保證率下的用水要求，對于前一種狀況，只要對徑流的年內變更按用水要求作重新支配便可解決，這種調整周期不超過1年的調整稱為年調整；對后一種狀況，不但要對徑流的年內變更，而且要對年與年之間的徑流變更按用水量要求進行重新支配才能解決，此時徑流調整周期超過1年，這種稱為多年調整。如圖表示某水庫來水W和用水M的頻率曲線，二線在S點相交，其交點所對應的頻率為Ps。若來水與用水呈函數關系，當水庫的設計保證率P設1<Ps，則年來水量大于年用水量，只需進行年調整就可解決問題。若水庫的設計保證率P設2>Ps，則年來水量小于年用水量，要滿足枯水年份的用水，僅對該枯水年的徑流年調整已不符合要求，必需對徑流進行多年調整。S點稱為完全調整點。調整計算所須要解決的問題是：在來水、用水及澆灌設計保證率已定的狀況下，計算所需的興利庫容。有時也可以在興利庫容已知時，求水庫在澆灌設計保證率下的供水實力（澆灌面積）或在供水實力（澆灌面積）確定的狀況下，所能達的設計保證率。二、年調整水庫（一）調整計算原理調整計算的原理是把調整周期分為若干計算時段，并按時序進行逐時段的水庫水量平衡計算，則可求得水庫的蓄泄過程及所需的興利庫容。對于某一時段△t的水庫水量平衡方程可由下式表示式中：△V——計算時段出內水庫蓄水量的增減值，蓄水量增加時為正，蓄水量減小時為負；Q入——計算時段出內流入水庫的流量（即來水量）q出——計算時段△t內從水庫流出的流量（包括各用水部門的用水量和各種水量損失，如蒸發、滲漏等，有時還有棄水或冰凍）。計算時段△t的長短，對計算精度有確定影響，對年調整計算來說，一般可取1個月為一個計算時段，有時在來水量變更較大或澆灌用水量變更較大時，可取半月或一旬作為一個計算時段，精度要求高，則時段就要劃分短些。在具體計算時，一般是從蓄水期（來水大于用水，有余水蓄在水庫里）起先作為調整計算的起點，也就是說，調整計算是按調整年度進行的，所謂調整年度，就是水庫從蓄水期起先作為調整年度的起點，水庫蓄滿后又經供水期將水庫放空為調整年度的終結（也是下一調整年度的起先）。這樣閱歷的1年稱為調整年，它不是按從1月1日到12月31日為1年的日歷年。下圖為水庫運用一次的狀況，圖中Q—t代表來水過程，q—t代表用水過程，也就是說，水庫在一個調整年度內，充溢一次，泄空一次。在這種狀況下，V2（圖中陰影部分面積）是惟一的來水不足量，只要水庫能蓄這么多水，就能保證這一年用水須要，故水庫興利庫容為V=V2。下圖為水庫運用兩次的狀況，在左圖中的狀況，V1>V2，V3>V4，即每次的余水都超過了每次的不足水量，水庫的兩次運用是獨立的，不相互影響，因此，水庫的興利庫容應取兩個不足水量中的較大者，即V=V4。只要興建興利庫容等于V4的水庫，就能保證水庫在兩次運用中都能滿足用水要求。而對于右圖中的狀況，V1>V2，V3<V4，明顯，由于V3<V4，要滿足V4時期的用水要求，必需事先存蓄一部分