水利计算兴利调节计算.ppt

1水库兴利调节计算水库兴利调节计算摘摘 要要兴利调节兴利调节是水库针对用水部门（如灌溉、发电、给水、是水库针对用水部门（如灌溉、发电、给水、航运等）的需要而进行的调节在规划设计阶段，根据航运等）的需要而进行的调节在规划设计阶段，根据水库的来水，在一定的兴利用水和供水保证率的要求下，水库的来水，在一定的兴利用水和供水保证率的要求下，经调节计算就可求得水库的兴利库容经调节计算就可求得水库的兴利库容2水库兴利调节计算水库兴利调节计算• 目录目录•第一节水库及其特性第一节水库及其特性•第二节水库的设计标准和设计保证第二节水库的设计标准和设计保证率率•第三节径流调节的作用及分类第三节径流调节的作用及分类•第四节径流调节原理第四节径流调节原理•第五节径流调节时历列表法第五节径流调节时历列表法•小结小结3第一节水库及其特性第一节水库及其特性一、水库特性曲线一、水库特性曲线水库水库：指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑：指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水的人工湖泊物形成蓄集水的人工湖泊。

水库作用：水库作用：拦蓄洪水，调节河川天然径流和集中拦蓄洪水，调节河川天然径流和集中落差水库类型：水库类型：河道型、湖泊型河道型、湖泊型4•水库特性曲线：水库特性曲线：反映水库地形特征的曲线反映水库地形特征的曲线•က က •水库水位～面积关系曲线水库水位～面积关系曲线，简称为水库面积曲线简称为水库面积曲线•定义：水库面积曲线是指水库蓄水位与相应水面面定义：水库面积曲线是指水库蓄水位与相应水面面积的关系曲线面积曲线反映了水库地形的特性积的关系曲线面积曲线反映了水库地形的特性•က က •水库水位～容积关系曲线水库水位～容积关系曲线，简称为水库容积曲线简称为水库容积曲线•定义：它是水库面积曲线的积分曲线，即库水位与定义：它是水库面积曲线的积分曲线，即库水位与累积容积的关系曲线，也称为水库库容曲线累积容积的关系曲线，也称为水库库容曲线5•（一）水库面积曲线•绘制：一般可根据l/10000～l/5000比例尺的库区地形图，•用求积仪(或按比例尺数方格)计算不同等高线与坝轴线所围成的水库面积(高程的间隔可用l,2或5m)，然后以水位为纵座标，以水库面积为横坐标，点绘出水位～面积关系曲线，如下图所示 67•（二）水库容积曲线（二）水库容积曲线•绘制：首先将水库面积曲线中的水位分层，其次，自河底向上逐层计算各相邻高程之间的容积。

水库容积特性和面积特性图8•（二）水库容积曲线•假设水库形状为梯形台，则各分层间容积计算公式为：•或较精确公式•　•式中,•△V——相邻高程间库容（m3）; △Z——高程间距（m）•Fi、Fi+1————相邻两高程的水库水面面积m2）•自下而上按依次叠加，即可求出各水位对应的库容， 910•（二）水库容积曲线•水库总库容的大小是水库最主要指标通常按此值的大小，•把水库划分为下列五级：• • 大Ⅰ型————大于l0亿m3；• 大Ⅱ型————l～10亿m3；• 中型————0.1～l亿m3；• 小Ⅰ型————0.01～0.1亿m3；• 小Ⅱ型————小于0.01亿m311•水库容积的计量单位:•က • m3 (m3/s)··Δt•用(m3/s)··Δt表示主要是为了能与来水的流量单位直接对应，便于调节计算Δt是单位时段，可取月、旬、日、时•如1(m3/s)··月表示1m3/s的流量在一个月（每月天数计为30.4天）的累积总水量，即•1 (m3/s)··月＝30.4×24×3600＝2.63×106 m312（二）水库容积曲线（二）水库容积曲线•静库容：静库容：在假定入库流量为零时，蓄在水库内的水体为静止(即流速为零)时，所观察到的水静力平衡条件下的自由水面。

•动库容：动库容：如有一定入库流量(水流有一定流速)时，静库容相应的坝前水位水平线坝前水位水平线以上与洪水的实际水面线之间洪水的实际水面线之间包含的楔形库容楔形库容称为动库容•动库容曲线：动库容曲线：以入库流量为参数的坝前水位与计入动库容的水库容积之间的关系曲线•က13•设计要求：设计要求：• 一般情况下，按静库容进行径流调节计算，精度已能满足要求•က • 但在需详细研究水库回水淹没和浸没回水淹没和浸没问题问题或梯级水库衔接情况时应考虑回水影响•က • 对于多沙河流，泥沙淤积对库容有较大影响，应按相应设计水平年和最终稳定情况下的淤积量和淤积形态修正库容曲线14动库容的计算：动库容的计算：回水曲线法和近似法回水曲线法和近似法1. 首先假定某一入库流量Q1和若干坝前不同水位，根据水力学公式，求出一组水面曲线； 2. 将水库分段，求出每段相应于回水曲线的平均水位位置根据位置确定面积，这样就可以求出不同回水曲线每段的容积 3. 将各段库容相加，得到以某一入库流量为参数的总的动库容曲线15二、水库的特征水位及其相应库容二、水库的特征水位及其相应库容•水库特征水位：水库特征水位：•表示水库工程规模及运用要求的各种库水位。

•确定依据：确定依据：• 它们是根据河流的水文条件、坝址的地形地质条件和各用水部门的需水要求，通过调节计算，并从政治、技术、经济等因素进行全面综合分析论证来确定的• • 这些特征水位和库容各有其特定的任务和作用，体现着水库运用和正常工作的各种特定要求；也是规划设计阶段，确定主要水工建筑物尺寸，估算工程投资、效益的基本依据16（一）死水位和死库容（一）死水位和死库容•死水位：死水位：水库在正常运用水库在正常运用•情况下，允许消落的最低情况下，允许消落的最低•水位•死库容：死库容：死水位以下的水死水位以下的水•库容积•确定死水位的主要因素：确定死水位的主要因素：•（（1 1）保证水库有足够的能）保证水库有足够的能•发挥正常效用的发挥正常效用的使用年限使用年限•( (俗称水库寿命俗称水库寿命) )，特别应，特别应•考虑部分库容供泥沙淤积考虑部分库容供泥沙淤积•（（2 2）保证水电站所需要的）保证水电站所需要的•最低水头最低水头和自流灌溉必要和自流灌溉必要•的的引水高程引水高程•（（3 3）库区航运和渔业的要）库区航运和渔业的要•求死水位17•（二）正常蓄水位和兴（二）正常蓄水位和兴利库容利库容•正常蓄水位：正常蓄水位：在正常运用在正常运用•条件下，水库为了满足设计条件下，水库为了满足设计的兴利要求，在开始供水时的兴利要求，在开始供水时应蓄到的水位。

应蓄到的水位•兴利库容：兴利库容：正常蓄水位到正常蓄水位到•死水位之间的库容，又称调死水位之间的库容，又称调节库容或有效库容节库容或有效库容•消落深度：消落深度：正常蓄水位与正常蓄水位与•死水位之间的深度，又称为死水位之间的深度，又称为工作深度工作深度•က က •溢洪道无闸门时，溢洪道无闸门时，正常蓄水正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；位就是溢洪道堰顶的高程； 当溢洪道有闸门时，当溢洪道有闸门时，多数情多数情况下正常蓄水位也就是闸门况下正常蓄水位也就是闸门关闭时的门顶高程关闭时的门顶高程正常蓄水位消落深度18•（三）防洪限制水位和结合（三）防洪限制水位和结合库容库容•防洪限制水位：防洪限制水位：水库在汛•期为兴利蓄水允许达到的•上限水位，又称为汛期限•制水位•它是在设计条件下，水库•防洪的起调水位起调水位该水位•以上的库容可作为滞蓄洪•水的容积•若防洪限制水位低于低于正常•蓄水位，则将这两个水位•之间的水库容积称为结合结合•库容库容•汛期它是防洪库容的一部•分，汛后又可用来兴利蓄•水，成为兴利库容的组成•部分结合库容19•（四）防洪高水位（四）防洪高水位和防洪库容和防洪库容•防洪高水位防洪高水位: :•水库遇到下游防护对水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时，象的设计标准洪水时，坝前达到的最高水位坝前达到的最高水位称为称为防洪高水位。

防洪高水位•该水位至防洪限制水该水位至防洪限制水位间的水库容积称为位间的水库容积称为防洪库容防洪库容 防防洪洪库库容容20（五）设计洪水位和拦洪（五）设计洪水位和拦洪库容库容•设计洪水位设计洪水位: :•当遇到大坝设计标准洪水当遇到大坝设计标准洪水•时，水库坝前达到的最高时，水库坝前达到的最高•水位，称为设计洪水位水位，称为设计洪水位•拦洪库容拦洪库容: :•设计洪水位至防洪限制水位设计洪水位至防洪限制水位间的水库容积称为拦洪库容间的水库容积称为拦洪库容或设计调洪库容或设计调洪库容•设计洪水位决定了上游洪设计洪水位决定了上游洪•水的淹没范围，它同时又水的淹没范围，它同时又•与泄洪建筑物尺寸、类型与泄洪建筑物尺寸、类型•有关；而泄洪设备类型有关；而泄洪设备类型( (包包•括溢流堰、泄洪孔、泄洪括溢流堰、泄洪孔、泄洪•隧洞隧洞) )则应根据地形、地质则应根据地形、地质•条件和坝型、枢纽布置等条件和坝型、枢纽布置等•特点拟定特点拟定拦拦洪洪库库容容21•（六）校核洪水位和调（六）校核洪水位和调洪库容洪库容•校核洪水位校核洪水位:•当遇到大坝校核标准洪水当遇到大坝校核标准洪水•时，水库坝前达到的最高时，水库坝前达到的最高•水位，称为校核洪水位。

水位，称为校核洪水位•调洪库容调洪库容:•校核洪水位至校核洪水位防校核洪水位至校核洪水位防洪限制水位间的水库容积称洪限制水位间的水库容积称为调洪库容或校核调洪库容为调洪库容或校核调洪库容•总库容总库容:•校核洪水位以下的全部水校核洪水位以下的全部水•库容积就是水库的总库容库容积就是水库的总库容•设计洪水位或校核洪水位设计洪水位或校核洪水位•加上一定数量的风浪高值加上一定数量的风浪高值•和安全超高值，就得到坝和安全超高值，就得到坝•顶高程调调洪洪库库容容总总库库容容22 三峡工程三峡工程23三峡工程主要经济技术指标三峡工程主要经济技术指标项目名称项目名称单位单位指标（备注）指标（备注）水库正常蓄水位水库正常蓄水位防洪限制水位防洪限制水位 枯季消落水位枯季消落水位设计洪水位设计洪水位 （（1000年一逾）年一逾）校核洪水位校核洪水位 （（10000年一逾）年一逾） 兴利库容兴利库容总库容总库容防洪库容防洪库容水库库面面积水库库面面积 100年一遇洪水位年一遇洪水位mmmmm亿亿m3亿亿m3亿亿m3km2m175(初期初期156)145(初期初期135)155(初期初期140)175180.4 165393221.51,084166.9 　　24三、水库的水量损失•水库建成蓄水后的水量损失，主要包括蒸发损失蒸发损失和渗透损失渗透损失，在寒冷地区还可能有结冰损失结冰损失。

•（一）水库的蒸发损失（一）水库的蒸发损失•计算时段Δt（年、月）水库的蒸发损失：指由陆面面积变为•水面面积所增加的额外蒸发量（以m3计），即• • ΔW蒸蒸 = 1000(E水水 − E陆陆 )(F库库− f ) •式中：• E水--库区水面蒸发强度（mm）；• E陆--库区陆面蒸发强度（mm）；• F库--水库平均水面面积（km2）；• f--建库前库区原有天然河道水面及湖泊水面面积（km2）；• 1000--单位换算系数，1mm• •km2=103 m325•水面蒸发：水面蒸发：可根据水库附近蒸发站或气象站蒸发资料折算成自然水面蒸发，即•　　 • E水水 = αE器器•式中：E器器————水面蒸发皿实测水面蒸发(mm)；• α—— α——水面蒸发皿折算系数，一般为0.65～0.80•陆面蒸发：陆面蒸发：尚无较成熟的计算方法，在水库设计中常采用多年平均降雨量h0 0和多年平均径流深y0 0之差，作为陆面蒸发的估算值。

• E陆陆= h0 0 − y0 0 •蒸发资料的选用蒸发资料的选用: :蒸发资料充分，应选用与来、用水系列一致的蒸发损失系列;蒸发资料缺乏时，采用年最大蒸发量，取多年平均的年内分配2627（二）渗漏损失（二）渗漏损失水库的渗漏损失包括：水库的渗漏损失包括：•（（l l）通过能透水的坝身）通过能透水的坝身( (如土坝、堆石坝等如土坝、堆石坝等) ) 的渗漏，的渗漏，以及闸门、水轮机等的漏水；以及闸门、水轮机等的漏水；•（（2 2）通过坝基及绕坝两翼的渗漏；）通过坝基及绕坝两翼的渗漏；•（（3 3）通过库底、库周流向较低的透水层的渗漏通过库底、库周流向较低的透水层的渗漏经验系数法估算渗漏损失：经验系数法估算渗漏损失：•以一年或一月相当于水库蓄水容积的百分数来估算渗漏以一年或一月相当于水库蓄水容积的百分数来估算渗漏损失，即损失，即 V V渗渗= α= αV V库库•（（l l）水文地质条件优良）水文地质条件优良( (指库床为不渗水层，地下水面指库床为不渗水层，地下水面与库面接近与库面接近) )，，0 0～～10%/10%/年或年或0 0～～1%/1%/月。

月•（（2 2）透水性条件中等，）透水性条件中等，10%10%～～20%/20%/年或年或1%1%～～1.5%/1.5%/月•（（3 3）水文地质条件较差，）水文地质条件较差，20%20%～～40%/40%/年或年或1.5%1.5%～～3%/3%/月28（三）结冰损失（三）结冰损失•结冰损失：•严寒地区冬季水库水面形成冰盖，随着供水期水库水位的消落，一部分库周的冰层将暂时滞留于水库周边岸上，而引起水库蓄水量的临时损失•这项损失一般不大，可根据结冰期库水位变动范围的面积及冰层厚度估算29四、库区淹没、浸没和水库淤积四、库区淹没、浸没和水库淤积•（一）库区淹没、浸没（一）库区淹没、浸没•淹没问题：淹没问题：• 在河流上建造水库将带来库区的淹没和库区附近土地的浸没，使库区原有耕地及建筑物被废弃，居民、工厂和交通线路被迫迁移改建，造成一定的损失• • 淹没损失和移民数量的多少，常常会限制水库工程的规模，甚至会妨碍地形、地址和水资源利用条件的选择•淹没通常分为经常性淹没和临时性淹没两类：淹没通常分为经常性淹没和临时性淹没两类：•က •经常性淹没区域，经常性淹没区域，一般指正常蓄水位以下指正常蓄水位以下的库区；•临时性淹没区域临时性淹没区域，一般指正常蓄水位以上至校核洪指正常蓄水位以上至校核洪• 水位之间水位之间的区域。

30淹没和浸没补偿：淹没和浸没补偿：• 因淹没和浸没而迁移的对象或防护措施都将按规定标准给予补偿此补偿费用和水库淹没范围内的各种资源的损失统称为水库淹没损失，计入水库总投资内水库淹没影响的问题：水库淹没影响的问题： （1）居民的迁移安置；（2）迁移或改建淹没区内的交通运输建筑物，如铁路、公　路、通讯设备及输电线路等；（3）迁移或重建淹没区内的工业企业；（4）重建水道上的建筑物，包括桥梁、河岸及港口建筑物；（5）排水系统、地下电线等等的重新安装；（6）森林的恢复；（7）用堤防保护耕地、贵重的矿藏以及游览圣地等；（8）蓄水前的库底清理等 31三峡水库百万大移民三峡水库百万大移民 • 三峡水库将淹没陆地面积632632平方公里，涉及湖北省、重庆市的2020个县(市)• 1991至1992年，长江水利委员会会同库区各级地方政府，逐村挨户进行了调查、丈量和统计三峡水库淹没涉及城市2 2座、县城1111座、集镇116个；受淹没或淹没影响的工矿企业1599家；水库淹没线以下共有耕地2.452.45万万公顷；淹没公路824.25824.25公里，水电站9.229.22万万千瓦；淹没区房屋总面积为3459.63459.6万万平方米；淹没区居住的总人口为84.4184.41万人。

考虑到建设期间内的人口增长和二次搬迁等其他因素，三峡水库移民安置的动态总人口将达110110余万余万人 32故居已消失在90米水下，老农遥望故土时心情复杂故土被淹，离家小鸟远眺三峡沧桑变化 高峡出平湖，最后水将淹到175米此标记处 331 1、水库的淤积年限、水库的淤积年限 （（1 1）水库淤积存在）水库淤积存在：当河道上修建了壅水建筑物之后，随着库区水位的抬升，水流的过水断面增大，水力坡度变缓，纵向流速和紊动流速都大大地减少原河道水流特性的这种改变，降低了水流挟沙能力，也改变了原河道的泥沙运动条件，导致了部分悬移物质和推移物质泥沙逐渐沉淀、淤积在水库中 （（2 2）影响水库淤积的主要因素：）影响水库淤积的主要因素：入库水流的含沙量及多少及年内分配、水库形状、库区地形、地质特性以及水库的调度规则 （（3 3）水库年限：）水库年限： 在水库设计时，估计可能的年限以便判断水库的寿命和是否值得兴建水库工作年限或寿命的衡量是着眼于水库淤积是否已相当程度上影响到水库正常（设计）功能的发挥 所谓水库所谓水库““寿命寿命””应指水库正常工作的年限，又称水库应指水库正常工作的年限，又称水库使用年限。

使用年限二）水库的淤积（二）水库的淤积342 2、泥沙淤积量计算、泥沙淤积量计算 一般情况下特别在规划和初设规划和初设阶段，常采用较简单的方法来估算泥沙淤积量，即假定河流携带的泥沙有一部分沉积在水库中，而且泥沙淤积呈水平状增长，计算水库使用T年后的淤沙总容积： 年淤积量： 式中： T－水库正常使用年限（年），按规定小型水库 T＝20～30年，大型水库T＝50～100年； 　V沙，年 ＝多年平均淤沙容积（ m m3 3 /年）35 －多年平均含沙量（kg/ m m3 3 ） W0 －多年平均年径流量（ m m3 3 ） m－库中泥沙沉积率（％），视库容的相对大小或水库调节程度而定； P－淤积体的孔隙率 －泥沙颗粒的干容重（ kg/ m m3 3 ） 当沙粒的干容重 ＝2.0～2.8，淤泥的孔隙率为P＝0.3～0.4 对悬移质泥沙：对悬移质泥沙： 对悬移质推移质以及塌岸存在时：对悬移质推移质以及塌岸存在时： V塌 －库岸平均年坍塌量（ m m3 3 ） －推移质淤悬移质的比值 36三、减少淤泥的措施三、减少淤泥的措施 用设置死库容来接纳沉积的泥沙用设置死库容来接纳沉积的泥沙，虽是处理淤积问题的普遍方法，却只是一种消极的途径消极的途径，仅仅推迟了淤积严重影响的日期而已。

为减少水库淤积，延长水库寿命，研究总结的主要经验，一是减少沙源减少沙源；二是控制和调度泥沙控制和调度泥沙其措施有： （（1 1）水土保持水土保持在上游流域面上加强水土保持工作，减少水土流失这是解决水库泥沙淤积的根本性措施 （（2 2）上游拦沙上游拦沙在重要的水库上游和来沙较多的支流上修建一些水坝，用以拦截泥沙这种水库建成以后，在一定时期内也起拦蓄洪水作用，后期被泥沙淤满后，可开辟为耕地 （（3 3）合理运行，调水调沙合理运行，调水调沙借助枢纽泄水建筑物控制库水位及泄水时机，可以有效地调整库区淤积泥沙地分布，甚至将大量泥沙直接或间接地排向下游 分为分为水力排沙水力排沙、、水力冲刷水力冲刷和和机械清淤机械清淤三种37五、水库死水位选择五、水库死水位选择•灌溉为主的水库规划设计步骤，• 确定死水位，通过兴利调节计算，确定兴利库容和正常蓄水位•死水位确定主要考虑两个因素• （一）保证自流灌溉必要的引水高程• P（192）• （二）考虑水库泥沙淤积的需要38三峡水库泥沙情况三峡水库泥沙情况 据介绍，三峡水库宜昌站年平均输沙量达五点三亿吨，如泥沙问题处理不好，不仅会影响水库防洪、发电效益的正常发挥，缩短水库的使用寿命，而且可能影响长江黄金水道的畅通。

经科技工作者研究表明，三峡水库的泥沙问题采用“蓄清排浑”的水库调度方式，借助工程建筑物布置上采取的一系列排沙工程措施，配合恰当的调度和辅助清淤，可以保证工程正常效益的发挥• 3940一一. .防洪标准防洪标准 ——指水利工程所能防御洪水的能力 一般用重现期T或累计频率P表示： P=1／T ×100% 防洪标准分为两类：防洪标准分为两类： １１. .水工建筑物的防洪标准水工建筑物的防洪标准　　　 为保证大坝等水工建筑物自身安全而拟定的防洪标准　　　 取决于：建筑物的规模、等级，并分为取决于：建筑物的规模、等级，并分为正常运用正常运用（设计标准）和（设计标准）和非常运用非常运用（校核标准）两种情况校核标准）两种情况 ２２. .下游防护对象的防洪标准下游防护对象的防洪标准 当这种标准的洪水发生时，通过下游河道的最大泄量，不超过河道的允许泄量或控制水位。

取决于：对象的重要性、历史洪水灾害情况、工取决于：对象的重要性、历史洪水灾害情况、工程的防洪能力及政治经济影响，结合具体条件程的防洪能力及政治经济影响，结合具体条件第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率41第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率二二. .兴利用水标准兴利用水标准 1.1.设计保证率的含义设计保证率的含义•径流调节径流调节: :河川径流的天然变化特性往往与用水部门的需水要•求不相适应，为了解决来用水之间的矛盾，就必须对天然径流进行人工干预，即将天然径流按用水要求在时间和地区上重新分配对径流调节最有效的工具就是建水库•为了满足兴利要求，水库的兴利规模V兴兴应定多大?•V兴兴的大小取决于来水、用水过程的对比42•不同年份，来水、用水组合情况不同，所需要的不同年份，来水、用水组合情况不同，所需要的V V兴也不同，兴也不同，•我们以哪一个库容作为设计的兴利库容呢?• V V兴兴→→大，工程规模大，投资多，供水保证率高大，工程规模大，投资多，供水保证率高• V V兴兴→→小，工程规模小，投资少，供水保证率低小，工程规模小，投资少，供水保证率低 研究各用水部门允许减少供水的可能性和合理范围，定出多年工作期中，用水部门的正常用水得到保证的程度。

设计保证率：设计保证率：指用水得到保证的程度指用水得到保证的程度 • 年保证率：年保证率：• 历时保证率：历时保证率：• 历时保证率与年保证率的换算历时保证率与年保证率的换算• •m：设计保证率(年保证率) 以外的各枯水年份中缺水历时与这些年份总历时的比值第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率43 2.2.设计保证率的选择设计保证率的选择 设计保证率的选择由用水部门特性、水库调节性能及设计要求等因素决定目前主要是根据各部门用水性质、要求、重要性，以及生产实践所积累经验来规定设计保证率 1 1）灌溉设计保证率）灌溉设计保证率•灌溉设计保证率在灌溉设计保证率在南方水源南方水源较丰富地区比北方地区较丰富地区比北方地区高高；；•大型灌区比中、小型灌区大型灌区比中、小型灌区高高；自流灌溉比提水灌溉；自流灌溉比提水灌溉高高；；•远景规划工程比近期工程远景规划工程比近期工程高高地区地区作物种类作物种类灌溉设计保证率灌溉设计保证率（（% %））缺水地区缺水地区以旱作物为主以旱作物为主以水稻为主以水稻为主50~7050~7070~8070~80丰水地区丰水地区以旱作物为主以旱作物为主以水稻为主以水稻为主70~8070~8075~9575~95第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率442 2）水力发电的设计保证率）水力发电的设计保证率 根据水电站所在电力系统的负荷特性、系统中的水电容重的比重、水电站规模及其在电力系统中作用、河川径流特性以及水库调节程度等决定。

3 3）给水设计保证率：）给水设计保证率：一般采用一般采用95%~99%95%~99%，， • 其中大城市及重要的工矿区可选取较高值即使在正常给水遭受破坏的情况下，也必须满足消防用水、生产紧急用水及一定数量的生活用水电力系统中水电容量的比重电力系统中水电容量的比重（（% %））2525以下以下25~5025~505050以上以上水电站设计保证率（水电站设计保证率（% %））80~9080~9090~9590~9595~9895~98第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率45※※ 3 3）航运设计保证率）航运设计保证率 保证率频率法：保证率频率法：统计年限中各年内高于和等于某一水位 的天数占全 年 天数的百分比用各年该保证率的水位进行频率计算，按表列保证率确定设计最低通航水位 综合历时曲线法：综合历时曲线法：统计年限中各年内高于和等于某一水位的天数占总天数的百分比航道等级航道等级保证率频率法保证率保证率频率法保证率（（% %））综合历时曲线法保证率综合历时曲线法保证率（（% %））一一~ ~二二98~9998~99≥98≥98三三~ ~四四95~9895~9895~9895~98五五~ ~六六90~9590~9590~9590~95第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率46※三.设计标准、设计保证率与可靠性、风险的关系 可靠度可靠度S S：：研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。

研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率 风险度风险度R R：：研究对象在规定条件下和时间内不能完成规定功能的概率研究对象在规定条件下和时间内不能完成规定功能的概率 S + R = 1 在坝体安全设计中，一方面是估算坝址处洪水的可能变化以及垮坝的可能性而另一方面是选定安全设计洪水而这些工作是以定量的风险评估为基础的要求估算出垮坝的可能性及在当前和预期未来条件下垮坝所造成的后果 保证率是可靠度的一种特殊的简化形式 设计保证率就是考虑到多年运 行中这种供水失效风险，而事先规定的使正常供水得到满足的可靠程度第二节第二节 水库的设计标准和设计保证率水库的设计标准和设计保证率47四、四、设计代表年设计代表年和代表期的选择和代表期的选择（一）设计设表年－年调节水库（一）设计设表年－年调节水库 设计代表年包括： 设计枯水年、 设计中水年 和设计丰水年。

设计枯水年：设计枯水年：指与设计保证率P设有一定对应关系的年份，即用该年的径流资料进行调节计算求得的成果（所需的兴利库容或所提供的调节流量）可反映枯水条件下的兴利情况；48四、四、设计代表年设计代表年和代表期的选择和代表期的选择（一）设计设表年－年调节水库（一）设计设表年－年调节水库设计中水年：设计中水年：指年径流接近于多年平均情况P设=50%的年份，对该年径流资料进行调节计算所得的成果用于反映水利工程的多年平均效益设计丰水年：设计丰水年：一般选年径流频率相当于1－P设的年份为代表，对该年径流资料进行调节计算所得的成果反映丰水条件下的兴利情况491- P设设50•※※(二二)设计代表期－多年调节水库设计代表期－多年调节水库•设计代表期：指一个长达若干年的代表性时期，用来近似地反映长系列径流调节计算，它适用于多年调节水库•两种代表期：设计枯水年组、中水代表期•1. 设计枯水年组•允许破坏年数：T破= n − P设（n + 1)•式中：T破——允许破坏年数；n——水文系列总年数；P设——设计保证率•选择方法：在实测水文系列中选出最严重的连续枯水年组，•逆时序从该枯水年组末扣除允许破坏年数，余下的即为所选的设计枯水年组。

•用设计枯水年组进行多年调节水库的调节计算可近似地反映兴利库容、调节流量与供水保证率之间的关系四、四、设计代表年设计代表年和代表期的选择和代表期的选择51※※(二二)设计代表期－多年调节水库设计代表期－多年调节水库2. 中水代表期•采用中水代表期进行径流调节计算的目的是推求水库的多年平均效益指标•选择中水年组时应考虑以下条件：•က 代表期应有丰、中、枯水年，至少有一个完整的调节周期；•က 代表期的平均流量与长系列径流资料的多年平均流量相近；•က 代表期的年径流变差系数Cv与长系列相近四、四、设计代表年设计代表年和代表期的选择和代表期的选择52公元公元19121912年年 云南螳螂川上的石龙坝云南螳螂川上的石龙坝水电站建成，为中国大陆最早的水水电站建成，为中国大陆最早的水电站电站 公元公元19601960年年 浙江建德新安江水电浙江建德新安江水电站，中国第一座自己勘测、设计、站，中国第一座自己勘测、设计、施工和自制设备的大型水电站施工和自制设备的大型水电站53第三节径流调节的作用及分类第三节径流调节的作用及分类•一、径流调节的涵义一、径流调节的涵义•广义的径流调节：广义的径流调节：指整个流域内，人类对地面及地下径流等自然过程的一切有意识的干涉。

•例如，群众性的农田水利工程，包括塘堰、闸坝、河网等蓄水、拦水、引水措施，以及各种农、林措施和水土保持工程等这些措施改变了径流形成的条件，对天然径流起一定的调节作用，有利于防洪兴利54第三节径流调节的作用及分类第三节径流调节的作用及分类•一、径流调节的涵义一、径流调节的涵义•狭义的径流调节：狭义的径流调节：指河川径流在时间和地区上的重新分配，即通过建造和运用水资源工程(枢纽等)，将汛期过多的河川径流量蓄存起来，待枯水期来水不足时使用；在地区上根据需要进行水量余缺调配•如引黄(河)济卫(海河支流卫河)、引滦(河)济津(天津)以及正在研究并已局部实施的南水北调工程等地区间的径流调节，其影响范围和经济意义更大，工程投资也更为可观55二、径流调节的作用二、径流调节的作用•目的：目的：众所周知，河川径流在一年之内或者在年际之间的丰枯变化都是很大的我国河流年内洪水季节的水量往往要占全年来水总量的70%～80%河川径流的剧烈变化，给人类带来很多不利的后果，如汛期大洪水容易造成灾害，而枯水期水少，不能满足兴利需要因此，无论是为了消除或减轻洪水灾害，还是为了满足兴利需要，都要求采取措施，对天然径流进行控制和调节。

•兴利调节：兴利调节：为兴利而提高枯水径流的水量调节，或称枯水调节；•洪水调节：洪水调节：为削减洪峰流量，利用水库拦蓄洪水，以消除或减轻下游洪涝灾害的调节•径流调节的作用：径流调节的作用：协调来水与用水在时间分配上和地区分布上的矛盾，以及统一协调各用水部门需求之间的矛盾 56三、径流调节的分类三、径流调节的分类•径流调节分为两大类：枯水调节枯水调节和洪水调节洪水调节•（一）按调节周期长短划分（一）按调节周期长短划分•调节周期：从库空(Z死)→库满(Z蓄)→库空(Z死)，这样一个完整的蓄泄循环过程称为调节周期•1.无调节无调节T=0T=0•葛洲坝电站(V总=15.8亿m3)、大渡河上的龚嘴电站都是无调节电站57•2.2.日调节日调节T=24 hT=24 h•一天完成一个蓄泄循环，一天完成一个蓄泄循环，•即即Z Z死死→Z→Z蓄蓄→Z→Z死死•黄河上的盐锅峡、八盘峡及黄河上的盐锅峡、八盘峡及•浙江富春江电站等为日调节浙江富春江电站等为日调节电站•河川来水在一日内基本上是河川来水在一日内基本上是•均匀的，日调节的特点是把均匀的，日调节的特点是把一日内均匀的来水调节为变一日内均匀的来水调节为变动的用水，以适应灌溉或电动的用水，以适应灌溉或电力负荷的需要，所需力负荷的需要，所需调节库调节库容不大容不大。

58•3. 3. 周调节周调节T=7T=7天天•枯水季节，河川径流在一周内变化很小，而用水部门由于假日休息用水减少，因此可以利用水库将周内假日的多余水量蓄存起来，留待其它工作日去用，这就是周调节59•4.4.年调节年调节T=1T=1年年•对年内丰、枯季节的天对年内丰、枯季节的天然径流按用水要求重新然径流按用水要求重新分配的调节称为年调节分配的调节称为年调节•因为一年内天然径流变化很因为一年内天然径流变化很•大，洪枯水流量相差悬殊，大，洪枯水流量相差悬殊，•如黄河汛期如黄河汛期( 7-10( 7-10月月) )来水占来水占•全年的全年的8080％以上•黄河三门峡最大流量黄河三门峡最大流量•(20000m3/s(20000m3/s，，19331933年年) )•与最小流量与最小流量(145m3/s(145m3/s，，19281928•年年) )相差相差151151倍，年调节的任倍，年调节的任•务就是蓄丰补枯务就是蓄丰补枯60•5.5.多年调节多年调节T=T=多年多年•对多年内丰、枯水期的天然径流按用水要求进行重新分配对多年内丰、枯水期的天然径流按用水要求进行重新分配的调节称为多年调节。

的调节称为多年调节•由于调节周期长达十几年，水库要经若干个丰水期才能蓄满，经过若干个枯水期才能放空，多年调节的调节程度最高，水量利用最充分，所需库容也最大•丹江口水库、新安江水库、新丰江水库，龙洋峡水库都是丹江口水库、新安江水库、新丰江水库，龙洋峡水库都是•多年调节水库多年调节水库61（一）按调节周期长短划分（一）按调节周期长短划分•水库水库调节周期的判别调节周期的判别：水库：水库库容系数法库容系数法•定义：水库库容系数定义：水库库容系数ββ为水库调节库容为水库调节库容V V兴兴与多年与多年平均年水量平均年水量W W0 0的比值，的比值，• • β = β =V V兴兴/ /W W0 0• β>30% β>30%～～50% 50% 属多年调节；属多年调节；•က က• 3% 3%～～5%≤β5%≤β＜＜20%20%～～25% 25% 属年调节；属年调节；•က က• β<2% β<2%～～3% 3% 属日调节。

属日调节62•（二）按水库任务分类（二）按水库任务分类•1. 1. 单一任务径流调节单一任务径流调节•分为灌溉、发电、给水、航运和防洪除涝等的调节•2. 2. 综合利用径流调节综合利用径流调节•同时又多个任务的径流调节63•（三）按径流利用程度分类（三）按径流利用程度分类•1.1.完全调节：完全调节：•调节周期内的全部天然径流完全按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节称为完全调节• • 即W用=W来，W弃=0•2.2.不完全调节：不完全调节：•仅能蓄存洪水期的部分水量，而发生无益弃水的径流调节称为不完全调节• • 即W用〈W来，W弃〉064（四）按两水库间的联系分类（四）按两水库间的联系分类•1.1.补偿调节补偿调节•水库至下游用水部门取水地点之间有较大的区间面积，为了充分利用区间来水量，水库应尽可能使水库放水流量与区间入流量的合成流量等于或接近于下游用水要求•补偿调节：根据水库下游区间来水流量大小，控制水库补充放水流量的调节方式65•2. 2. 梯级调节梯级调节•布置在同一条河流上多座水库，称为梯级水库。

•梯级水库的特点：梯级水库的特点：水库之间存在着水量的直接联系，上级水库的调节直接影响到下游各级水库的调节•水量组成：水量组成：下级水库的来水量是由上级水库调节用水后的下泄水量，以及上下两级水库间的区间来水量•梯级调节计算一般自上而下逐级进行•梯级调节：梯级调节：对梯级水库进行的径流调节 66•3. 3. 径流电力补偿调节径流电力补偿调节• 位于不同河流上但属同一电力系统联合供电的水电站群，可以根据它们所在流域的水文特性及各自的调节性能差别，通过电力联系来进行相互之间的径流补偿调节，以提高水库群总的水利水电效益•径流电力补偿调节：通过电力联系的补偿调节•4. 4. 反调节反调节• 为了缓解上游水库进行径流调节时给下游用水部门带来的不良影响，在下游适当地点修建水库对上游水库的下泄流量过程进行重新调节，称为反调节，又称再调节•က • 河流综合利用中，经常出现上游水库为水力发电进行日调节造成下泄流量和下游水位的剧烈变化而对下游航运带来不利影响；•က • 水电站年内发电用水过程与下游灌溉用水的季节性变化不一致，修建反调节水库有助于缓解这些矛盾67•四、径流调节计算所需基本资料四、径流调节计算所需基本资料•（（1 1）径流资料：）径流资料：调节计算所需的径流资料，随调节程度的高低有不同要求。

•က • 日和周调节日和周调节需要有10年左右的历年日平均流量资料；•က年调节年调节需要有20年以上的历年月平均流量和汛期旬平均流量资料；• 多年调节多年调节需要30年以上的年、月径流资料，以及年径流频率曲线和统计特征值资料•（（2 2）水库特性资料：）水库特性资料：水库水位与水库面积、容积关系曲线；•（（3 3）用水资料：）用水资料：包括各部门正常用水保证率，正常用水量及其分配过程68第四节第四节 径流调节原理径流调节原理•一、径流调节计算基本原理一、径流调节计算基本原理•基本原理：基本原理：•水库的水量平衡将整个调节周期划分为若干个计算期（一般取月或旬），然后按时历顺序进行逐时段的水库水量平衡计算•某一计算时段Δt内水库水量平衡方程式• ΔW1 − ΔW2 = ΔV•式中： ΔW1————时段Δt内的入库水量，m3；• ΔW2————时段Δt内的出库水量，m3；• ΔV————时段Δt内水库蓄水容积的增减值，m3• 69•当用时段平均流量时段平均流量表示时，则上式可改写为:• QI − QP = ΔV / Δt = QV•或 ΔV = (QI − QP )Δt•式中：QI————天然入库流量，m3/s；• QP————调节流量，即用水流量，m3/s；• QV————取用或存入水库的平均流量，简称““水库流 量””， m3/s。

•当考虑水库的水量损失考虑水库的水量损失，出库水量为几个部门所分用水以及当水库已蓄满将产生弃水时，则可进一步表达为：• • QI −ΣQL − (QP1 + QP2 +……) − QS = ΔV / Δt•式中： ΣQL————水库水量损失，包括蒸发和渗漏等损 失；• QP1，QP2，…——…——各部门所分的调节流量；• QS————水库弃水流量，即通过泄水建筑物弃泄的流量70二、径流调节周期中水库运用情况分析•径流调节周期：径流调节周期：指水库从死水位开始蓄水，达到正常蓄水位后又消落到死水位的历时•（一）水库一次运用（一）水库一次运用•水库在调节周期内只有一次连续蓄水、供水的情况，叫做水库一次运用•图中W1为余水量， W2为缺水量，且W1≥W2，此时所需的水库调节库容V兴=W2 71•（二）（二）水库二次运用水库二次运用•当水库在一个调节周期内•连续供水、蓄水有二次时，•叫做水库二次运用•假设第一次运用余水量为•W1，缺水量为W2，第二次•运用余水量为W3，缺水量•为W4，此时调节库容的确•定可分为下列几种情况：•1.当W1>W2，W3>W4时，则；•V兴= max {W 2, W 4 } •设W2>W4时，• V兴=W 2•W2 0 W3 W3- W472•（二）水库二次运用（二）水库二次运用•2. 当W3

兴解：解： V1=0, V2= V1 + W6 =4, V3= V2 – W5 =1,V4= V3 + W4 =6, V5= V4 – W3 =2, V6= V5 + W2 =5,V7= V6 – W1 =0, V兴兴= V4 =6.V1V6V5V4 V7V3V275•三、径流调节计算研究课题三、径流调节计算研究课题•径流调节的任务：径流调节的任务：借助水库的调节作用，按用水要求重新分配河借助水库的调节作用，按用水要求重新分配河川天然径流川天然径流•调节计算的内容：调节计算的内容：研究天然来水、各部门的用水与水库库容三者研究天然来水、各部门的用水与水库库容三者之间的关系之间的关系•调节计算的实质：调节计算的实质：进行来水和用水的对照和平衡：当来水大于用进行来水和用水的对照和平衡：当来水大于用水时，水库蓄水；当来水小于用水时，水库供水水时，水库蓄水；当来水小于用水时，水库供水•从分析水库水量平衡式可以看出，径流调节计算可概括为如下三类课题：• 1 1、、根据来水、用水及灌溉设计保证率的要求，求所需兴根据来水、用水及灌溉设计保证率的要求，求所需兴利库容（主要内容）利库容（主要内容）；；• 2 2、根据已定的兴利库容、来水及灌溉设计保证率，求所、根据已定的兴利库容、来水及灌溉设计保证率，求所能提供的保证调节流量（核算水库供水能力）。

能提供的保证调节流量（核算水库供水能力）• 3 3、、 找出天然来水、各部门用水与兴利库容三者之间的找出天然来水、各部门用水与兴利库容三者之间的关系，或找出保证率、调节流量与兴利库容三者之间的关关系，或找出保证率、调节流量与兴利库容三者之间的关系76•四、径流调节计算方法四、径流调节计算方法•径流调节计算的方法，根据的河川径流特性可分为两大类：•က第一类是利用径流的时历特性进行计算的方法，叫做时历法；第一类是利用径流的时历特性进行计算的方法，叫做时历法；•က第二类是利用径流的统计第二类是利用径流的统计( (频率频率) )特性进行计算的方法，叫做数理统特性进行计算的方法，叫做数理统计法•时历法：时历法：采用按时序排列的实测径流系列作为入库径流过程进行采用按时序排列的实测径流系列作为入库径流过程进行水库径流调节计算水库径流调节计算•时历法又分为时历法又分为列表法和模拟计算法列表法和模拟计算法：：•က က 列表法列表法是直接利用过去观测到的径流资料（即流量过程），以列表是直接利用过去观测到的径流资料（即流量过程），以列表形式进行计算的方法；形式进行计算的方法；•က က 模拟计算法模拟计算法则则是在计算机上进行模拟运行的调节计算法。

是在计算机上进行模拟运行的调节计算法•特点：简易直观，便于考虑较复杂的用水过程和水量损失等优特点：简易直观，便于考虑较复杂的用水过程和水量损失等优•点•数理统计法数理统计法多用于多年调节计算，计算的结果直接以调节水量、多用于多年调节计算，计算的结果直接以调节水量、•水库存水量、多余和不足水量的频率曲线的形式表示出来水库存水量、多余和不足水量的频率曲线的形式表示出来77• 第五节第五节 年调节水库兴利调节年调节水库兴利调节计算计算•年调节水库：只需要进行年调节就可以满足设计保证率供水要求的水库称为年调节水库•计算年调节水库兴利库容的方法（一和二一和二）•一、年调节水库兴利调节计算的长系列法一、年调节水库兴利调节计算的长系列法• （一）逐年调节计算• 1.不计水量损失的年调节列表计算法• 2.计入水量损失的年调节列表计算法• 3.计入水量损失的简算法• （二）设计库容的确定•二、年调节水库兴利调节计算的代表年法二、年调节水库兴利调节计算的代表年法• 1、实际代表年法（单一选年法、库容排频法、实际干旱年法）• 2、设计代表年法•三、正常蓄水位的确定三、正常蓄水位的确定78•一、年调节水库兴利调节计算的长系列法一、年调节水库兴利调节计算的长系列法• 将水库坝址断面河流多年来涞水过程系列和灌区用水过程系列，逐年按时历列表法进行逐时段的水量平衡计算。

•（一）逐年调节计算•1.不计水量损失的年调节列表计算法•｛例1｝某水库一回运用时的年调节计算•｛例1｝某水库二回运用时的年调节计算•｛例1｝某水库二回运用时的年调节计算79•一、年调节水库兴利调节计算的长系列法一、年调节水库兴利调节计算的长系列法• •（一）逐年调节计算•2. 计入水量损失的年调节列表计算法•｛例1｝某水库一回运用时的年调节计算•｛例1｝某水库二回运用时的年调节计算•｛例1｝某水库二回运用时的年调节计算80•一、年调节水库兴利调节计算的长系列法一、年调节水库兴利调节计算的长系列法•（一）逐年调节计算•3.3.计入水量损失的简算法计入水量损失的简算法• 条件：1）初步设计• 2）水量损失所占总水量比例小• 步骤：• A.计算水库供水期的平均库容• • B. 计算水库供水期的蒸发和损失水量；• • C.• D.检查蓄水期的余水量扣除损失水量后能否蓄满813.3.计入水量损失的简算法计入水量损失的简算法•例题：求用简算法求例2 V计损兴•在例2中，V不计损兴=31337万m3， V死=4000万m3，供水期平均库容•供水期1～6月的V渗损=19669×6×1%=1180万m3•供水期1～6月的V蒸损=267万m3823.3.计入水量损失的简算法计入水量损失的简算法•供水期1～6月的V供损=1180+267=1447万m3• V计损兴=31337+1447=32784万m3•D余水期（7～12月）余水量为34738万m3， V蓄损=1180+（7 ～12月蒸发标准之和）753/1000=1431万m3•V蓄扣损余水= 34738 -1431=33307万m3＞ V计损兴83（二）设计库容的确定•1.有n年来水及灌溉用水资料，按上述方法进行每年的调节计算，得到n个年调节库容。

• 2.然后由小到大排列，用经验频率P=m/(n+1) ×100%公式求出相应每一库容的频率，点绘库容频率曲线V ～ P•3.由给定的设计保证率P设，查库容频率曲线，得到相应的那调节设计兴利库容V设 84•例4 已知某水库坝址断面的19年各月来水量及灌溉用水量的差值，已定灌溉设计保证率P=80%，求年调节水库的兴利库容Vp• 将19年的来用水过程进行调节计算，得到各年所需要的库容85•二、年调节水库兴利调节计算的代表年法二、年调节水库兴利调节计算的代表年法• 1、实际代表年法（单一选年法、库容排频法、实际干旱年法）• 2、设计代表年法86。