第二章水库兴利调节与计算

第二章兴利调节计算第二章兴利调节计算第一节水库特性曲线及特征水位第二节径流调节的分类第三节水库兴利设计保证率第四节水库的水量损失第五节水库设计死水位的选择第六节年调节水库兴利调节计算第七节多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法第八节多年调节水库兴利调节计算的数理统计法第一节水库特性水库面积特性指水库水位与水面面积的关系曲线。水库容积特性指水库水位与(动)容积的关系曲线。第二章第一节水库特性一、水库面积特性和容积特性一、水库面积特性和容积特性水库特性曲线示意图水库动库容曲线示意图第二章第一节水库特性二、水库的特征水位和特征库容1.死水位Z死和死库容V死在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位称死水位。死水位以下的库容称死库容。2.正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位，称正常蓄水位。Z蓄与Z死间的库容，称V兴。3.防洪限制水位Z限；水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称防洪限制水位。二、水库的特征水位和特征库容第二章第一节水库特性二、水库的特征水位和特征库容4.防洪高水位Z防和防洪库容V防：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位称防洪高水位。Z防与Z限间的库容称V防。5.设计洪水位Z设洪和拦洪库容V拦：水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位称Z设洪。Z限与Z设洪之间的库容称V拦。6.校核洪水位Z校洪和调洪库容V调洪：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位称校核洪水位。Z校洪与Z限之间的库容称V调洪。7.总库容V总和有效库容V效：V总=V死+V兴+V调洪-V共V效=V总-V死=V兴+V调洪-V共第二章第一节水库特性二、水库的特征水位和特征库容第二节兴利调节的分类一、按调节目的和重点分：洪水调节：重点在于消减洪峰和控制下泄洪水流量；枯水调节：目的是增加枯水期的供水量，以满足各用水部门的要求。第二章第二节径流调节的分类一、按调节目的和重点分二、按供水方式分：固定供水：水库按固定要求供水，以供水水库来水量和蓄水量无关。变动供水：水库供水按蓄水量和用户不同的要求而变动。第二章第二节径流调节的分类二、按供水方式分三、按服务对象和用途分：①灌溉调节；②发电调节；③给水调节；④航运调节；⑤防洪调节；⑥除涝调节等；单一任务径流调节：只具有一个调节任务的调节综合利用径流调节：具有两个及以上调节任务的调节第二章第二节径流调节的分类三、按服务对象用途分四、按调节周期分：调节周期：即一次蓄泄循环所需的时间1、无调节2、日调节3、周调节4、年调节5、多年调节?思考:库容如何变化?第二章第二节径流调节的分类四、按调节周期分日调节过程库水位变化过程日调节示意图第二章第二节径流调节的分类四、按调节周期分天然来水过程周调节示意图用水过程第二章第二节径流调节的分类四、按调节周期分天然流量过程调节流量过程库水位变化过程年调节示意图第二章第二节径流调节的分类四、按调节周期分天然流量过程用水流量过程库水位变化过程多年调节示意图第二章第二节径流调节的分类四、按调节周期分五、其他分类：①反调节：下游水库按照用水部门的需水过程，对上游水库泄流的再调节；②单一水库补偿调节：水库与水库下游区间来水互相补偿．以满足有关部门用水要求的调节；③水库群补偿调节：水库间互相进行水文补偿、库容补偿、电力补偿，共同满足水利、电力系统要求的调节。第二章第二节径流调节的分类五、其他分类反调节示意图上游河道天然来水过程线Qt上游水库一次调节后的流量过程线Qt放蓄放蓄下游河道需水过程线Qt下游水库再次调节后的流量过程线tQ放放蓄蓄反调节第二章第二节径流调节的分类五、其他分类单一水库补偿调节示意图tA断面允许下泻流量水库蓄水量水库来水过程支流区间到A断面流量过程水库允许下泻流量过程τQ下游防护区水库BAB干流支流第二章第二节径流调节的分类五、其他分类库容;来水量、来水过程;用水量和用水过程等因素。影响水库调节性能的因素？来水量及过程用水量及过程第二章第二节径流调节的分类1、设计水平年：指与电力系统的电力负荷相应的未来某一年份。2、设计保证率设计保证率：指多年期间用水部门按照规定保证正常工作不受破坏的机率（或程度）。年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。历时保证率：多年期间正常工作历时（日、旬或月）占总历时的百分比。第二章第三节水库兴利设计保证率第三节水库兴利设计保证率3、设计保证率的选择⑴水电站设计保证率根据水电站所在电力系统的负荷特性，水电站的容量在系统中的比重，水库调节性能而确定。⑵灌溉设计保证率根据灌区水、土资源情况，作物组成，气象与水文条件，水库调节性能，国家对当地农业生产的要求，以及地区工程建设和经济条件等因素确定。第二章第三节水库兴利设计保证率⑶供水设计保证率对有两个以上的水源的情况，当任一水源停水时，其余水源应满足消防和生产紧急用水外，尚须保证供应一定数量的生活用水。⑷通航设计保证率通航设计保证率：指最低通航水位的保证程度，用历时（日）保证率表示，对季节性通航河道，它指的是通航季节内的历时保证率。第二章第三节水库兴利设计保证率第二章第四节水库的水量损失第四节水库的水量损失一、水库的蒸发损失因兴建水库后，原有的陆面变成水面后增加的蒸发损失。VFEEW)(1000陆水皿水EE000ERPE陆二、水库的渗漏损失(1)经过能透水的坝身以及闸门、水轮机等的渗漏；(2)通过坝址及坝的两翼的渗漏；(3)通过库底渗向地下透水层或库外的渗漏。渗漏系数：以一年或一月的渗漏损失相当于水库蓄水容积的一定百分数计，估算采用如下初步数值：(1)水文地质条件优良：0%-10%/年或0%-1%/月(2)透水条件中等：10%-20%/年或1%-1.5%/月(3)水文地质条件差：20%-40%/年或1.5%-3%/月第二章第四节水库的水量损失三、水库的其他损失结冰损失水工建筑物的漏水和操作所损失的水量第二章第四节水库的水量损失第二章第五节水库设计死水位的选择第五节水库设计死水位的选择一、保证灌溉引水需求水库死水位：维持放水建筑物泄放渠道设计流量的最小水头Hmin，加上水库放水建筑物的下游水位。二、考虑水库泥沙淤积的需要在含沙量很大（或较大）的河流上修建水库，必须考虑水库泥沙淤积对水库效益的影响。对一般泥沙不太严重的河流，可用死库容作为淤沙库容，其库容大小可根据水库预期使用的年限计算确定。相应的水位就是死水位。估算方法：假定河流中携带的泥沙有一部分沉积在水库中，而且水库泥沙淤积呈水平状。水库使用T年后淤积总容量：第二章第五节水库设计死水位的选择年沙总沙,,TVV)1(00,pmWV年沙三、保证水电站最低水头要求死水位决定水电站的最低水头。死水位愈高，电站出力愈大。同时死水位过高，会减少水库的兴利库容，降低水库的调节能力。四、其他要求水产任务：养鱼对水深和水面的需求。气候寒冷地区：结冰厚度。水库生态需求。应是上述计算中的最大值。第二章第五节水库设计死水位的选择时段内平均入库流量；主要包括入库断面流量、库周入流及库面降水入流第六节年调节水库兴利调节计算TQQV)(出入基本依据：水量平衡原理计算时段；日调节以小时为单位，年调节以月为单位，洪水期应取时段短时段内水库蓄水量的变化量；蓄为正，泄为负时段内自水库取用或消耗的平均流量；主要包括各兴利部门的用水流量，蒸发损失流量和渗漏损失流量及水库蓄满后的弃水流量等。第二章第六节年调节水库兴利调节计算一、水库兴利调节计算原理水量平衡方程还可改写为：注：因为用水量U用和S损都和时段始末蓄水量有关，故本方程呈隐函数形式，不能直接求解，一般采用试算迭代求解。损用入SUWVVttt第二章第六节年调节水库兴利调节计算计算方法：1〉、时历法2〉、数理统计法计算任务：1〉、已知来水和用水过程，求兴利库容V兴2〉、已知来水和兴利库容，求调节流量Q调第二章第六节年调节水库兴利调节计算一、列表法：（已知来水和用水过程，求兴利库容V兴）相关概念：1.水利年：水库一次蓄泄循环作为一年的起至点。2.一回运用：一年中只有一个余水期和一个亏水期。3.多回运用：一年中有多个余水期和多个亏水期。第二章第六节年调节水库兴利调节计算由上图可知：调节库容不仅与相邻的余亏水量有关，还与余水期的数目及排列次序有关。水库的一回运用水库的多回运用蓄泻蓄泻蓄泻108V兴=810648V兴=10QtQt来水过程来水过程用水过程用水过程第二章第六节年调节水库兴利调节计算1、不考虑损失的调节计算第二章第六节年调节水库兴利调节计算二、年调节水库兴利调节计算的长系列法：设计水平年设计供水过程历史N年来水资料排频计算计算各年所需的V兴设计保证率查求设计兴利库容V兴Vp%V兴适用条件：资料丰富的地区。第二章第六节年调节水库兴利调节计算2、考虑损失的调节计算步骤：1.从2月底库空开始逆时序进行水量平衡计算；2.首先假定一个2月初的水库蓄水量；3.分别计算水库月平均蓄水量和水库月平均面积；)/(Q2sm时间月水库平均面积月蒸发强度蒸4.计算蒸发损失量：第二章第六节年调节水库兴利调节计算TQTQQVV损用来末初)(6.对该时段进行水量平衡计算，求2月初的水库蓄水量：7.比较所得结果与假定值，若两值之差超出允许范围，则重新假定初时刻蓄水量重算；若结果在允许范围，转入上一时段的水量平衡计算；5.根据地质情况取一定百分比的水库月平均蓄水量为水库的渗漏量；第二章第六节年调节水库兴利调节计算9.求得库容后，再从蓄水期开始时刻3月初的死库容用同样的方法进行逐时段的水量平衡计算，得水库每月的调节水量。本例中到6月底水库蓄满并有弃水。8.以此类推，计算到供水期开始时刻9月初的水库蓄水量为所求的水库库容。第二章第六节年调节水库兴利调节计算考虑损失的列表法年调节计算第二章第六节年调节水库兴利调节计算①年径流量和需用水量一定时，V兴主要取决于径流年内分配情况，分配愈不均匀，需要的V兴愈大。②在一次充蓄条件下，任意改变供水期各月用水量，而总用水量不变，则V兴不变。③常将设计枯水年供水期调节流量与多年平均流量得比值称为调节系数。Qp%Q设三、年调节水库兴利调节计算典型年法：设计水平年→设计供水过程历史来水资料→排频计算→频率曲线（如图）→设计保证率→查求Q设实际代表年同倍比放大同频率放大设计枯水年计算设计V兴适用条件：a、无资料或资料不足的地区；b、精度要求不高时，如初步规划阶段。第二章第六节年调节水库兴利调节计算设计保证率p%与Q调及V兴三者之间的关系供水期兴来水供水期供调TVWQ1、假定p%一定，则V兴↑→Q调↓2、假定Q调一定，则p%↑→V兴↑(如图1)3、假定V兴一定，则p%↑→Q调↓(如图2)第二章第六节年调节水库兴利调节计算Q调p%V1V2V3V兴p%Q调2Q调1Q调3V兴一定时，则p%↑→Q调↓Q调一定时，则p%↑→V兴↑图1图2第二章第六节年调节水库兴利调节计算二、根据兴利库容求调节流量1、Q调～V兴关系计算方法⑴假定若干个Q调，按已知Q调求V兴的方法求各Q调对应的V兴。⑵点绘Q调～V兴关系曲线。⑶取V兴对应的Q调即为所求。2、设计枯水年计算方法⑴水库调节性能问题：①根据库容系数β=8～30%，初步判断，但其变动范围很大。②通常以对设计枯水年按等流量进行完全年调节所需的V兴为界限。设枯枯设年完WTQV当V兴＞V完为多年调节；V兴＜V完为年调节。⑵划定蓄、供水期的问题蓄、供水期划定：Q调未知，先假定T供，求出Q调后，核定假设是否正确，如不正确重新假定。⑶按已知V兴确定Q调供兴供损设供调TVWWQ∑W设供—供水期各月天然来水量之和∑△W供损—供水期各月水量损失之和T供—供水期历时例题：某拟建水库坝址处多年平均流量为22.5m3/s，多年平均年水量为710.1×106m3。按设计P设=90%选定的设计