水利计算河海大学水文水资源学院2015年3月10日课程主要内容径流调节计算1灌溉计算2水能计算3防洪计算4径流调节计算1第一章径流调节计算关于径流调节的一些概念1年调节水库径流调节计算方法2年调节水库保证供水量与设计库容之间的关系3时历法多年调节计算4水库水量损失5关于径流调节的一些概念1Part1关于径流调节的一些概念一、径流调节的意义1、定义:狭义:天然水资源在时程上和空间上分布不均,不能满足经济社会的用水需求,通过建水工程改变天然水资源时空分布以满足需求的活动。广义:人类对地表地下一切径流过程一切有意识的干涉Part1关于径流调节的一些概念径流分布不均时程Part1关于径流调节的一些概念水能6.76亿Kw跨流域输电Part1关于径流调节的一些概念二、径流调节的分类灌溉发电给水航运防洪服务目标分洪水:消减洪峰枯水:增加供水对象和重点分Part1关于径流调节的一些概念二、径流调节的分类调节周期分日调节:年调节:多年调节:其他调节补偿调节反调节库群调节Part1关于径流调节的一些概念三、水库的特征水位和相应库容Part1关于径流调节的一些概念三、水库的特征水位和相应库容(1)死水位和死库容死水位:正常运用的情况下,允许水库消落的最低水位。死库容:死水位以下的库容成为死库容。确定死水位所应考虑的因素:•保证水库在使用年限内有足够的供泥沙淤积的库容•保证水电站所需要的最低水头和自流灌溉必要的引水高程•满足库区航深和渔业的要求•满足旅游、水质方面的要求Part1关于径流调节的一些概念三、水库的特征水位和相应库容(2)正常蓄水位和有效库容正常蓄水位:在正常条件下,为了满足兴利部门枯水期的正常用水,水库在供水期开始应蓄到的高水位有效库容:正常蓄水位和死水位之间的这部分库容,是水库实际可以用于调节径流的库容,又称兴利库容。Part1关于径流调节的一些概念三、水库的特征水位和相应库容(3)防洪高水位、设计洪水位和校核洪水位防洪高水位:当遇到下游设计标准的洪水时,水库坝前达到的最高洪水位。设计洪水位:当遇到大坝设计洪水时,水库坝前达到的最高洪水位。校核洪水位:当遇到大坝校核洪水时,水库坝前达到的最高洪水位。Part1关于径流调节的一些概念三、水库的特征水位和相应库容(3)防洪高水位、设计洪水位和校核洪水位防洪库容:防洪高水位与汛限水位之间的水库容积调洪库容:校核洪水位与汛限水位之间的水库容积总库容:校核洪水位以下的水库全部容积结合库容:正常高水位与汛限水位之间的水库容积坝顶高程:校核洪水位加上一定的风浪高和安全超高Part1关于径流调节的一些概念四、设计保证率的概念设计保证率:水库在多年工作期间正常用水得到保证的程度-(%)100%=100%P总年数破坏年数总年数正常工作年数总年数年调节水库径流调节计算方法2Part2年调节水库径流调节计算方法一、径流调节计算的基本原理径流调节计算:水库蓄水量变化过程的计算计算公式:水量平衡公式()VQQT入出时历法:先调节计算后频率统计调节计算方法分类:数理统计法:先频率统计后调节计算Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法1、列表法12345678月份来水流量(m³/s)用水流量(m³/s)余水量((m³/s)月)亏水量((m³/s)月)水库蓄水量((m³/s)月)弃水量((m³/s)月)备注0库空蓄水期331.120.011.111.1440.420.020.431.5568.220.048.211.967.8库满后开始弃水685.820.065.865.867.8758.220.038.238.267.8830.620.010.610.667.8913.420.06.6供水期库空61.2106.520.013.547.7113.220.016.830.9124.420.015.615.319.220.010.84.5215.520.04.50合计366.5240.067.8126.5表1列表法年调节计算(一回运用)Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法例:(多回运用)已知某年来水与用水部门的需水量过程见下表2中的第(2)栏和第(3)栏,取计算时段△T为一个月,采用3月-次年2月为水利年,求该年所需兴利库容。Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法表2列表法年调节计算(多回运用,当余水量不同时小于两个亏水量)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)月份来水流量(m³/s)用水流量(m³/s)余水量((m³/s)月)亏水量((m³/s)月)(早蓄方案)(迟蓄方案)水库蓄水量((m³/s)月)弃水量((m³/s)月)水库蓄水量((m³/s)月)弃水量((m³/s)月)333.220.013.20013.213.20453.820.033.833.8470571.820.05149.423.748.627.3612.220.07.840.819.571520.0535.814.584020.0207.248.634.5934.120.014.114.148.648.6101120.0939.639.6118.120.011.927.727.7127.820.012.215.515.514.520.015.50022020.0000合计310.7240.061.470.770.7Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法图示年调节计算(多回运用,余水量不同时小于两个亏水量)Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法例:(多回运用)已知年来水与用水部门的需水量过程见下表3中的第(2)栏和第(3)栏,取计算时段△T为一个月,采用3月-次年2月为水利年,求该年所需兴利库容。Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法表3列表法年调节计算(多回运用,余水量同时小于前后两个亏水量)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)月份来水流量(m³/s)用水流量(m³/s)余水量((m³/s)月)亏水量((m³/s)月)(早蓄方案)(迟蓄方案)水库蓄水量((m³/s)月)弃水量((m³/s)月)水库蓄水量((m³/s)月)弃水量((m³/s)月)331.220.011.20011.211.2044820.02811.42827.80552.120.032.132.132.127.8066520.045454527.8074220.0222214.427.87.683920.0191927.826.691620.0423.822.61025.220.05.21.227.827.8116.320.013.714.114.1127.420.012.61.51.5128.520.08.5101021020.01000合计370.7240.017140.7130.7130.7Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法总结:要正确推求各年所需库容,关键是确定该年真正的供水期。表1为一回运用,较为简单,供水期为该年9月-次年2月。表2为该年10月-次年1月,该年6、7月虽然亏水,当8、9月余水量较大,可以一起划入余水期。表3供水期为该年11月-次年2月,9月虽然亏水,当10月余水量较大,也应划入余水期,次年1月水满足用水有余,当从全年来讲,还是属于供水期。某年供水期确定后,该年所需库容等于供水期内的累积亏水量,如供水期内有余有亏,则求其代数和。Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法上述方法有助于理解调节流量与所需库容的关系,但是比较麻烦,下面介绍一种较为简单的方法。另一种方法是:直接从库容点根据表中第(4)、(5)两栏的数字进行逆时序逐时段做水量平衡计算,即可求额的所需库容和蓄水过程。表2中的第(8)、(9)两栏表示了从次年1月末库容点开始,用水量平衡公式计算,求得迟蓄方法水库蓄水过程和弃水过程。表3中第(8)、第(9)两栏表示从次年2月末开始,根据第(4)、(5)两栏数值逆时序计算,求得迟蓄方案的蓄水过程和弃水过程。表(2)和表(3)中,第(8)栏的最大值即为所求的兴利库容下图分别为表(2)和表(3)调节计算结果图Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法图示年调节计算(多回运用,余水量同时小于前后两个亏水量)Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法2、简化水量平衡公式法原理:水库库容取决于供水期最大累积亏水量即VQTW调供供WVQT供调供注意:(1)供水期必须正确(2)必须检验一下蓄水期末水库是否保证蓄满检验公式:WQTV调蓄蓄Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法例:(简化水量平衡公式法)某水库坝址处有30年水文资料,下面表中是其中一年的来水流量过程,如果调解流量Q=20m³/s,试用简化水量平衡公式计算该年所需库容。(27.8(m³/s月))月份345678流量31.248.052.165.042.039.091011121216.025.26.37.428.510.0月份流量Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法解:(1)确定供水期首先,根据各月来水情况和调节流量Q调,确定该年供水期为11月-次年2月,共4个月。(2)确定所需库容23116.37.428.510.052.2[(/)]WQtms供月3320480[(/)]8052.227.8[(/)]QTmsVQTWms调供调供供月月Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法(3)检验是否大于V103333318.5[(/)]208160[(/)]318.5160158.5[(/)]WQtmsQTmsWQTmsV蓄调蓄调蓄蓄月月月Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法2、简化水量平衡公式法变:如果该年来水过程不变,全年均匀供水,已知兴利库容V=40m³/s,试求该年可提供的调节流量。(22.2m³/s)解:(1)试算调节流量1)首先假设供水期为11、12两个月份,由简化公式:2)检验假定的供水期是否正确。313.7+40==26.9(m/)2WVQsT供调供Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法2、简化水量平衡公式法(接上题)由于在供水期之外的9、10月份,平均流量只有20.6m³/s,1、2两个月份平均流量19.3m³/s,显然,如果将兴利库容40全部用于11、12两个月,不能保证全年均匀供水26.9m³/s,。于是重新假设供水期为9月-次年2月,并求得:3)再检验新假定的供水期是否正确393.4+40==22.2(m/)6WVQsT供调供Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法2、简化水量平衡公式法(接上题)由于求得的大于20.6(9、10两个月平均流量)和19.3(1、2月份平均流量),供水期之外的各月份来水量大于22.2,说明这次假定的供水期和所求得的调节流量是正确的。(2)检验蓄水期能否蓄满3277.322.26144.1[(/)]WQTmsV调蓄蓄月Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法3、图解法累积曲线:以某一时刻到各时刻的累积水量变化曲线Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法由于累积曲线随时间不断上升,因此在绘制较长时期的多年径流累积曲线图时,图幅往往很大,若要减小图幅,势必缩小比例尺,这又会降低精度。此外,受到有效数字或值域的现值,常累积曲线也不便于计算机计算,为了避免这个缺陷,可利用差积曲线Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法3、图解法差积曲线:先将每个时段流量减去一个常数流量值,然后进行累积Part2年调节水库径流调节计算方法二、年调节水库时历法3、图解法差积曲线性质:(1)当QQ0,曲线上升,当QQ0,曲线下降(2)曲线上任意两点纵坐标之差等于两点之间流过的水量与Q0在同期内流过的水量之差(
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