水库兴利调节与计算.ppt

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1、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,死水位Z

2、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

3、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

4、：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：灌溉调节；发电调节；给水调节；航运调节；防洪调节；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,、无调节、日调节、周调节、年调节、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

5、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：,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；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；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、

6、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,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,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？,？,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

7、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,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。,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,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。,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

8、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。,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

9、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

10、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,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,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

11、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。,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：水利年：水库一次蓄泄循环作为一年的

12、起至点。一回运用：一年中只有一个余水期和一个亏水期。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,10,8,V兴=8,10,6,4,8,V兴=10,Q,t,Q,t,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

13、计保证率,查求设计兴利库容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：,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,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

14、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,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。,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。,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。,Q设,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,1、假定p

15、%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,V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,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。,点绘Q调V兴关系曲线。,取V兴对应的Q调即为所求。,2、设计枯水年计算方法,水库调节性能问题：,根据库容系数=830%，初步判断，但其变动范围很大。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。,当V兴V完为多年调节；V兴

16、V完为年调节。,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。,按已知V兴确定Q调,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22.5 m3/s，多年平均年水量为710.1106 m3。按设计P设=90%选定的设计枯水年流量过程线如下表。初步选定兴利库容V兴=120106 m3，试计算调节流量和调节系数。,判断水库调节性能=120106/（710.1106）=0.17，初步判断为年调节水库。,计算设计枯水年平均流量和年水量。=13.5 m3/s，W设年=426.

17、1106 m3。,定出设计枯水年枯水期。进行完全年调节时，枯水期为当年10月至次6月，T供=9月。,求设计枯水年枯水期总水量。W设枯=10+8+6+4+4+8+7+6+4=57（m3/s月）,确定设计枯水年进行完全年调节所需兴利库容V完。V完=13.59-57=64.5（m3/s月）=169.6106 m3 V兴=120106 m3V完=169.6106 m3，判断拟建水库是年调节水库,按已知V兴确定Q调（不计水量损失）据分析因水库为年调节，故Q调=13.5m3/s，先假定供水期为11月-6月共8个月，则 Q调=（120+472.63）106/（82.63106）=11.6 m3/s，此Q调大

18、于10月份的Q天=10 m3/s，故10月应包括在供水期内，则 Q调=（120+572.63）106/（982.63106）=11.4 m3/s，此Q调小于9月份Q天=25m3/s，故供水期自10月开始。调节系数=11.4/22.5=0.51。,四、公式法：（已知来水和兴利库容，求调节流量Q调）计算思想：将调解周期划分为蓄水期和供水期和不供不蓄期三个计算时段进行水量平衡计算。,蓄水期 当Q天然 Q调节时,供水期 当Q天然 Q调节时,不蓄不供期,第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算,设计枯水年的月平均流量,例：已知某水库设计枯水年的月平均流量过程，拟定水库的调节库容为20108m3，试求枯水年

19、的调节流量和水库运用过程。,第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算,例：已知某水库设计枯水年的月平均流量过程，拟定水库的调节库容为20108m3，试求枯水年的调节流量和水库运用过程。,设计枯水年的月平均流量,蓄水期,供水期,其它月份为不蓄不供期,第二章 第六节 年调节水库兴利调节计算,第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法,第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系 列时历法1、基本概念 为了满足正常供水，必须跨年度进行水量调节，把丰水年多余水量蓄存起来，以补充少水年的水量不足，这种将丰、枯年份的年径流量及径流年内变化都加以重新分配的调节称多年调节。,2、计算逐年兴利库容的列表法（

20、1）逐年调节计算求得每年所需库容；（2）进行频率计算，以求得满足设计保证率要求的兴利库容。注意：调节年度的划分不能硬性规定，须视每年的余、缺水情况分析定出，由多年调节计算求得库容。,第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法,第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法,3、计算逐年兴利库容的差量累积曲线法 将各年计算时段的来水W来减去用水W用后的差值按时序累加起来，然后以（W来-W用）纵坐标，以时序为横坐标，点汇出水量的差量累积曲线，利用此曲线可以判断水库历年的运用情况，并求出各年所需的库容。,4、试算法 假定一个兴利库容，逐时段连续计算，统计用水被破坏的年数来计算保证

21、率。如果计算的保证率与规定的设计保证率相符，则假定的库容就是多年调节的兴利库容。试算方法：从水库蓄满或水库放空开始，逐月进行水量平衡计算；全系列操作完毕，统计出供水破坏的年数，计算供水保证率P；与设计保证率比较，若不等则重复以上过程，直到两者相等为止。,第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法,5、多年调节水库水量损失的计算 近似计算法：首先以不计水量损失时初定的兴利库容，计算水库多年平均蓄水容积及多年平均水面面积，并计算出多年平均的逐月蒸发损失和渗漏损失；从水库来水序列中，逐年逐月扣除这一水量损失，得历年净来水序列；以此净来水序列与用水序列相配合，逐年计算出水库的兴利库容。再作

22、库容频率曲线，按设计保证率求得计入水量损失的兴利库容。,第二章 第七节 多年调节水库兴利调节计算的长系列时历法,第二章 第八节 多年调节水库兴利调节计算的数理统计法,1、概述 多年调节数理统计计算方法分两大类：（1）合成总库容法：把总库容划分为多年库容和年库容两部分，分别计算这两部分库容后相加得总库容；（2）直接总库容法：同时考虑径流的年际变化及年内变化，一次求出总的库容。计算中使用的以多年平均径流量为单位的相对系数：来水量采用模比系数：用水量采用调节系数：库容采用库容系数：,2、合成总库容法 克-曼二法：频率曲线组合近似计算；普氏线解图：制成各种常用保证率的线解图，已知、Cv、p中任何三个数

23、，求得第四个数。3、直接总库容法 一年内多时段的多年调节数理统计法 多年库容与年库容的频率组合法 状态转移概率法 缺点：利用了假定（例如假定入流为独立随机变量）；计算工作量大；没有获得实际应用,第二章 第八节 多年调节水库兴利调节计算的数理统计法,小 结,兴利调节按调节周期分可分为日调节、周调节，年调节及多年调节。来水一定，若蓄水容积越大，调节周期就越长，调节径流的程度也越完善；多年调节的水库可同时进行年调节、周调节和日调节。,第二章 小结,径流调节计算主要在于推求水库的蓄水量变化过程，基本原理为水量平衡方程。,第二章 小结,年调节水库的计算方法有长系列法和代表年法，代表年法又分为实际代表年法和设计代表年法。确定每一兴利库容的方法有列表法；确定调节流量的方法有公式法。,多年调节水库的计算有时历法和概率法。时历法是假定未来河川径流将重演以往水文系列的程序；概率法主要依据频率组合原理，它是数理统计的核心内容。,The end,