興利調(diào)節(jié)圖解法2014課件

1、 一、水量累積曲線和水量差積曲線一、水量累積曲線和水量差積曲線 二、根據(jù)用水要求確定興利庫容的圖解法二、根據(jù)用水要求確定興利庫容的圖解法 三、根據(jù)興利庫容確定調(diào)節(jié)流量的圖解法三、根據(jù)興利庫容確定調(diào)節(jié)流量的圖解法 四、根據(jù)水庫興利庫容和操作方案四、根據(jù)水庫興利庫容和操作方案, ,推求推求水庫運用過程水庫運用過程 1 1、水量累積曲線、水量累積曲線來水或用水隨時間變化的關(guān)系可來水或用水隨時間變化的關(guān)系可用用流量過程線流量過程線表示，也可表示，也可用水量用水量累積曲線累積曲線表示，均以時間為橫坐表示，均以時間為橫坐標(biāo)，如右圖。標(biāo)，如右圖。流量過程線上，縱坐標(biāo)表流量過程線上，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)時刻的流量值

2、；示相應(yīng)時刻的流量值；水量累積曲線上縱坐標(biāo)則水量累積曲線上縱坐標(biāo)則表示從計算起始時刻表示從計算起始時刻t t0 0( (坐坐標(biāo)原點標(biāo)原點) )到相應(yīng)時刻到相應(yīng)時刻t t之間之間的總水量的總水量。 流量過程線和水量累積曲線流量過程線和水量累積曲線 兩者之間的關(guān)系是：水量累積曲線是流量過程線的積分曲兩者之間的關(guān)系是：水量累積曲線是流量過程線的積分曲線，而流量過線則是水量累積曲線的一次導(dǎo)數(shù)線，即線，而流量過線則是水量累積曲線的一次導(dǎo)數(shù)線，即 dtdWQ ttQdtW0近似求積法：近似求積法：將流量過程線歷時分將流量過程線歷時分成若干時段成若干時段t t，求各時段平均流量，求各時段平均流量 ，并用它代

3、替時段內(nèi)變化的流量，并用它代替時段內(nèi)變化的流量，則：則：QtttQWW0流量過程線和水量累積曲線流量過程線和水量累積曲線為了便于計算和繪圖，常以為了便于計算和繪圖，常以【（m3/s）月月】為水量的計算單位。為水量的計算單位。 其含義是其含義是1m3/s的流量歷時一個月的流量歷時一個月的水量，即的水量，即 1（m3/s）月月2.63106 m3水量累積曲線計算表水量累積曲線計算表 時間時間月平均流量月平均流量(m3/s)水量增值水量增值W水量累積值水量累積值W=W年年月月按按106m3計計按按(m3/s)月月按按106m3計計按按(m3/s)月月(1)(2)(3)(4)(5)(6)某某年年567

4、89105010015015010050502.63100 2.63150 2.63150 2.63100 2.6350 2.6350100150150100500(月初月初)50 2.63150 2.63300 2.63450 2.63550 2.63600 2.630(月初月初)50150300450550600 已知某河某年510月平均流量，試繪制該時段內(nèi)水量累積曲線 （1 1）累積曲線各時刻的縱坐標(biāo)）累積曲線各時刻的縱坐標(biāo)就等于從開始時刻到該時刻為止就等于從開始時刻到該時刻為止這一段時間內(nèi)流經(jīng)所研究斷面的這一段時間內(nèi)流經(jīng)所研究斷面的水量之和；水量之和； （2 2）曲線上任意）曲線上任意

5、A A、B B兩點的縱兩點的縱坐標(biāo)差值坐標(biāo)差值W WABAB表示表示t tA A至至t tB B期間流過期間流過的水量；的水量；ABttttABtQtQW00ddttQdtW0tttQWW0 （3 3）連接曲線上任意）連接曲線上任意A A、B B兩點得兩點得割線割線ABAB，它與橫軸夾角，它與橫軸夾角 的正切的正切（斜率），正好表示（斜率），正好表示t tABAB內(nèi)的平內(nèi)的平均流量。均流量。全歷時？全歷時？ （4 4）水量累積曲線上任意一點的切）水量累積曲線上任意一點的切線斜率代表該時刻的瞬時流量，線斜率代表該時刻的瞬時流量，twABmACmBCQwtABmmQACBCtg/ttQdtW0dt

6、dWQ/ 若某時段流量為常數(shù)，則該若某時段流量為常數(shù)，則該時段內(nèi)水量累積曲線應(yīng)為直線段。時段內(nèi)水量累積曲線應(yīng)為直線段。也就是說按時段平均流量繪成的也就是說按時段平均流量繪成的水量累積曲線呈折線狀；而按瞬水量累積曲線呈折線狀；而按瞬時流量繪制時，則呈曲線狀。時流量繪制時，則呈曲線狀。 上述切線斜率表示流量的特上述切線斜率表示流量的特性可見，當(dāng)選定比尺繪成水量累性可見，當(dāng)選定比尺繪成水量累積曲線后積曲線后, ,必然產(chǎn)生與之相對應(yīng)的必然產(chǎn)生與之相對應(yīng)的流量比尺。流量比尺。 流量比尺的繪制方法：沿橫坐標(biāo)軸，在坐標(biāo)原點左邊一個計算流量比尺的繪制方法：沿橫坐標(biāo)軸，在坐標(biāo)原點左邊一個計算時段的長度處取一點時

7、段的長度處取一點O O作為流量比尺原點。在縱軸上按水量比尺作為流量比尺原點。在縱軸上按水量比尺量取任意值量取任意值Q Qt t(m3/s)(m3/s)月月 ，將，將OSOS及其延長線等分，即得流及其延長線等分，即得流量比尺。量比尺。 從流量過程線上減去一常數(shù)流從流量過程線上減去一常數(shù)流量值，例如量值，例如Q Q定定，然后把各單位時，然后把各單位時段的差量（段的差量（Q-QQ-Q定定）累積之，則得）累積之，則得差積曲線的各縱標(biāo)值，即差積曲線的各縱標(biāo)值，即 根據(jù)水量累積曲線各點的差積根據(jù)水量累積曲線各點的差積水量繪制而成的曲線，叫做水量水量繪制而成的曲線，叫做水量差積曲線。差積曲線。dtQdtQd

8、tQQWtttttt000)(定定差積dtQdtQdtQQWtttttt000)(定定差積Q tQ t時刻的瞬時流量時刻的瞬時流量; ;Q Q定定 接近于繪圖歷時平均流接近于繪圖歷時平均流量的整數(shù)值。量的整數(shù)值。tttQQW0）（定差積或近似表示為：或近似表示為：Q Q 時段平均流量時段平均流量 水量差積曲線也具有與水量和時間比尺相適應(yīng)水量差積曲線也具有與水量和時間比尺相適應(yīng)的流量比尺，只不過這時水平方向不表示流量為零，的流量比尺，只不過這時水平方向不表示流量為零，而表示接近于繪圖歷時平均流量的整數(shù)流量而表示接近于繪圖歷時平均流量的整數(shù)流量Q Q定定。流量。流量等于零的射線已等于零的射線已“錯

9、動錯動”到傾向右下方的到傾向右下方的OtOt位置。位置。dtQQWtt)(0定差積定差積QQtWd/d定差積QtWQd/d求導(dǎo)求導(dǎo) 先畫水平線段先畫水平線段On，使它按時間比尺表示某一定時段，使它按時間比尺表示某一定時段t。然后由。然后由n點垂直向下作線段點垂直向下作線段 tn ，使它按水量比尺等于，使它按水量比尺等于Q定定t(m3/s)月月。將。將tn及其延長線等分，即可繪出水量差積曲線的流量比尺。及其延長線等分，即可繪出水量差積曲線的流量比尺。 (1)QQ (1)QQ定定時時, ,曲線上升；曲線上升；QQQQ定定時，曲線下降。時，曲線下降。當(dāng)當(dāng)Q Q定定等于或接近于繪圖歷時的平均流量時，等

10、于或接近于繪圖歷時的平均流量時，曲線將圍繞水平軸上下擺動；曲線將圍繞水平軸上下擺動； (2) (2)曲線上任兩點縱坐標(biāo)差，等于此時段內(nèi)流曲線上任兩點縱坐標(biāo)差，等于此時段內(nèi)流過之水量減去過之水量減去Q Q定定流量在同一時段內(nèi)流過之水流量在同一時段內(nèi)流過之水量；量； (3) (3)曲線上任意兩點至流量比尺曲線上任意兩點至流量比尺Q=0Q=0方向線的方向線的垂直距離之差，即該兩點歷時內(nèi)的實際水量。垂直距離之差，即該兩點歷時內(nèi)的實際水量。定差積QQtWd/dxxtttttQtQ00定xtttQQW0）（定差積 (4) (4)任一時刻的流量可由差積曲線任一時刻的流量可由差積曲線上該點切線斜率按流量比尺確

11、上該點切線斜率按流量比尺確定定 。當(dāng)某時段流量為常數(shù)時，。當(dāng)某時段流量為常數(shù)時，該時段內(nèi)差積曲線呈直線狀。該時段內(nèi)差積曲線呈直線狀。 某時段的平均流量可由水量某時段的平均流量可由水量差積曲線相應(yīng)兩點的連線斜率，差積曲線相應(yīng)兩點的連線斜率，按流量比尺確定。按流量比尺確定。定差積QQt/Wdd可見，可見，水量差積曲線具有與水量累積曲線十分相似的基本特性。水量差積曲線具有與水量累積曲線十分相似的基本特性。1 1、確定年調(diào)節(jié)水庫興利、確定年調(diào)節(jié)水庫興利庫容的圖解法庫容的圖解法( (不計水不計水量損失量損失) ) （一）年調(diào)節(jié)水庫圖解計算的代表（一）年調(diào)節(jié)水庫圖解計算的代表期法：期法： 1 1 使用水量

12、累積曲線確定使用水量累積曲線確定 (1)(1)平行移動需水累積曲線，使切平行移動需水累積曲線，使切來水累積曲線于來水累積曲線于M M點。點。 (2)(2)再平行移動需水累積曲線，使再平行移動需水累積曲線，使與來水累積曲線切于與來水累積曲線切于M M點之右下方點之右下方N N點。點。 (3)(3)兩切線之間的垂直距離即為所兩切線之間的垂直距離即為所需之調(diào)節(jié)庫容需之調(diào)節(jié)庫容v v。P上切點上切點M M為余水期到虧水期之分界為余水期到虧水期之分界點點，在，在M M點以左，來水累積曲線之點以左，來水累積曲線之斜率大于需水累積曲線之斜率，即斜率大于需水累積曲線之斜率，即來水流量大于需水流量，為余水期。來

13、水流量大于需水流量，為余水期。M M點以右則相反，為虧水期。點以右則相反，為虧水期。供水期供水期t tM MttN N時段天然來水總量為時段天然來水總量為RNRN，相應(yīng)的需水累積量為相應(yīng)的需水累積量為RPRP，故虧水量，故虧水量為為PNPN，也即所需之調(diào)節(jié)庫容，也即所需之調(diào)節(jié)庫容V V。調(diào)節(jié)庫容取決于左上切點與其后續(xù)調(diào)節(jié)庫容取決于左上切點與其后續(xù)之右下切點之間的垂直距離之右下切點之間的垂直距離。而非。而非左下切點與其后續(xù)之右上切點左下切點與其后續(xù)之右上切點( (圖圖中中O O、M M點點) )，后兩點之間為余水期，后兩點之間為余水期，該切點之間垂直距離表示余水期總該切點之間垂直距離表示余水期總

14、余水量。余水量。 （1 1）繪制設(shè)計枯水）繪制設(shè)計枯水年水量年水量差積曲線差積曲線及其及其流量流量比尺比尺； （2 2）在流量比尺上）在流量比尺上定出已知定出已知調(diào)節(jié)流量的方向調(diào)節(jié)流量的方向線，繪出平行于線，繪出平行于Q Q調(diào)調(diào)射線并射線并與天然水量差積曲線相切與天然水量差積曲線相切的平行線組的平行線組； （3 3）供水期上、下供水期上、下切線間的縱距，切線間的縱距，按水量比按水量比尺量取，即等于尺量取，即等于所求的水所求的水庫庫V V興興。 (1)上切線上切線bb和天然來水量差積曲線的縱距和天然來水量差積曲線的縱距表示各時刻需由水庫補充的水量；表示各時刻需由水庫補充的水量； (2)切線切線b

15、b和和cc間縱距為興利庫容間縱距為興利庫容V興興； (3)天然水量差積曲線與下切線天然水量差積曲線與下切線cc間的縱距間的縱距表示供水期水庫蓄水量變化過程。表示供水期水庫蓄水量變化過程。 首先針對長系列實測徑流首先針對長系列實測徑流資料，用與上述代表期法相同資料，用與上述代表期法相同的步驟和方法進行圖解，求出的步驟和方法進行圖解，求出各年所需的興利庫容。再按由各年所需的興利庫容。再按由小到大順序排列，計算、繪制小到大順序排列，計算、繪制興利庫容經(jīng)驗頻率曲線。最后，興利庫容經(jīng)驗頻率曲線。最后，根據(jù)設(shè)計保證率根據(jù)設(shè)計保證率P P設(shè)由興利庫設(shè)由興利庫容頻率曲線查定所求的興利庫容頻率曲線查定所求的興利

16、庫容圖（容圖（a a）。）。 顯然，改變顯然，改變Q Q調(diào)調(diào)將得將得出不同的出不同的V V興興。針對每一。針對每一個個Q Q調(diào)調(diào)方案進行長系列時方案進行長系列時歷圖解、將求得各自特歷圖解、將求得各自特定的興利庫容經(jīng)驗頻率定的興利庫容經(jīng)驗頻率曲線，如圖（曲線，如圖（b b）所示。）所示。水量累積曲線水量累積曲線 對任一瞬時對任一瞬時t tA A，流量：流量： ttQdtW0dtdWQ twtwABABABmmtgmACmBCtWQtwmmtgQ“比尺比尺”=“比例尺比例尺”指圖或坐標(biāo)系中單位指圖或坐標(biāo)系中單位長度距離所代表的實長度距離所代表的實際數(shù)值。際數(shù)值。一定的傾斜角度代表一定一定的傾斜角度

17、代表一定的流量；的流量；流量比尺取決于流量比尺取決于水量比尺水量比尺和和時間比尺時間比尺水量差積曲線水量差積曲線ABABABttttttABtQtQdtQdtQdtQQWBABABA定定定)(定定定定QmmtgQtWQdtQdtQdtQQWtwABABABttttttABBABABA)(dtQQWtt)(0定差積定差積QQtWd/d定定差積QmmtgQtWQtwd/d圖解法確定興利庫容（設(shè)計代表年）圖解法確定興利庫容（設(shè)計代表年）（一）多年調(diào)節(jié)水庫圖解計算的代表期法（一）多年調(diào)節(jié)水庫圖解計算的代表期法（ 與上述年調(diào)節(jié)代表用法相似與上述年調(diào)節(jié)代表用法相似） (1) (1)繪制設(shè)計枯水系列（長系列

18、）水量差積曲線及其流量比尺繪制設(shè)計枯水系列（長系列）水量差積曲線及其流量比尺; ; (2) (2)按照公式按照公式T T破破=n=nP P設(shè)設(shè)(n +1)(n +1)計算在設(shè)計保證率條件下的允計算在設(shè)計保證率條件下的允許破壞年數(shù)許破壞年數(shù); ; 本例具有本例具有3030年水文資料，即年水文資料，即n n3030，若，若P P設(shè)設(shè)=94=94，則，則: : T T破破30-0.9430-0.94311311年。年。 (3) (3)選出最嚴重的連續(xù)枯水年系列選出最嚴重的連續(xù)枯水年系列, ,并自此系列末期扣除并自此系列末期扣除T T破破, ,以以劃定設(shè)計枯水系列；劃定設(shè)計枯水系列； (4) (4)根

19、據(jù)需要與可能，確定在正常工作遭破壞年份的最低用水根據(jù)需要與可能，確定在正常工作遭破壞年份的最低用水流量流量Q Q破破，Q Q破破 Q Q調(diào)調(diào); ; (5) (5)在最嚴重枯水年系列末期在最嚴重枯水年系列末期( (最后一年最后一年) )作天然水量差積曲線作天然水量差積曲線的切線，使其斜率等于的切線，使其斜率等于Q Q破破; ;(6)自點自點s作斜率等于作斜率等于Q調(diào)調(diào)的線段的線段ss。同時在設(shè)計枯水系列起始時刻。同時在設(shè)計枯水系列起始時刻作差積曲線的切線作差積曲線的切線hh ，其斜率也等于，其斜率也等于Q調(diào)調(diào)，切點為，切點為h。 ss與與hh間的縱距便表示該多年調(diào)節(jié)水庫應(yīng)具備的興利庫容間的縱距便

20、表示該多年調(diào)節(jié)水庫應(yīng)具備的興利庫容;(7)當(dāng)長系列水文資料中有兩個以上的嚴重枯水年系列而難于確定設(shè)當(dāng)長系列水文資料中有兩個以上的嚴重枯水年系列而難于確定設(shè)計枯水系列時，則應(yīng)按上述步驟分別對各枯水年系列進行圖解，計枯水系列時，則應(yīng)按上述步驟分別對各枯水年系列進行圖解，取所需興利庫容中的最大值，以策安全。取所需興利庫容中的最大值，以策安全。 運用推調(diào)節(jié)流量平行切線的方法，求出各種年份和年組所運用推調(diào)節(jié)流量平行切線的方法，求出各種年份和年組所需的興利庫容，而后對各興利庫容值進行頻率計算，按設(shè)計保需的興利庫容，而后對各興利庫容值進行頻率計算，按設(shè)計保證率確定必需的興利庫容。證率確定必需的興利庫容。 在

21、求出各種年份和年組所需的興利庫容在求出各種年份和年組所需的興利庫容V1、V2、V3、V10之后，按由小到大排序計算各興利庫容值的頻率，并繪制之后，按由小到大排序計算各興利庫容值的頻率，并繪制興利庫容頻率曲線，根據(jù)興利庫容頻率曲線，根據(jù)P設(shè)設(shè)便可在該曲線上查定所需多年調(diào)便可在該曲線上查定所需多年調(diào)節(jié)水庫的興利庫容節(jié)水庫的興利庫容V興興。 方法一：方法一：將計算期分為若干時段，由不計損失時的蓄水情將計算期分為若干時段，由不計損失時的蓄水情況初定各時段的水量損失值。以供水終止時刻放空興利庫容為控況初定各時段的水量損失值。以供水終止時刻放空興利庫容為控制，逆時序操作并逐步逼近地求出較精確的解答。制，逆

22、時序操作并逐步逼近地求出較精確的解答。 方法二：方法二：近似法近似法 根據(jù)不計水量損失求得的興利庫容定出水庫在計算期的平均根據(jù)不計水量損失求得的興利庫容定出水庫在計算期的平均蓄水量和平均水面面積，從而求出計算期總水量損失并折算成損蓄水量和平均水面面積，從而求出計算期總水量損失并折算成損失流量。失流量。 用既定的調(diào)節(jié)流量加上損失流量得出毛調(diào)節(jié)流量，再根據(jù)毛用既定的調(diào)節(jié)流量加上損失流量得出毛調(diào)節(jié)流量，再根據(jù)毛調(diào)節(jié)流量在天然水量差積曲線上進行圖解，便可求出計入水庫水調(diào)節(jié)流量在天然水量差積曲線上進行圖解，便可求出計入水庫水量損失后的興利庫容近似解。量損失后的興利庫容近似解。代表期法：代表期法：(1)(

23、1)在設(shè)計枯水年水量差積曲線下方繪在設(shè)計枯水年水量差積曲線下方繪制與之平行的制與之平行的滿庫線滿庫線，兩者間縱距，兩者間縱距等于已知的興利庫容等于已知的興利庫容V V興興; ;(2)(2)繪制枯水期天然水量差積曲線和滿繪制枯水期天然水量差積曲線和滿庫線的公切線庫線的公切線ab;ab;(3)(3)根據(jù)公切線的方向，在流量比尺上根據(jù)公切線的方向，在流量比尺上定出相應(yīng)的流量值，它就是已知興定出相應(yīng)的流量值，它就是已知興利庫容所能獲得的符合設(shè)計保證率利庫容所能獲得的符合設(shè)計保證率要求的調(diào)節(jié)流量。切點要求的調(diào)節(jié)流量。切點a a和和b b分別定分別定出按等流量調(diào)節(jié)時水庫供水期的起出按等流量調(diào)節(jié)時水庫供水期

24、的起迄日期迄日期; ;3-211、確定年調(diào)節(jié)水庫調(diào)節(jié)流量的圖解法、確定年調(diào)節(jié)水庫調(diào)節(jié)流量的圖解法 (4) (4)當(dāng)計及水庫水量損失時，先求平均損失流量，從上面求出的當(dāng)計及水庫水量損失時，先求平均損失流量，從上面求出的調(diào)節(jié)流量中扣除損失流量，即得凈調(diào)節(jié)流量。調(diào)節(jié)流量中扣除損失流量，即得凈調(diào)節(jié)流量。 在設(shè)計保證率一定時，調(diào)節(jié)流量值將隨興利庫容的增減而增在設(shè)計保證率一定時，調(diào)節(jié)流量值將隨興利庫容的增減而增減，當(dāng)改變減，當(dāng)改變P P設(shè)設(shè)時，只需分別對各個時，只需分別對各個P P設(shè)設(shè)相應(yīng)的設(shè)計枯水年，用同相應(yīng)的設(shè)計枯水年，用同樣方法進行圖解，便可繪出一組以樣方法進行圖解，便可繪出一組以P P設(shè)設(shè)為參數(shù)的

25、興利庫容與調(diào)節(jié)為參數(shù)的興利庫容與調(diào)節(jié)流量的關(guān)系曲線。流量的關(guān)系曲線。求出各種來水年份的求出各種來水年份的Q Q調(diào)調(diào)，將這些將這些Q Q調(diào)調(diào)值按大小順序排值按大小順序排列，進行頻率計算并繪制列，進行頻率計算并繪制調(diào)節(jié)流量頻率曲線。根據(jù)調(diào)節(jié)流量頻率曲線。根據(jù)規(guī)定的規(guī)定的P P設(shè)設(shè)，便可在該頻率，便可在該頻率曲線上查定所求的調(diào)節(jié)流曲線上查定所求的調(diào)節(jié)流量值。對若干興利庫容方量值。對若干興利庫容方案，用相同方法進行圖解，案，用相同方法進行圖解，就能繪出一組調(diào)節(jié)流量頻就能繪出一組調(diào)節(jié)流量頻率曲線。率曲線。 代表期法：代表期法： 從長水文系從長水文系列中選出最枯枯水年組，列中選出最枯枯水年組，根據(jù)水文系列

26、的年限和設(shè)根據(jù)水文系列的年限和設(shè)計保證率，可算出正常工計保證率，可算出正常工作允許破壞年數(shù)作允許破壞年數(shù); ; T T破破n n- -P P設(shè)設(shè)( (n n +1) +1) 據(jù)此在圖中確定據(jù)此在圖中確定s s點位置。自點位置。自s s點作滿點作滿庫線的切線庫線的切線s ss s“,“,可按其可按其方向在流量比尺上定出調(diào)方向在流量比尺上定出調(diào)節(jié)流量節(jié)流量Q Q調(diào)。調(diào)。 這類圖解也可對長系列水文資料進行，如圖這類圖解也可對長系列水文資料進行，如圖4-254-25所示。表示所示。表示用水情況的調(diào)節(jié)流量線，基本上用水情況的調(diào)節(jié)流量線，基本上由天然水量差積曲線和滿庫線的由天然水量差積曲線和滿庫線的公切線

27、組成公切線組成。但應(yīng)注意，。但應(yīng)注意，該調(diào)節(jié)流量不應(yīng)超越天然水量差積曲線該調(diào)節(jié)流量不應(yīng)超越天然水量差積曲線和滿庫線的范圍。和滿庫線的范圍。例如例如圖圖2-242-24中中T T時期內(nèi)就不能再拘泥于公切線時期內(nèi)就不能再拘泥于公切線的作法，而應(yīng)改為兩種不同調(diào)節(jié)流量的用水方式（即的作法，而應(yīng)改為兩種不同調(diào)節(jié)流量的用水方式（即Q Q調(diào)調(diào)7 7和和Q Q調(diào)調(diào)8 8）。）。 以上這種作圖方法所得調(diào)節(jié)方案，就好似一根細線繃緊在天以上這種作圖方法所得調(diào)節(jié)方案，就好似一根細線繃緊在天然水量差積曲線與滿庫線之間的各控制點上（要盡量使調(diào)節(jié)流量然水量差積曲線與滿庫線之間的各控制點上（要盡量使調(diào)節(jié)流量均衡些），所以又被形象地稱為