《工程水文與水利計算》課件-第9章 水庫興利調節(jié)計算

水庫興利調節(jié)計算第章九教學內容1、興利調節(jié)計算基本內容；2、水庫興利調節(jié)計算基本原理；3、年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算；4、多年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算。教學內容熟悉水庫興利調節(jié)計算基本原理、基本內容和多年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算，掌握年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算中的時歷列表法。CONTENTS目錄9.19.29.39.4興利調節(jié)計算基本內容水庫興利調節(jié)計算基本原理年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算多年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算PART01興利調節(jié)計算基本內容9.1興利調節(jié)計算基本內容9.1興利調節(jié)計算基本內容1、概念2、任務3、基本內容

為了滿足灌溉、發(fā)電、供水和航運等部門的興利用水要求，需利用水庫的調蓄作用，將河川徑流豐水期(豐水年）多余的水量蓄存起來，提高枯水期(枯水年）的供水量而進行的調節(jié)計算。借助水庫調節(jié)作用，按用水要求重新分配河川天然徑流。（1）根據(jù)天然來水過程和用水部門的需水要求，求出所需興利庫容；（2）根據(jù)來水過程和已定的興利庫容，求水庫可提供的調節(jié)流量。水庫興利調節(jié)計算PART02水庫興利調節(jié)計算基本原理9.2.1徑流調節(jié)計算基本原理9.2.2水庫的調節(jié)周期中水庫的運用情況分析9.2.1徑流調節(jié)計算基本原理某一計算時段Δt內水庫水量平衡方程式可表示為：(9-1)入庫水量出庫水量水庫蓄水容積的變化值當用時段平均流量表示時，則式(9-1)可改寫為:水庫蓄水的變化量平均入庫流量平均出庫流量計算時段(9-2)水庫興利調節(jié)計算的基本原理是水庫的水量平衡。9.2.2水庫的調節(jié)周期中水庫的運用情況分析水庫的運用是指在調節(jié)周期內，水庫的蓄水、供水過程。1.水庫一次運用水庫在調節(jié)周期內只有一個余水期和一個缺水期的情況，叫做水庫一次運用。當W1≥W2時，水庫興利庫容為：V興=W2來水過程用水過程缺水量余水量9.2.2水庫的調節(jié)周期中水庫的運用情況分析2.水庫二次運用(1)當W1>W2，W3>W4時，則

(2)當W1>W2，W3<W4時，

則

(3)當W1>W2，W2<W3<W4時，

則

9.2.2水庫的調節(jié)周期中水庫的運用情況分析3.水庫多次運用(1)逆時序計算

(2)順時序計算

V興=∑(W來-W用)最大-CV興=V最大C為余水量9.2.2水庫的調節(jié)周期中水庫的運用情況分析例題9-1

假設圖9-3中W1=20萬m3，W2=3萬m3，W3=4萬m3，W4=5萬m3，W5=3萬m3，W6=4萬m3，求興利庫容。解：由二次運用判斷準則得PART03年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算9.3.1時歷列表法9.3.2簡化水量平衡法9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算計算方法分類時歷法數(shù)理統(tǒng)計法列表法模擬計算法9.3.1時歷列表法9.3.1.1不計水量損失的時歷列表法年調節(jié)水庫的調節(jié)周期為一年，計算時段一般采用月(或旬)。

某年調節(jié)水庫的來水、用水情況見表9-1，調節(jié)周期是由當年7月初到次年6月止。其中7~11月為余水期，12月初到次年6月末為缺水期，屬于水庫的一次運用，求所需的調節(jié)庫容。例題9-29.3.1時歷列表法月份來水量用水量來水量—用水量早蓄方案晚蓄方案余水缺水月末蓄水棄水月末蓄水棄水(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)71492070807840

7840

6070177081226044907770

15610

13840

9542012904130

19740

17970

10624015404700

2422022022670

1124208701550

24220155024220

1210801130

5024170

24170

111201500

38023790

23790

210602280

122022570

22570

312604410

315019420

19420

421408470

633013090

13090

5285010220

73705720

5720

639209640

57200

0

合計5469052920

24220

1770

1770表9-1水庫年調節(jié)時歷列表計算(不計水量損失)單位：萬m3早蓄方案是先蓄水后棄水，采用順時序計算方便：有余水就蓄，蓄滿后就棄，到缺水期放水，直至放空。晚蓄方案是先棄水后蓄水，采用逆時序計算方便：遇缺水時相加，遇余水時相減，直到水庫蓄滿，若蓄水量為零，還有余水就棄。9.3.1時歷列表法9.3.1.2考慮水量損失的歷時列表法

水庫在蓄水、供水過程中，一定會發(fā)生水量損失。因此，水庫應適當增大庫容，以抵償損失的水量，從而保證正常供水。水庫的蒸發(fā)損失和滲漏損失與水庫水面面積、蓄水量有關，而水庫水面面積、蓄水量是隨時間變化的?？紤]水量損失的歷時列表法只能采用逐次漸近的方法進行計算。9.3.1時歷列表法9.3.1.3考慮水量損失的簡算法

在中小型水庫的設計工作中，根據(jù)不計水量損失求得的調節(jié)庫容可算出供水期的平均庫容：

由查水庫水位容積Z-V曲線得全年平均水位Z，再查水位面積曲線Z-F得面積F，據(jù)此算出水庫的蒸發(fā)和滲漏損失水量，將此損失水量與不計損失的調節(jié)庫容相加求得計入損失的調節(jié)庫容。9.3.2簡化水量平衡法

在水庫規(guī)劃中，各月用水量可概化為常數(shù)，然后將一年劃分為一個余水期和一個供水期，然后用水量平衡法計算年調節(jié)庫容，即：(9-3)年調節(jié)庫容各月用水量(常數(shù))供水期歷時供水期天然來水量9.3.2簡化水量平衡法例題9-4

某水庫的年來水過程見表9-3。各月用水量為20m3/s。用簡化水量平衡法計算該年所需的調節(jié)庫容。表9-3水庫某年的來水過程單位:m3/s月份345678910111212來水量33.146.052.664.043.736.016.625.26.27.828.310.7解：（1）確定供水期。（2）計算該年所需的調節(jié)庫容。供水期9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定

當水庫壩址有N年長系列來水資料，將此N個調節(jié)庫容由小到大排列，用下列(9-4）公式進行庫容保證率計算。

在普通坐標上點繪V-p頻率曲線，如圖9-4所示，根據(jù)選定的設計保證率P設，查V-p頻率曲線即可求得相應的興利庫容V興。(9-4)圖9-4V-p關系(庫容頻率)曲線9.3.3.1長系列法確定興利庫容9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定

貴州青龍堡水庫任務為工業(yè)園區(qū)供水，結合社會經(jīng)濟發(fā)展和當?shù)厮Y源條件以及供水對象的特點，供水保證率取P=90％。工業(yè)園區(qū)供水量817萬m3。青龍堡水庫修建后將要返還下游300畝水田灌溉用水過程，多年平均灌溉用水量為30.1萬m3；庫損量(蒸發(fā)和滲漏損失）按水庫正常蓄水位相應庫容的10%計，為66.9萬m3/a；壩址處環(huán)境水年按多年平均流量的10%均勻下放，每年需均勻下放0.0442m3/s(140萬m3）的環(huán)境用水。試按長系列法進行興利調節(jié)計算。例題9-59.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定解：通過調節(jié)計算在確保下游生態(tài)環(huán)境用水及返還下游300畝水田用水的情況下，保證工業(yè)園區(qū)用水量817萬m3需要的興利庫容為651.1萬m3，興利調節(jié)計算成果及過程見表9-4所示。表9-4

青龍堡水庫興利調節(jié)計算成果表表9-5

采用時歷法(長系列法）進行興利調節(jié)計算表表9-6青龍堡水庫興利調節(jié)計算興利庫容排頻表圖9-5青龍堡水庫興利調節(jié)計算興利庫容排頻圖9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定9.3.3.2代表年法單一選年法庫容排頻法實際干旱年法在水電站水庫的規(guī)劃設計中用得較多，也稱典型年法。實際代表年法設計代表年法分類9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定9.3.3.3興利庫容、調節(jié)流量與設計保證率的關系興利庫容V興、調節(jié)流量Qp和保證率P三者之間的關系如圖9-7所示：結論：1、當調節(jié)庫容一定時，提高保證率，則調節(jié)流量減??；2、當調節(jié)流量一定時，提高保證率，則意味著要增加調節(jié)庫容；3、當保證率一定時，加大調節(jié)庫容，則可增大調節(jié)流量。圖9-7以V興為參數(shù)的Qp—P曲線

在設計保證率P0條件下，可在圖9-7上查得每個V興對應的Qp值，再點繪出設計保證率P0條件下的V興-Qp線，如圖9-8所示：圖9-8設計保證率P0條件下的V興—Qp曲線9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定PART04多年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算9.4.1長系列時歷列表法9.4.2差積曲線法9.4.3試算法求興利庫容9.4.4考慮水量損失的簡化計算9.4.5數(shù)理統(tǒng)計法9.4多年調節(jié)水庫興利調節(jié)計算VS當設計年用水量小于設計年來水量時，只要將當年汛期的部分多余水量蓄起來，就能滿足枯水期所缺的水量，即水庫只需進行年內調節(jié)。年內調節(jié)當設計年來水量小于設計年用水量時，說明設計年來水量不夠用，需要將豐水年的余水蓄存在水庫中，跨年度補給枯水年使用，這種跨年度的徑流調節(jié)稱為水庫的多年調節(jié)。多年調節(jié)多年調節(jié)所需的調節(jié)庫容大，調節(jié)程度高，對來水的利用較充分。9.4.1長系列時歷列表法例題9-6某水庫具有24年的徑流系列，經(jīng)分析認為具有一定的代表性。試用此來作多年調節(jié)計算。解:

（1）根據(jù)來水和用水，將各水利年都劃分為一個余水期和一個缺水期，并統(tǒng)計余水期和缺水期的水量。

（2）計算各水利年所需要的調節(jié)庫容。若某水利年余水量大于缺水量，則該年能實現(xiàn)年調節(jié)，反之為多年調節(jié)。長系列時歷列表法與年調節(jié)水庫的長系列法基本相同。9.4.1長系列時歷列表法表9-7某水庫逐年調節(jié)庫容計算

單位：萬m39.4.2差積曲線法計算步驟（1）根據(jù)來水和用水，將各水利年都劃分為一個余水期和一個缺水期，并統(tǒng)計余水期和缺水期的水量；（2）按時序計算余水、缺水的累積值，即差積水量；（3）以差積水量為縱坐標、時間(年)為橫坐標，繪制差積曲線；（4）根據(jù)差積曲線計算各水利年所需的調節(jié)庫容；（5）求得各年需要的調節(jié)庫容后，進行頻率計算，求出滿足設計保證率的調節(jié)庫容，即為興利庫容(設計值)。9.4.3試算法求興利庫容試算法用下式計算供水保證率：(9-5)

若計算的供水保證率不等于設計保證率，則再假定興利庫容重復上述計算過程，直到兩者相等為止。9.4.3試算法求興利庫容為避免多次試算的盲目性，試算幾次后，可將試算結果得到的幾個V興與P對應數(shù)據(jù)點繪如圖9-9的關系曲線，以設計保證率P設查此曲線得到興利庫容V興。圖9-9

V興—P關系曲線9.4.4考慮水量損失的簡化計算方法步驟先不考慮水量損失初步計算出興利庫容，并以此值計算多年平均的蓄水容積及多年平均的水面面積；(1)計算多年平均的逐月蒸發(fā)損失和滲漏損失；(2)在用水系列中，逐年逐月加入這一水量損失，得到一個新的用水系列，再與來水系列配合，計算逐年所需的調節(jié)庫容；(3)作庫容頻率曲線，按設計保證率查算出興利庫容。(4)

某多年調節(jié)水庫有24年的來水、用水資料，設計保證率為75%，死庫容為708萬m3，不考慮水量損失初步計算的多年調節(jié)興利庫容為12600萬m3。試計算該水庫多年平均的逐月?lián)p失水量。例題9-79.4.4考慮水量損失的簡化計算解：以平均蓄水容積和平均水面面積計算水庫蒸發(fā)損失和滲漏損失。平均蓄水容積：相應的水面面積由水庫面積曲級查9.4.4考慮水量損失的簡化計算

月滲漏損失標準取多年平均蓄水容積的0.5%，則月滲漏損失為：7008×0.5%=35.0(萬m3)月蒸發(fā)損失標準等于多年平均的各月蒸發(fā)損失深度，以此深度乘以多年平均水面面積得多年平均各月蒸發(fā)損失，計算結果見表9-8。