《工程水文與水利計(jì)算》課件-第9章 水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算

水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算第章九教學(xué)內(nèi)容1、興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本內(nèi)容；2、水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理；3、年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算；4、多年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容熟悉水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理、基本內(nèi)容和多年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算，掌握年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算中的時(shí)歷列表法。CONTENTS目錄9.19.29.39.4興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本內(nèi)容水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算多年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算PART01興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本內(nèi)容9.1興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本內(nèi)容9.1興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本內(nèi)容1、概念2、任務(wù)3、基本內(nèi)容

為了滿足灌溉、發(fā)電、供水和航運(yùn)等部門的興利用水要求，需利用水庫的調(diào)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(jìn)行的調(diào)節(jié)計(jì)算。借助水庫調(diào)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(diào)節(jié)流量。水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算PART02水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理9.2.1徑流調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理9.2.2水庫的調(diào)節(jié)周期中水庫的運(yùn)用情況分析9.2.1徑流調(diào)節(jié)計(jì)算基本原理某一計(jì)算時(shí)段Δt內(nèi)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(dāng)用時(shí)段平均流量表示時(shí)，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(jì)算時(shí)段(9-2)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本原理是水庫的水量平衡。9.2.2水庫的調(diào)節(jié)周期中水庫的運(yùn)用情況分析水庫的運(yùn)用是指在調(diào)節(jié)周期內(nèi)，水庫的蓄水、供水過程。1.水庫一次運(yùn)用水庫在調(diào)節(jié)周期內(nèi)只有一個(gè)余水期和一個(gè)缺水期的情況，叫做水庫一次運(yùn)用。當(dāng)W1≥W2時(shí)，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(diào)節(jié)周期中水庫的運(yùn)用情況分析2.水庫二次運(yùn)用(1)當(dāng)W1>W2，W3>W4時(shí)，則

(2)當(dāng)W1>W2，W3<W4時(shí)，

則

(3)當(dāng)W1>W2，W2<W3<W4時(shí)，

則

9.2.2水庫的調(diào)節(jié)周期中水庫的運(yùn)用情況分析3.水庫多次運(yùn)用(1)逆時(shí)序計(jì)算

(2)順時(shí)序計(jì)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(diào)節(jié)周期中水庫的運(yùn)用情況分析例題9-1

假設(shè)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(yùn)用判斷準(zhǔn)則得PART03年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算9.3.1時(shí)歷列表法9.3.2簡(jiǎn)化水量平衡法9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算計(jì)算方法分類時(shí)歷法數(shù)理統(tǒng)計(jì)法列表法模擬計(jì)算法9.3.1時(shí)歷列表法9.3.1.1不計(jì)水量損失的時(shí)歷列表法年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)節(jié)周期為一年，計(jì)算時(shí)段一般采用月(或旬)。

某年調(diào)節(jié)水庫的來水、用水情況見表9-1，調(diào)節(jié)周期是由當(dāng)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(yùn)用，求所需的調(diào)節(jié)庫容。例題9-29.3.1時(shí)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(jì)5469052920

24220

1770

1770表9-1水庫年調(diào)節(jié)時(shí)歷列表計(jì)算(不計(jì)水量損失)單位：萬m3早蓄方案是先蓄水后棄水，采用順時(shí)序計(jì)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(shí)序計(jì)算方便：遇缺水時(shí)相加，遇余水時(shí)相減，直到水庫蓄滿，若蓄水量為零，還有余水就棄。9.3.1時(shí)歷列表法9.3.1.2考慮水量損失的歷時(shí)列表法

水庫在蓄水、供水過程中，一定會(huì)發(fā)生水量損失。因此，水庫應(yīng)適當(dāng)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(guān)，而水庫水面面積、蓄水量是隨時(shí)間變化的?？紤]水量損失的歷時(shí)列表法只能采用逐次漸近的方法進(jìn)行計(jì)算。9.3.1時(shí)歷列表法9.3.1.3考慮水量損失的簡(jiǎn)算法

在中小型水庫的設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)不計(jì)水量損失求得的調(diào)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(jì)損失的調(diào)節(jié)庫容相加求得計(jì)入損失的調(diào)節(jié)庫容。9.3.2簡(jiǎn)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(gè)余水期和一個(gè)供水期，然后用水量平衡法計(jì)算年調(diào)節(jié)庫容，即：(9-3)年調(diào)節(jié)庫容各月用水量(常數(shù))供水期歷時(shí)供水期天然來水量9.3.2簡(jiǎn)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(jiǎn)化水量平衡法計(jì)算該年所需的調(diào)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(jì)算該年所需的調(diào)節(jié)庫容。供水期9.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定

當(dāng)水庫壩址有N年長(zhǎng)系列來水資料，將此N個(gè)調(diào)節(jié)庫容由小到大排列，用下列(9-4）公式進(jìn)行庫容保證率計(jì)算。

在普通坐標(biāo)上點(diǎn)繪V-p頻率曲線，如圖9-4所示，根據(jù)選定的設(shè)計(jì)保證率P設(shè)，查V-p頻率曲線即可求得相應(yīng)的興利庫容V興。(9-4)圖9-4V-p關(guān)系(庫容頻率)曲線9.3.3.1長(zhǎng)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(wù)為工業(yè)園區(qū)供水，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和當(dāng)?shù)厮Y源條件以及供水對(duì)象的特點(diǎn)，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(yīng)庫容的10%計(jì)，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(zhǎng)系列法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算。例題9-59.3.3興利庫容與正常蓄水位的確定解：通過調(diào)節(jié)計(jì)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(diào)節(jié)計(jì)算成果及過程見表9-4所示。表9-4

青龍堡水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果表表9-5

采用時(shí)歷法(長(zhǎng)系列法）進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算表表9-6青龍堡水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算興利庫容排頻表圖9-5青龍堡水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)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(shí)際干旱年法在水電站水庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)中用得較多，也稱典型年法。實(shí)際代表年法設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)流量與設(shè)計(jì)保證率的關(guān)系興利庫容V興、調(diào)節(jié)流量Qp和保證率P三者之間的關(guān)系如圖9-7所示：結(jié)論：1、當(dāng)調(diào)節(jié)庫容一定時(shí)，提高保證率，則調(diào)節(jié)流量減??；2、當(dāng)調(diào)節(jié)流量一定時(shí)，提高保證率，則意味著要增加調(diào)節(jié)庫容；3、當(dāng)保證率一定時(shí)，加大調(diào)節(jié)庫容，則可增大調(diào)節(jié)流量。圖9-7以V興為參數(shù)的Qp—P曲線

在設(shè)計(jì)保證率P0條件下，可在圖9-7上查得每個(gè)V興對(duì)應(yīng)的Qp值，再點(diǎn)繪出設(shè)計(jì)保證率P0條件下的V興-Qp線，如圖9-8所示：圖9-8設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算9.4.1長(zhǎng)系列時(shí)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(jiǎn)化計(jì)算9.4.5數(shù)理統(tǒng)計(jì)法9.4多年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算VS當(dāng)設(shè)計(jì)年用水量小于設(shè)計(jì)年來水量時(shí)，只要將當(dāng)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(jìn)行年內(nèi)調(diào)節(jié)。年內(nèi)調(diào)節(jié)當(dāng)設(shè)計(jì)年來水量小于設(shè)計(jì)年用水量時(shí)，說明設(shè)計(jì)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(bǔ)給枯水年使用，這種跨年度的徑流調(diào)節(jié)稱為水庫的多年調(diào)節(jié)。多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)所需的調(diào)節(jié)庫容大，調(diào)節(jié)程度高，對(duì)來水的利用較充分。9.4.1長(zhǎng)系列時(shí)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(rèn)為具有一定的代表性。試用此來作多年調(diào)節(jié)計(jì)算。解:

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

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

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

若計(jì)算的供水保證率不等于設(shè)計(jì)保證率，則再假定興利庫容重復(fù)上述計(jì)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(jié)果得到的幾個(gè)V興與P對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪如圖9-9的關(guān)系曲線，以設(shè)計(jì)保證率P設(shè)查此曲線得到興利庫容V興。圖9-9

V興—P關(guān)系曲線9.4.4考慮水量損失的簡(jiǎn)化計(jì)算方法步驟先不考慮水量損失初步計(jì)算出興利庫容，并以此值計(jì)算多年平均的蓄水容積及多年平均的水面面積；(1)計(jì)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(gè)新的用水系列，再與來水系列配合，計(jì)算逐年所需的調(diào)節(jié)庫容；(3)作庫容頻率曲線，按設(shè)計(jì)保證率查算出興利庫容。(4)

某多年調(diào)節(jié)水庫有24年的來水、用水資料，設(shè)計(jì)保證率為75%，死庫容為708萬m3，不考慮水量損失初步計(jì)算的多年調(diào)節(jié)興利庫容為12600萬m3。試計(jì)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(jiǎn)化計(jì)算解：以平均蓄水容積和平均水面面積計(jì)算水庫蒸發(fā)損失和滲漏損失。平均蓄水容積：相應(yīng)的水面面積由水庫面積曲級(jí)查9.4.4考慮水量損失的簡(jiǎn)化計(jì)算

月滲漏損失標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算結(jié)果見表9-8。