第1章 徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)課件

第一章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征徑流調(diào)節(jié)：通過水庫操作使來水過程適應(yīng)需水過程的要求。調(diào)節(jié)計算所需基本資料：

1.河川徑流特性

2.用水部門的需水特性

3.水庫特性第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第一節(jié)國民經(jīng)濟各用水部門的需水特性及要求國民經(jīng)濟各用水部門在利用河川徑流量方面有著多種形式：如居民及工業(yè)的給水，農(nóng)業(yè)的灌溉，水電站的發(fā)電，天然河道及渠化河道的通航與木材的浮運，魚道和魚塘的操作，以及廢水凈化和水上游樂等。用水的需要是隨河流所在地區(qū)而不同。它主要取決于流域內(nèi)的國民經(jīng)濟主要形式，工礦、農(nóng)業(yè)的分布及種類，水陸交通運輸情況，動力經(jīng)濟狀況，城市和居民點分布，洪澇旱災(zāi)情等。因此，需要了解這些部門的以及整個國民經(jīng)濟的發(fā)展計劃，才能定出流域或水庫地區(qū)各用水部門的當(dāng)前和未來的用水需要。由于水利措施非短期可建成，其服務(wù)年限也較久，故用水情況不是針對眼前情況，而應(yīng)當(dāng)充分估計未來用水需要的增長水平，定出工程完工投入運用后若干年的需求水平作為設(shè)計第一期工程的依據(jù)。同時，以工程運用更長一些年數(shù)后的需求水平作為設(shè)計校核和作為假想遠(yuǎn)景發(fā)展的指導(dǎo)參考性數(shù)據(jù)。用水的需要，雖然各部門各有特點，不盡相同，但也有一些共同的基本特點：首先，很多用水部門，在某一定的用水量和供水程序條件下，工作是最有成效的，生產(chǎn)率是最高的。其次，需水量的多少常隨生產(chǎn)規(guī)模的擴大而有漸進性的變化再如，某些企業(yè)對需水有周期性變化的要求。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)給水的需水特性及要求給水：指城市或農(nóng)村的民用給水與工業(yè)用水。給水的要求不但要有足夠的水量，而且應(yīng)符合水質(zhì)的要求。他的特點：（1）對水質(zhì)要求較高。居民用水和以水為原料的工業(yè)用水，對水的氣味、溶解質(zhì)的組成和含量，以及微生物的數(shù)量，都有一定要求，不應(yīng)超過規(guī)定數(shù)量。（2）給水有日與年的周期變化。居民用水及工業(yè)用水有日周期的變化，它是靠水廠的蓄水池調(diào)節(jié)來適應(yīng)的，而年內(nèi)變化較小，一般夏天較多，冬天較少。（3）要求供水的保證程度高。因為供水的中斷會對人民生活造成很大不便，工業(yè)缺水會引起減產(chǎn)或停工。工業(yè)給水中，作為生產(chǎn)原料的用水，其比重通常不大，多為工藝用水，這些用水的特點是它們并不消耗水量。因此，在水源供應(yīng)緊張地區(qū)，應(yīng)考慮工業(yè)排放水的循環(huán)利用，特別是對一些用水量大的工廠，如造紙長等。這對于減輕水源的各種污染，保護水質(zhì)，更具意義。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)農(nóng)業(yè)灌溉水的需水特性及要求農(nóng)作物的適宜水分的保持，除了大氣的有效降水補給之外，還需從農(nóng)田水利措施中不斷提供補充，以彌補天然降水在時間和數(shù)量上的不足，著就是農(nóng)業(yè)的灌溉用水。灌溉用水的特點：

1.具有明顯的季節(jié)性

2.灌溉用水量具有多變性

3.灌溉對缺水的適應(yīng)性比其他用水部門大第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)水力發(fā)電用水特性1.電能變化特性日變化周變化年變化

N‘’---日最大負(fù)荷曲線

N‘---日最小負(fù)荷曲線

N---月平均負(fù)荷曲線年負(fù)荷圖第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)水力發(fā)電用水特性2.水電站的需水特性

N=γQH（kgfm/s）

γ——水容重（=1000kg/m3）；

Q——發(fā)電流量，單位為m3/s；

H——落差，單位為m；

N——出力，單位為kgfm/s。因1kw=102kgfm/s,于是N=9.80QH（kw）

故發(fā)電流量Q=N/9.80H（m3/s）

N=9.8η水η電QH=kQHN——出力，單位為kw；

k——效率系數(shù)和單位換算常數(shù)的綜合，實際中取7.5~8.8。當(dāng)有其他電源配合時可根據(jù)河川徑流豐枯程度，在較大范圍內(nèi)變動用水量，水多時多用，少時少用。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)航運用水特性與鐵路、公路等其他運輸方式相比內(nèi)河航運成本低、運輸量大天然河道因淺灘、急流、礁石等，常使河道受阻；或因在枯水季河道水量減少，航道水深不足，阻礙航運。利用水庫調(diào)節(jié)徑流，改善航運條件的方法：連續(xù)放水：水庫在枯水季全期不斷地泄放一定水量，以維持下游一定的最低水位或設(shè)計航深。斷續(xù)放水：每隔一定時間由水庫泄放一定水量，可以連續(xù)若干時日，利用泄放水量增加航深。利用渠化河道增加航深改善航運條件：筑壩抬高水庫上游水位形成回水。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)綜合需水圖根據(jù)個用水部門的年和逐月的需水圖，即可繪制綜合需水圖。水庫進行綜合利用時，主要從以下幾點編制綜合需水圖：1）取水地點和回泄地點；2）需水的水質(zhì)；3）需水的年內(nèi)各月分配和日內(nèi)各小時的分配；4）需水保證率的不同。正常供水縮減供水第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率一.防洪標(biāo)準(zhǔn)

——指水利工程所能防御洪水的能力。一般用重現(xiàn)期T或累計頻率P表示：

P=1／T×100%

例如百年一遇洪水，重現(xiàn)期T=100年；累計頻率P=1%。防洪標(biāo)準(zhǔn)分為兩類：１.水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為保證大壩等水工建筑物自身安全而擬定的防洪標(biāo)準(zhǔn)。取決于：建筑物的規(guī)模、等級，并分為正常運用（設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）和非常運用（校核標(biāo)準(zhǔn)）兩種情況。２.下游防護對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水發(fā)生時，通過下游河道的最大泄量，不超過河道的允許泄量或控制水位。

取決于：對象的重要性、歷史洪水災(zāi)害情況、工程的防洪能力及政治經(jīng)濟影響，結(jié)合具體條件。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率二.興利用水標(biāo)準(zhǔn)

1.設(shè)計保證率的含義

研究各用水部門允許減少供水的可能性和合理范圍，定出多年工作期中，用水部門的正常用水得到保證的程度。

設(shè)計保證率的衡量方式：保證正常用水的年數(shù)（年保證率P）

P=正常工作年數(shù)/總年數(shù)×100%=（總年數(shù)-破壞年數(shù)）/總年數(shù)×100%

所謂破壞年是指不能維持正常工作的任何年份。保證正常用水的歷時（歷時保證率P‘）

P’=正常工作歷時/總歷時×100%=（總歷時-破壞歷時）/總歷時×100%

保證正常用水的數(shù)量

設(shè)計保證率的選擇由用水部門特性、水庫調(diào)節(jié)性能及設(shè)計要求等因素決定。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率2.設(shè)計保證率的選擇

目前主要是根據(jù)各部門用水性質(zhì)、要求、重要性，以及生產(chǎn)實踐所積累經(jīng)驗來規(guī)定設(shè)計保證率。

1）灌溉設(shè)計保證率南方高于北方自流灌區(qū)高于提水灌區(qū)地區(qū)作物種類灌溉設(shè)計保證率（%）缺水地區(qū)以旱作物為主以水稻為主50~7070~80豐水地區(qū)以旱作物為主以水稻為主70~8075~95第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率2）水力發(fā)電的設(shè)計保證率根據(jù)水電站所在電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性、系統(tǒng)中的水電容重的比重、水電站規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中作用、河川徑流特性以及水庫調(diào)節(jié)程度等決定。

3）給水設(shè)計保證率一般采用95%~99%電力系統(tǒng)中水電容量的比重（%）25以下25~5050以上水電站設(shè)計保證率（%）80~9090~9595~98第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率3）航運設(shè)計保證率保證率頻率法：統(tǒng)計年限中各年內(nèi)高于和等于某一水位的天數(shù)占全年天數(shù)的百分比。用各年該保證率的水位進行頻率計算，按表列保證率確定設(shè)計最低通航水位。綜合歷時曲線法：統(tǒng)計年限中各年內(nèi)高于和等于某一水位的天數(shù)占總天數(shù)的百分比。航道等級保證率頻率法保證率（%）綜合歷時曲線法保證率（%）一~二98~99≥98三~四95~9895~98五~六90~9590~95第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第二節(jié)水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計保證率三.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計保證率與可靠性、風(fēng)險的關(guān)系

可靠度S：研究對象在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

風(fēng)險度R：研究對象在規(guī)定條件下和時間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率。

S+R=1

在壩體安全設(shè)計中，一方面是估算壩址處洪水的可能變化以及垮壩的可能性。而另一方面是選定安全設(shè)計洪水。而這些工作是以定量的風(fēng)險評估為基礎(chǔ)的。要求估算出垮壩的可能性及在當(dāng)前和預(yù)期未來條件下垮壩所造成的后果。

保證率是可靠度的一種特殊的簡化形式。設(shè)計保證率就是考慮到多年運行中這種供水失效風(fēng)險，而事先規(guī)定的使正常供水得到滿足的可靠程度。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)公元1912年云南螳螂川上的石龍壩水電站建成，為中國大陸最早的水電站公元1960年浙江建德新安江水電站，中國第一座自己勘測、設(shè)計、施工和自制設(shè)備的大型水電站第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第三節(jié)水庫的特性曲線、特征水位和特征庫容一.水庫的特性曲線

在河流上攔河筑壩形成人工的水池用來進行徑流調(diào)節(jié)，這就是水庫。

?面積特性曲線：水庫水位~水庫面積關(guān)系

?容積特性曲線：水庫水位~水庫容積關(guān)系

水庫水位~面積~容積曲線第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第三節(jié)水庫的特性曲線、特征水位和特征庫容靜水庫容：水庫水體靜止，水面水平時的庫容。動庫容：有一定的入庫流量時，靜庫容與契形庫容的總和。

第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)第三節(jié)水庫的特性曲線、特征水位和特征庫容動庫容的計算：回水曲線法和近似法首先假定某一入庫流量Q1和若干壩前不同水位，根據(jù)力學(xué)公式，求出一組水面曲線；其次，將水庫分段，求出每段相應(yīng)于回水曲線的平均水位位置。根據(jù)位置確定面積，這樣就可以求出不同回水曲線每段的容積。最后，將各段庫容相加，得到以某一入庫流量為參數(shù)的總的動庫容曲線。

第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)二.水庫的特征水位和特征庫容

1.死水位和死庫容

死水位：在正常運用情況下，允許水庫消落的最低水位。確定死水位時考慮因素：

1）保證水庫有足夠的、發(fā)揮正常效用的使用年限。

2）保證水電站的最低水興和自流灌溉必要的引水高程。

3）庫區(qū)航運和漁業(yè)的要求2.正常蓄水位和興利庫容正常蓄水位：在正常運行條件下，為了滿足興利部門枯水期正常用水，水庫在供水開始時應(yīng)蓄到的最高水位。

確定正常蓄水位時的考慮因素：

1）根據(jù)興利的實際需要

2）考慮淹沒、浸沒情況

3）考慮壩址及庫區(qū)地形地質(zhì)條件

4）考慮河段上下游已建和擬建水庫樞紐情況第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)二.水庫的特征水位和特征庫容3.防洪限制水位和結(jié)合庫容防洪限制水位：水庫在汛期允許蓄水的上限。結(jié)合庫容：防洪限制水位與正常蓄水位之間的庫容。4.防洪高水位和防洪庫容

防洪高水位：當(dāng)水庫下游有防洪要求時，遇到下游防護對象的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，水庫經(jīng)調(diào)洪后，壩前達到的最高水位。防洪庫容：防洪限制水位與防洪高水位之間的庫容。第1章徑流調(diào)節(jié)基本資料及水庫特征1-3節(jié)二.水庫的特征水位和特征庫容