第十二章 水库兴利调节计算.pdf

1工程水文及水利计算工程水文及水利计算陈艳霞陈艳霞TelTel：1355042587913550425879E E-mailmail：2第十二章第十二章水库兴利调节及计算水库兴利调节及计算1.水库特性曲线及特征水位水库特性曲线及特征水位2.兴利调节分类及水库兴利设计保证率兴利调节分类及水库兴利设计保证率3.水库的水量损失及水库设计死水位的选择水库的水量损失及水库设计死水位的选择4.年调节水库兴利调节计算年调节水库兴利调节计算5.多年调节水库兴利调节计算的长系列法多年调节水库兴利调节计算的长系列法本章主要内容本章主要内容12.1 概述水库水库兴利兴利：发电、灌溉、供水、航运、渔业、环境用水：发电、灌溉、供水、航运、渔业、环境用水除害除害：防洪、抗旱：防洪、抗旱4一、各部门用水需求及水资源综合利用一、各部门用水需求及水资源综合利用12.1 概述用水部门：用水部门：1、灌溉、灌溉用水用水特点：特点：a.明显的季节性；明显的季节性；b.多变性。多变性。2、发电用水、发电用水特点：特点：a.灵活性；灵活性；b.变动用水过程变动用水过程t(月)Q灌113t(月)Q电5一、各部门用水需求及水资源综合利用一、各部门用水需求及水资源综合利用12.1 概述3、供水、供水（居居民用水、工业用水）民用水、工业用水）特点：特点：a.水质要求较高；水质要求较高；b.用水量均匀用水量均匀；c.供水保证程度较高。供水保证程度较高。4、航运、航运5、生态环境、生态环境tQ供t(月)Q航t(月月)Q环6二、径流调节与分类二、径流调节与分类12.1 概述径流调节是指河川径流在时间和地区上的重新分配，即通过水利工程将汛期过多的河川径流量蓄存起来，待枯水期来水不足时使用；在地区上根据需要进行水量余缺调配，如引黄(河)济卫(海河支流卫河)、引滦(河)济津(天津)以及正在实施的南水北调工程等。7二、径流调节与分类二、径流调节与分类按照调节周期分类按照调节周期分类12.1 概述8二、径流调节与分类二、径流调节与分类12.1 概述图中图中q q、Q Q分别为用水过程和来水过程分别为用水过程和来水过程调节周期为一昼夜调节周期为一昼夜2424小时小时调节周期为一周调节周期为一周7 7天天9二、径流调节与分类二、径流调节与分类12.1 概述图中图中q q、Q Q分别为用水过程和来水过程分别为用水过程和来水过程10二、径流调节与分类二、径流调节与分类12.1 概述按径流利用程度：按径流利用程度：完全年调节、不完全年调节完全年调节、不完全年调节11三、水利计算的任务与内容三、水利计算的任务与内容12.1 概述任务任务径流调节以兴利；洪水调节以减灾。径流调节以兴利；洪水调节以减灾。即在水文计算的基础上，即在水文计算的基础上，综合分析，综合分析，确定水利工程的确定水利工程的规模规模，阐明水利工程的效益，并绘制水利工程的控制运，阐明水利工程的效益，并绘制水利工程的控制运用规程等。用规程等。内容内容水库兴利调节计算、水库防洪计算、水库兴利调节计算、水库防洪计算、经济论证、水利经济论证、水利枢纽参数选择、水库管理和控制运用（枢纽参数选择、水库管理和控制运用（水库调度）水库调度）等。等。12一、水库特性曲线一、水库特性曲线12.2 水库特征水库特性曲线是反映水库地形特征的曲线，包括水库特性曲线是反映水库地形特征的曲线，包括面积面积曲线曲线和和容积曲线容积曲线。13一、水库特性曲线一、水库特性曲线12.2 水库特征 1.水库面积曲线水库面积曲线(ZA)水库面积曲线：水库水位与该水位对应水面面积的关系水库面积曲线：水库水位与该水位对应水面面积的关系曲线，记曲线，记Z-A。求积仪或求积仪或网格测算网格测算14一、水库特性曲线及特征水位一、水库特性曲线及特征水位12.2 水库特征 2.水库库容水库库容(容积容积)曲线曲线(ZV)水库水位与该水位对应库容的关系曲线，记水库水位与该水位对应库容的关系曲线，记Z-V。它是。它是水水库面积曲线的积分库面积曲线的积分。计算公式：。计算公式：式中，式中，V水库容积，水库容积，m3；Z0 库底高程，库底高程，m;Z、V相邻水位间的水深、库容，相邻水位间的水深、库容，m、m3;A1、A2、A相邻水位的水库面积及平均值，相邻水位的水库面积及平均值，m2000ZZZZ121122 11 ()()23ZZVAdZVAZAAAAAA AA或15一、水库特性曲线及特征水位一、水库特性曲线及特征水位12.2 水库特征例：例：11221()3AAA AA16一、水库特性曲线一、水库特性曲线12.2 水库特征静库容：静库容：上述计算假定入库流量为零，水库水面水平。上述计算假定入库流量为零，水库水面水平。对于大型水库，入库流量导致水面线非水平，从而形成动对于大型水库，入库流量导致水面线非水平，从而形成动库容（图库容（图12-7）。因此，绘制库容曲线时，应考虑动库容。）。因此，绘制库容曲线时，应考虑动库容。以水位为纵坐标，总库容（动库容以水位为纵坐标，总库容（动库容+静库容）为横坐标，静库容）为横坐标，入库流量为参数绘制库容曲线。见图入库流量为参数绘制库容曲线。见图12-8。实际中，由于动库容计算复杂，为简便一般都用静库容。实际中，由于动库容计算复杂，为简便一般都用静库容。17一、水库特性曲线一、水库特性曲线12.2 水库特征18二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征19二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征20二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 1.死水位死水位(Z死死)和死库容和死库容(V死死)水库的水库的死水位死水位是正常运用情况下，允许水库消落的是正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。死水位以下的库容称为最低水位。死水位以下的库容称为死库容死库容。水库正常运行时一般不能低于死水位，死库容一般水库正常运行时一般不能低于死水位，死库容一般不参与径流调节，也不放空，除非是特殊干旱年份或不参与径流调节，也不放空，除非是特殊干旱年份或其它特殊情况，如战备要求、地震等，经慎重研究，其它特殊情况，如战备要求、地震等，经慎重研究，才允许临时动用死库容部分存水。才允许临时动用死库容部分存水。21二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 2.正常蓄水位正常蓄水位(Z蓄蓄)和兴利库容和兴利库容(V兴兴)在正常运用情况下，为满足兴利部门枯水期的正常在正常运用情况下，为满足兴利部门枯水期的正常用水，水库在开始供水时应蓄到的最高水位，称正常蓄用水，水库在开始供水时应蓄到的最高水位，称正常蓄水位。水位。正常蓄水位与死水位之间的库容，称为兴利库容或正常蓄水位与死水位之间的库容，称为兴利库容或调节库容，供灌溉、发电、给水、生态用水等部门调节调节库容，供灌溉、发电、给水、生态用水等部门调节径流之用。正常蓄水位与死水位之间的深度，称为径流之用。正常蓄水位与死水位之间的深度，称为消落消落深度或工作深度深度或工作深度。22二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 3.防洪限制水位防洪限制水位(Z限限)和结合库容和结合库容(V结结)水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称为防洪限制水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称为防洪限制水位。这是水位。这是水库汛期防洪运用的起调水位水库汛期防洪运用的起调水位。该水位以上的。该水位以上的库容用来调节洪水，只有在汛期发生洪水时，为了蓄滞洪库容用来调节洪水，只有在汛期发生洪水时，为了蓄滞洪水，库水位才允许超过防洪限制水位。但在汛期当中，一水，库水位才允许超过防洪限制水位。但在汛期当中，一旦洪水开始消退，水库应尽快将水位回降到防洪限制水位旦洪水开始消退，水库应尽快将水位回降到防洪限制水位，以迎接下一次洪水的到来。，以迎接下一次洪水的到来。防洪限制水位应尽可能定在正常蓄水位以下，防洪限防洪限制水位应尽可能定在正常蓄水位以下，防洪限制水位与正常蓄水位之间的库容，称为结合库容或共用库制水位与正常蓄水位之间的库容，称为结合库容或共用库容。因为它在汛期是防洪库容的一部分，在汛后又是兴利容。因为它在汛期是防洪库容的一部分，在汛后又是兴利库容的一部分。库容的一部分。23二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 4.防洪高水位防洪高水位(Z防防)和防洪库容和防洪库容(V防防)当水库下游有防洪要求时，遇到下游防护对象的设当水库下游有防洪要求时，遇到下游防护对象的设计标准洪水时，经水库调洪后，在坝前达到的最高水位计标准洪水时，经水库调洪后，在坝前达到的最高水位，称为防洪高水位。，称为防洪高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。才需确定这一水位。防洪高水位与防洪限制水位之间的库容，称为防洪防洪高水位与防洪限制水位之间的库容，称为防洪库容，用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。库容，用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。24二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 5.设计洪水位设计洪水位(Z设设)和拦洪库容和拦洪库容(V拦拦)当遇到大坝设计标准洪水时，经水库调节后，在坝当遇到大坝设计标准洪水时，经水库调节后，在坝前达到的最高水位称设计洪水位。它是水库正常运用前达到的最高水位称设计洪水位。它是水库正常运用情况下，允许达到的最高水位，可采用相应大坝设计情况下，允许达到的最高水位，可采用相应大坝设计标准的设计洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水标准的设计洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪演算求得。设计洪水位和防洪限制水位开始进行调洪演算求得。设计洪水位和防洪限制水位之间的库容称拦洪库容或设计调洪库容。位之间的库容称拦洪库容或设计调洪库容。25二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 6.校核洪水位校核洪水位(Z校校)和调洪库容和调洪库容(V调调)当遇到大坝校核标准洪水时，经水库调洪后在坝前当遇到大坝校核标准洪水时，经水库调洪后在坝前达到的最高水位，称为校核洪水位。它是水库非常运达到的最高水位，称为校核洪水位。它是水库非常运用情况下允许达到的用情况下允许达到的临时性最高洪水位临时性最高洪水位，是确定坝顶，是确定坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。可采用相应大高程及进行大坝安全校核的主要依据。可采用相应大坝校核标准的校核洪水，按拟定的调洪方式，自防洪坝校核标准的校核洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪演算求得。校核洪水位与防洪限制水位开始进行调洪演算求得。校核洪水位与防洪限制水位之间的库容称校核调洪库容或调洪库容。限制水位之间的库容称校核调洪库容或调洪库容。26二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征27二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容12.2 水库特征 7.总库容总库容校核洪水位以下的全部库容称水库的总库容。校核洪水位以下的全部库容称水库的总库容。V总总=V死死+V兴兴-V共共+V调调校核洪水位与死水位之间的库容称为有效库容。校核洪水位与死水位之间的库容称为有效库容。V V效效=V=V总总-V V死死=V=V兴兴-V V共共+V+V调调 8.坝顶高程坝顶高程Z Z坝坝=Z=Z校校+h+h浪浪+h+h安安28三、水库的水量损失三、水库的水量损失12.2 水库特征1.蒸发损失蒸发损失W蒸蒸=1000(E水水-E陆陆)A库库式中式中,W蒸蒸水库蒸发损失量，水库蒸发损失量，m3；E水水、E陆陆 水面、陆面蒸发，水面、陆面蒸发，mm；A库库 水库计算水面面积，水库计算水面面积，km2。29三、水库的水量损失三、水库的水量损失12.2 水库特征2.渗漏损失渗漏损失渗漏损失量与水库水位有关，即与蓄水量渗漏损失量与水库水位有关，即与蓄水量W蓄蓄有关。有关。可用下式近似描述：可用下式近似描述：W渗渗=kW蓄蓄式中式中,k 水库渗漏损失系数，表水库渗漏损失系数，表12-3。30一、泥沙淤积的需要一、泥沙淤积的需要12.3 水库死水位的选择在天然河流上筑坝建库后，随着库区水位的抬高，水面加宽，水深增大，过水断面扩大，水力坡降变缓，水流速度减小。原河道水力特性的这种变化，降低了水流挟沙能力，也改变了原河道的泥沙运动规律，导致大量泥沙在库区逐渐沉淀淤积。因此，水库设计时，应留足一定的库容来容纳沉积的因此，水库设计时，应留足一定的库容来容纳沉积的泥沙，以保证水库的正常使用年限。泥沙，以保证水库的正常使用年限。31一、泥沙淤积的需要一、泥沙淤积的需要12.3 水库死水位的选择悬移质年淤积量：悬移质年淤积量：其中，其中，0为多年平均含沙量，为多年平均含沙量，kg/m3；W0 为多年平均径为多年平均径流量，流量，m3；m 为库中泥沙沉积率为库中泥沙沉积率(%)；p为淤积体的孔为淤积体的孔隙率，隙率，(0.3-0.4)；为泥沙颗粒的干容重，为泥沙颗粒的干容重，kg/m3。00,(1)W mV 沙年32一、泥沙淤积的需要一、泥沙淤积的需要12.3 水库死水位的选择水库年年淤积总体积：水库年年淤积总体积：其中，其中，T为水库使用年限为水库使用年限(年年)；为推移质与悬移质淤积为推移质与悬移质淤积量的比值，一般平原地区约为量的比值，一般平原地区约为110%，山区河流约为，山区河流约为1530%；V塌塌为水库库区塌岸泥沙量，为水库库区塌岸泥沙量，m3。,00,(1)(1)VT VW mVV 沙沙年沙年塌33二、自流灌溉引水高程的需要二、自流灌溉引水高程的需要12.3 水库死水位的选择水库死水位水库死水位=渠首水位高程渠首水位高程+设计灌溉流量对应水头设计灌溉流量对应水头三、水电站发电的需要三、水电站发电的需要发电需要的死水位发电需要的死水位=下游水位下游水位+发电所需的最小水头发电所需的最小水头四、其它用水部门的需要四、其它用水部门的需要航运、渔业、旅游等航运、渔业、旅游等34一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法1.径流调节计算的概念径流调节计算的概念利用水库的调蓄作用，将河川径流洪水期利用水库的调蓄作用，将河川径流洪水期(或丰水年或丰水年)的多余水储存起来，以提高枯水期的多余水储存起来，以提高枯水期(或枯水年或枯水年)的供水量，满足各兴利的供水量，满足各兴利部门用水要求所进行的计算。部门用水要求所进行的计算。将天然径流过程进行重新分配，将天然径流过程进行重新分配，水库蓄水量水库蓄水量(水位水位)变化过程的计算。变化过程的计算。如右图所示如右图所示(调节周期调节周期 T)。Z死死Z正正蓄水蓄水放水放水T35一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法2.兴利调节计算原理兴利调节计算原理将整个调节周期划分为若干个计算时段，逐时段将整个调节周期划分为若干个计算时段，逐时段进行进行水量平衡水量平衡计算，得到水库蓄水量（水位）变化过计算，得到水库蓄水量（水位）变化过程。程。在任意时段内，入库水量与出库水量之差，等于在任意时段内，入库水量与出库水量之差，等于水库蓄水量的变化，即水库蓄水量的变化，即其中其中，q=Q用用+Q渗渗+Q蒸蒸+Q弃弃21()QqtVVV 36一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法式中式中，Qt时段内平均入库流量时段内平均入库流量(m3/s);qt时段内平均出库流量时段内平均出库流量(m3/s);t计算时段计算时段(月、旬月、旬)；V蓄水量的变化，蓄水量的变化，V1，V2为时段为时段初、末水库蓄水量。初、末水库蓄水量。Z死死Z正正蓄水蓄水放水放水t1t237一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法3.水库运用方式水库运用方式以年调节水库为例以年调节水库为例调节周期调节周期：一年（水利年）。计算时段一般取为一个：一年（水利年）。计算时段一般取为一个月，且调节年度不采用日历年度而采用月，且调节年度不采用日历年度而采用水利年度水利年度，即，即蓄水开始到放水结束。蓄水开始到放水结束。38一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法年调节水库的运行情况年调节水库的运行情况：一次运用：一年内蓄泄一次，即只有一个余水期和一次运用：一年内蓄泄一次，即只有一个余水期和一个亏水期。兴利库容一个亏水期。兴利库容V兴兴=V2多次运用：一年内蓄泄多次，即有多个余水期和亏水多次运用：一年内蓄泄多次，即有多个余水期和亏水期。期。QtqtQ,qV1V2t一次运用一次运用二次运用二次运用39一、水库兴利调节计算原理一、水库兴利调节计算原理12.4 径流调节时历列表法兴利库容分两种情况判断兴利库容分两种情况判断a.a.中间余水不同时小于两个亏水量，则兴利库容为两个中间余水不同时小于两个亏水量，则兴利库容为两个缺水量中得较大者。如图缺水量中得较大者。如图(a):V(a):V兴兴=V=V2 2。V V3 3V V4 4b.b.中间余水小于前后缺水，则兴利库容为三者中间余水小于前后缺水，则兴利库容为三者代数和代数和。如图如图(b):V(b):V兴兴=V=V2 2+V+V4 4-V V3 3。V V3 3V V4 4,V,V3 3V V2 240QtqtQ,qV1V2t多次运用多次运用V3V4V5V6已知：已知：V V1 1=20=20万万m m3 3，V V2 2=3=3万万m m3 3，V V3 3=4=4万万m m3 3，V V4 4=5=5万万m m3 3，V V5 5=3=3万万m m3 3，V V6 6=4=4万万m m3 3。求兴利库容。求兴利库容。解解：由上面的原则得：由上面的原则得：V V兴兴=6=6万万m m3 341(1)(1)步骤：步骤：将来水和用水填入表格；将来水和用水填入表格；分别计算各月余水量和亏水量；分别计算各月余水量和亏水量；亏水量的亏水量的代数和代数和为兴利库容；为兴利库容；计算水库各月末蓄水量或水位。计算水库各月末蓄水量或水位。见下页表格见下页表格二、不计入损失的时历列表法二、不计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法42二、不计入损失的时历列表法二、不计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法43(2)水库操作方式：水库操作方式：水库操作方式不同，水库蓄水过程也不同。一般有水库操作方式不同，水库蓄水过程也不同。一般有早蓄早蓄和和迟蓄迟蓄两种方式。两种方式。a、早蓄方案、早蓄方案水库在蓄水期有余水就蓄，蓄满后再弃水。水库在蓄水期有余水就蓄，蓄满后再弃水。采用采用顺时序顺时序计算计算b、迟蓄方案、迟蓄方案水库在蓄水期末有水库保证蓄满的前提下，有多余的水水库在蓄水期末有水库保证蓄满的前提下，有多余的水先弃后蓄。先弃后蓄。采用采用逆时序逆时序计算计算二、不计入损失的时历列表法二、不计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法44例：例：多多回回运运用用水水库库兴兴利利库库容容计计算算45例：例：多多回回运运用用水水库库兴兴利利库库容容计计算算46三、计入损失的时历列表法三、计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法1、资料：来水过程、用水过程资料：来水过程、用水过程只有知道水库时段初、末蓄水量，才能确定蒸发损失只有知道水库时段初、末蓄水量，才能确定蒸发损失和渗漏损失，因此损失过程未知。和渗漏损失，因此损失过程未知。2、水量平衡方程水量平衡方程式中，式中，V2，q损损未知。因此需要未知。因此需要试算试算。21()VVQqqqt 损弃3、试算法、试算法假定月末蓄水量假定月末蓄水量V2计算蒸发损失和渗漏损失计算蒸发损失和渗漏损失q损损由水量平衡方程得到由水量平衡方程得到V2 判断：若判断：若V2=V2，停止计算；否则重新假定月末蓄水量停止计算；否则重新假定月末蓄水量V2，继续试算。，继续试算。蒸发损失和渗漏损失蒸发损失和渗漏损失q损，损，按如下计算：按如下计算：试算法工作量大。一般采用试算法工作量大。一般采用简便算法简便算法。121()2vvvqvFqqq渗蒸损渗蒸q47三、计入损失的时历列表法三、计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法21()VVQqqqt 损弃484、简化算法简化算法 先不考虑水量损失，计算各时段（月）的蓄水量；先不考虑水量损失，计算各时段（月）的蓄水量；用各时段的水库平均蓄水量计算时段的损失量；用各时段的水库平均蓄水量计算时段的损失量；再用考虑水量损失的水量平衡方程逐时段计算。再用考虑水量损失的水量平衡方程逐时段计算。见下表见下表三、计入损失的时历列表法三、计入损失的时历列表法12.4 径流调节时历列表法495051一、设计保证率的含义一、设计保证率的含义12.5 设计保证率及设计代表期的选择指水库在多年运行期间，用水部门正常工作得指水库在多年运行期间，用水部门正常工作得到保证的程度。有年保证率、历时保证率到保证的程度。有年保证率、历时保证率2种衡种衡量方法，目前水库规划设计中最常用的方法是量方法，目前水库规划设计中最常用的方法是年年保证率保证率。100%100%PP正常工作年数运行总年数正常工作历时或 运行总历时52二、设计保证率的选择二、设计保证率的选择12.5 设计保证率及设计代表期的选择1、发电设计保证率、发电设计保证率(表表12-6)与电站的装机容量、电站在电力系统中的比重有关。与电站的装机容量、电站在电力系统中的比重有关。2、灌溉设计保证率、灌溉设计保证率(表表12-7)选用原则：选用原则：南方比北方高；大型灌区较中、小型灌区南方比北方高；大型灌区较中、小型灌区高；自流灌溉比提水灌溉高。高；自流灌溉比提水灌溉高。3、工业及城市生活供水设计保证率、工业及城市生活供水设计保证率95-99%4、航运设计保证率（、航运设计保证率（表表12-8）一般用历时保证率表示。一般用历时保证率表示。53三、设计代表期的选择三、设计代表期的选择12.5 设计保证率及设计代表期的选择1、设计枯水年、设计枯水年长系列资料中选择频率与设计保证率长系列资料中选择频率与设计保证率P设设一致的年份。一致的年份。2、设计中水年、设计中水年长系列资料中选择频率为长系列资料中选择频率为50%、径流年内分配接近多、径流年内分配接近多年平均情况的年份。年平均情况的年份。3、设计丰水年、设计丰水年长系列资料中选择频率为（长系列资料中选择频率为（1-P设设）、年内分配接近于）、年内分配接近于较丰水年份平均情况的年份。较丰水年份平均情况的年份。54一、长系列法计算年调节水库兴利库容一、长系列法计算年调节水库兴利库容12.6 年调节水库兴利库容的确定任务任务：推求年调节水库的兴利库容：推求年调节水库的兴利库容V兴兴和正常蓄水位和正常蓄水位Z正正步骤：步骤：将水库坝址断面河流多年来水过程和该地区将水库坝址断面河流多年来水过程和该地区用水过程，进行用水过程，进行逐年逐年按时历按时历列表法列表法进行逐时段进行逐时段(月或旬月或旬)的水量平衡计算，可求出各时段的不足水量，然后有分的水量平衡计算，可求出各时段的不足水量，然后有分析地累加供水期不足水量，即可得到各年的兴利库容；析地累加供水期不足水量，即可得到各年的兴利库容；将各年的兴利库容从小到大排序，计算经验频率，将各年的兴利库容从小到大排序，计算经验频率，推求兴利库容频率曲线；推求兴利库容频率曲线；由设计保证率由设计保证率P 推求设计的兴利库容。推求设计的兴利库容。55PVP兴兴56PVP兴兴长序列法的优点长序列法的优点:1 1、设计保证率概念明确；、设计保证率概念明确；2 2、成果可靠。、成果可靠。注：注：资料条件（资料条件（1515年以上）允许，年以上）允许，宜采用长序列法。宜采用长序列法。一、长系列法计算年调节水库兴利库容一、长系列法计算年调节水库兴利库容12.6 年调节水库兴利库容的确定57二、代表年法计算年调节水库兴利库容二、代表年法计算年调节水库兴利库容12.6 年调节水库兴利库容的确定1、实际代表年法、实际代表年法概念概念：单以来水或用水频率曲线为依据，选择符合或：单以来水或用水频率曲线为依据，选择符合或接近设计保证率、年内分配偏于不利的实际来水或用接近设计保证率、年内分配偏于不利的实际来水或用水过程和同年用水或来水过程，作调节计算，推求水水过程和同年用水或来水过程，作调节计算，推求水库的兴利库容及该年的蓄、泄水过程。库的兴利库容及该年的蓄、泄水过程。优点优点：简单；：简单；缺点缺点：成果不稳定，库容保证率概念不明确。：成果不稳定，库容保证率概念不明确。原因：原因：只考虑了来水（或用水），忽略了用水（或来只考虑了来水（或用水），忽略了用水（或来水）。水）。582、库容排频法、库容排频法概念概念：根据来水或用水频率曲线，在设计保证率左右的一：根据来水或用水频率曲线，在设计保证率左右的一定频率范围内，选择定频率范围内，选择3 3-5 5个实际代表年，分别求得各年的个实际代表年，分别求得各年的V兴兴，然后在所选频率范围内，将这几个库容从小到大重新排位，求然后在所选频率范围内，将这几个库容从小到大重新排位，求出对应于设计保证率的库容作为设计兴利库容。出对应于设计保证率的库容作为设计兴利库容。适用条件适用条件：来水量与用水量关系不密切。：来水量与用水量关系不密切。优点优点：考虑了来水、用水的组合，成果较单一选年法稳定；：考虑了来水、用水的组合，成果较单一选年法稳定；具有明确的保证率概念。具有明确的保证率概念。四、年调节水库兴利调节计算四、年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算59四、年调节水库兴利调节计算四、年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算3、设计代表年法、设计代表年法a.推求设计年径流及其年内分配过程推求设计年径流及其年内分配过程(第五章第五章)；b.推求设计年用水量及其过程；推求设计年用水量及其过程；c.兴利调节计算得到兴利库容兴利调节计算得到兴利库容VP兴兴。4、正常蓄水位的确定、正常蓄水位的确定V兴兴+V死死 Z正正库容曲线库容曲线 ZV60四、年调节水库兴利调节计算四、年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算3、设计代表年法、设计代表年法a.推求设计年径流及其年内分配过程推求设计年径流及其年内分配过程(第五章第五章)；b.推求设计年用水量及其过程；推求设计年用水量及其过程；c.兴利调节计算得到兴利库容兴利调节计算得到兴利库容VP兴兴。4、正常蓄水位的确定、正常蓄水位的确定V兴兴+V死死 Z正正库容曲线库容曲线 ZV61五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算1.多年调节的概念多年调节的概念年调节年调节:设计保证率对应的年来水量大于等于年用水设计保证率对应的年来水量大于等于年用水量。量。多年调节多年调节：设计保证率对应的年来水量有时小于年：设计保证率对应的年来水量有时小于年用水量。将丰水年组多余水蓄存起来，以补充枯水年组用水量。将丰水年组多余水蓄存起来，以补充枯水年组的不足水量。即经过若干个连续丰水年，水库才能蓄满；的不足水量。即经过若干个连续丰水年，水库才能蓄满；经过若干个连续枯水年，水库才能放空。经过若干个连续枯水年，水库才能放空。62五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算2.多年调节水库兴利调节的任务多年调节水库兴利调节的任务 计算多年调节水库的设计兴利库容计算多年调节水库的设计兴利库容V兴兴P；推求多年调节水库的正常蓄水位推求多年调节水库的正常蓄水位Z正正。3.多年调节水库兴利调节计算的原理多年调节水库兴利调节计算的原理水量平衡方程水量平衡方程4.计算方法计算方法长序列法长序列法数理统计法数理统计法63五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算5.多年调节计算长序列法的基本步骤多年调节计算长序列法的基本步骤 根据来水、用水资料，通过逐年调节计算，求得每年根据来水、用水资料，通过逐年调节计算，求得每年所需库容所需库容V兴兴(i)；(注意：注意：V兴兴(i)计算有时不能只考虑本年计算有时不能只考虑本年度缺水期的不足水量，还必须联系前一年或前几年的不度缺水期的不足水量，还必须联系前一年或前几年的不足水量情况进行分析足水量情况进行分析,即取决于连续枯水年组的总亏水即取决于连续枯水年组的总亏水量。量。)绘制兴利库容频率曲线；绘制兴利库容频率曲线；将将V兴兴(i)(i=1,2,n)从小到大排序，计算经验频率，推求从小到大排序，计算经验频率，推求兴利库容频率曲线；兴利库容频率曲线；由设计保证率由设计保证率P得到得到V兴兴P。64P PV VP P兴兴库容库容频率曲线频率曲线65第一年第一年V兴兴(1)：第二年第二年V兴兴(2)：第三年第三年V兴兴(3)：第四年第四年V兴兴(4)：第五年第五年V兴兴(5)：第六年第六年V兴兴(6)：第七年第七年V兴兴(7)：V2V6V6+V8-V7V6+V8-V7+V10-V9V6+V8-V7+V10-V9+V12-V11V6+V8-V7+V10-V9+V12-V11+V14-V13V466五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算6.不计水量损失时不计水量损失时,多年调节水库逐年兴利多年调节水库逐年兴利库容库容V兴兴(i)的计算的计算1)方法方法列表法列表法差量累积曲线法差量累积曲线法2)列表法列表法(表表12-10)当当V余余V亏亏，则，则V兴兴=V亏亏；当当V余余V亏亏，则，则V兴兴=连续枯水年组的总亏水量。连续枯水年组的总亏水量。67五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算3)差量累积曲线法差量累积曲线法 根据来、用水量，将各水利年划分为余水期和亏水期；根据来、用水量，将各水利年划分为余水期和亏水期；求各年余水期的余水量和亏水期的亏水量，并按时序求各年余水期的余水量和亏水期的亏水量，并按时序计算累积值；计算累积值；以以(来水量来水量-用水量用水量)为纵坐标，时序为横坐标，点绘为纵坐标，时序为横坐标，点绘差量累积曲线差量累积曲线(如图如图12-16所示所示);在差量累积曲线上，在差量累积曲线上，每年从亏水期末向前作水平线与每年从亏水期末向前作水平线与差量累积曲线相交即停止差量累积曲线相交即停止；此水平线与差量累积曲线间；此水平线与差量累积曲线间的最大纵坐标差值，即为该年所需库容。的最大纵坐标差值，即为该年所需库容。68t t（年）（年）（来水量（来水量-用水量）用水量）ab1324657五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算69五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算5)各种方法比较各种方法比较 列表法列表法资料资料30年以上年以上;设计保证率概念明确；成果可靠、精设计保证率概念明确；成果可靠、精度高。度高。差量累积曲线法差量累积曲线法易于多方案比较，简单、明了。易于多方案比较，简单、明了。70五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算7.计入水量损失时计入水量损失时,多年调节水库逐年兴多年调节水库逐年兴利库容计算利库容计算近似法近似法 先不考虑水量损失，计算水库兴利库容先不考虑水量损失，计算水库兴利库容V兴兴P；计算水库全年平均蓄水量：计算水库全年平均蓄水量：；根据根据ZV 和和ZA曲线，计算水库平均水面面积曲线，计算水库平均水面面积；Pvvv兴死2171五、多年调节水库兴利调节计算五、多年调节水库兴利调节计算第十章 水库兴利调节及计算 计算多年平均逐月损失量计算多年平均逐月损失量W渗渗(t)和和W蒸蒸(t)(t=1,2,12)；(见表见表2-14)将逐月平均水量损失加入用水系列，得到历年毛用水将逐月平均水量损失加入用水系列，得到历年毛用水序列；序列；由来水系列、毛用水系列逐年计算水库的年兴利库容由来水系列、毛用水系列逐年计算水库的年兴利库容V兴兴(i)(计算方法同前计算方法同前)。72第十章 水库兴利调节及计算河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量，称为河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量，称为水能水能。在天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服在天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和挟带泥沙。这种潜在的天然沿程河床阻力，冲刷河床和挟带泥沙。这种潜在的天然能量，若采用一定的工程措施（如水电站）加以利用可能量，若采用一定的工程措施（如水电站）加以利用可把把水能变为电能水能变为电能，为人类提供很大的帮助。，为人类提供很大的帮助。我国水能资源蕴藏量我国水能资源蕴藏量6.8亿亿kW，可开发量，可开发量3.8亿亿kW，居，居世界首位，但世界首位，但开发率不足开发率不足30%，美国已开发，美国已开发60%，日本，日本已开发已开发80%。概述概述73100.01923337853全国全国2.8539997北方内陆及新疆诸河北方内陆及新疆诸河15.429695038雅鲁藏布江及西藏其它河流雅鲁藏布江及西藏其它河流10.920993768西南国际诸河西南国际诸河2.95471390东南沿海诸河东南沿海诸河0.352214海滦河海滦河2.34391371东北诸河东北诸河0.11966淮淮 河河5.811252485珠珠 江江6.111702800黄黄 河河53.41027519724长长 江江占全国比重占全国比重(%)亿亿kW.h年年发发 电电 量量装机容量装机容量(万万kW)流域流域第十章 水库兴利调节及计算74水电站级别划分：水电站级别划分：装机容量装机容量N 25万万KW 大型水电站大型水电站2.5万万KWN 25万万KW 中型水电站中型水电站N 2.5万万KW 小型水电站小型水电站第十章 水库兴利调节及计算概述概述75水流的能量水流的能量1-1断面和断面和2-2断面列能量方程，断面列能量方程，并假设为均匀流动，可得并假设为均匀流动，可得12122211 12221212()()22()9810()EEEpvpvZZWggW ZZWHWH N mJ第十章 水库兴利调节及计算一、水能计算的基本原理一、水能计算的基本原理水流的功率水流的功率水电站的出力水电站的出力电站出力电站出力：12(/)9.81()EWHNQH JsQH kWTT9.81()NQH kWHHdH净9.81=9.81=NQHQHAQH 水传 电净净净7612()EWHQtH J第十章 水库兴利调节及计算一、水能计算的基本原理一、水能计算的基本原理其中，其中，Ni为第为第i时段时段的平均出力。的平均出力。Nt（h）t1tntiti+1tE水电站的出力变化过程水电站的出力变化过程水电站的发电量水电站的发电量11(kW.h)nntiitiEN dtNt77第十章 水库兴利调节及计算一、水能计算的基本原理一、水能计算的基本原理783.水电站的开发方式分类水电站的开发方式分类由出力计算公式知：影响水能资源的基本因素是流量由出力计算公式知：影响水能资源的基本因素是流量Q和落差和落差H。按按集中落差方式集中落差方式分：分：=N AQH净坝式（蓄水式）水电站坝式（蓄水式）水电站引水式水电站引水式水电站混合式水电站混合式水电站第十章 水库兴利调节及计算一、水能计算的基本原理一、水能计算的基本原理79第十章 水库兴利调节及计算一、水能计算的基本原理一、水能计算的基本原理80坝式水电站坝式水电站在河流峡谷中拦河筑坝，坝前壅水，坝址处形成集中在河流峡谷中拦河筑坝，坝前壅水，坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。在坝址处引取上游水落差，这种开发方式为坝式开发。在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。取的水头。用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。用坝集中水头的水电站称为