兴利调节第二章1.ppt

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1、水利水能规划,主讲：刘晓民,第二章 兴利调节,2.1 水库特性 2.2水库调节分类 2.3 设计保证率 2.4 设计代表期 2.5 兴利调节计算 2.6 兴利调节时历列表法 2.7 兴利调节时历图解法,径流调节的概念和意义,径流调节涵义：借建造水利工程坝和水库，来控制和重新分配河川径流的变化，人工地增加或减少某一时期的流量，来适应各用水部门的需要的这种措施。,天然来水,生产、 生活用水,矛 盾,调节,作用：调蓄水量 抬高水位 改变天然径流过程,任务和意义：,由建造水库，就可通过蓄和调来改变径流的天然状态，解决供与需的矛盾，达到兴利和除害的目的。 任务： 协调水和用水在时间和地区上的矛盾和不一致

2、，以及统一协调各用水部门之间的矛盾要求。 意义： 通过河流的人工改造，控制和调节天然径流（包括落差），更好地发挥河流的潜力，提高水资源的开发利用价值，进行水资源的有效管理，兴利除害。,径流调节,兴利调节,洪水调节,按调节的目的和重点分类,径流调节工具：水库,为兴利而提高枯水径流的水量调节。,为削减洪峰流量，利用水库拦蓄洪水，以消除或减轻下游洪涝灾害的调节。,2.1 水库特性,水库的定义： 在河流上拦河筑坝形成人工的水池用来进行径流调节，这就是水库。一般地说，坝筑得越高，水库的容积（库容）就越大。水库的容积与库区内的地形及河流的坡降有关。 根据库区河谷形状，水库可分为： 河道型：河流的坡降较陡

3、湖泊型：库区内的地形平坦，开阔,一、水库特性曲线,反映水库地形特征的曲线称为水库特性曲线。 它包括 ： 1. 水库水位面积关系曲线，简称为水库面积曲线 2. 水库水位容积关系曲线，简称为水库容积曲线,水库面积曲线,水库面积曲线指水库水位与水面面积的关系曲线。 库区内某一水位高程的等高线和坝轴线所包括的面积，即为该水位的水库水面面积。 水面面积随水库水位的变化而改变的情况，取决于水库河谷平面形状。,绘制面积曲线，一般可以根据库区地形图，用求积仪或电子版地图借助于CAD绘图软件以及利用数字化地图配备地理信息系统（GIS）的可视化方法，在等高线与坝轴线所围成的闭合地形图上，量测计算每一等高线高程所包

4、围的面积（高程的间距可取1m、2m、5m），然后以水位为纵坐标，以水库面积为横坐标，画出水库面积曲线。,水库容积曲线,水库容积曲线指水库水位与容积的关系曲线。 它可直接由水库面积特性推算绘制。两相邻等高线间的水层容积V，可按简化式（1）或较精确式（2）计算 （1） （2） 式中，F上，F下 相邻两等高线各自包括的水库水面面积 ，图中的F1和F2； Z 两等高线之间的高程差。,从库底Z底逐层向上累加，便可求得每一水位F的水库容积 ，从而绘成水库容积特性。,根据总库容分5级,水库蓄满时，总库容V是水库最主要的指标。通常按此值大小，把水库区分为五级： 大（1）型10亿m3 大（2）型110亿m3 中

5、 型0.11亿m3 小（1）型0.010.1亿m3 小（2）型0.0010.01亿m3,静库容与动库容,静库容： 入库流量为零时，水库水面是水平的。 动库容： 有一定入库流量(水流有一定流速)时，则水库水面从坝址起沿程上溯的回水曲线并非水平，静库容相应的坝前水位水平线以上与洪水的实际水面线之间包含的楔形库容称为动库容。,静水位,二、水库特征水位和特征库容,水库工程为完成不同任务在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位，统称特征水位。 相应于水库待征水位以下或两特征水位之间的水库容积，称特征库容。 确定水库特征水位和特征库容是水利水电工程规划、设计阶段确定主要水工建筑物尺寸（

6、如坝高、溢流道宽度）及估算工程效益的基本依据。,（一）死水位（Z死）和死库容（V死）,在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位称死水位。死水位以下的水库容积称死库容或垫底库容。 水库正常运行时一般不能低于死水位。死库容一般用于容纳水库泥沙、抬高坝前水位和库内水深。在正常运用中，死库容不参予径流调节，也不放空，只有在特殊情况下，如排洪、检修和战备需要等，才考虑泄放其中的蓄水。,确定死水位时考虑因素：,1）保证水库有足够的、发挥正常效用的使用年限。主要是考虑留部分库容供泥沙淤积的需要。 2）保证水电站的最低水位和自流灌溉必要的引水高程。水电站水轮机的选择，都有一个允许的水头变化范围，其取水口的高

7、程也要求库水位始终保持某一高程以上。 3）库区航运和渔业的要求,（二）正常蓄水位（Z蓄）和兴利库容（V兴）,水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位，称正常蓄水位（正常高水位）。 正常蓄水位与死水位间的库容，称兴利库容或调节库容，用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电站出力。 正常蓄水位与死水位的高程差，称水库消落深度或工作深度。,溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程，当溢洪道有操作闸门时，多数情况下正常蓄水位也就是闸门关闭时的门顶高程。 正常蓄水位是水库最重要的特征水位之一。因为它直接关系到一些主要水工建筑物的尺寸、投资、淹没、综合利用效益及其他工作指标

8、。大坝的结构设计、其强度和稳定性计算，也主要以它为依据。,确定正常蓄水位时的考虑因素：,1）根据兴利的实际需要； 2）考虑淹没、浸没情况； 3）考虑坝址及库区地形地质条件； 4）考虑河段上下游已建和拟建水库枢纽情况。,（三）防洪限制水位（Z限）和共用库容（V共）,水库在汛期允许蓄水的上限水位，称为防洪限制水位。这个水位以上的库容就是作为滞蓄洪水的库容。只有在出现洪水时，水库水位才允许超过防洪限制水位。当洪水消退时，水库水位应回降到防洪限制水位。 防洪限制水位应尽可能定在正常蓄水位之下，以减少专门的防洪库容。防洪限制水位与正常蓄水位之间的库容，称为重叠库容，或共用库容。因为它在汛期是防洪库容的一

9、部分，汛后又是兴利库容的一部分。,不同时段的洪水特性有明显差异时，可考虑分期采用不同的防洪限制水位。,（四）防洪高水位（Z防）和防洪库容（V防）,当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前（上游侧）达到的最高水位称防洪高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。 防洪高水位与防洪限制水位间的库容，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。当汛期各时段具有不同的防洪限制水位时，防洪库容指最低的防洪限制水位与防洪高水位之间的库容。,此水位可采用相应下游防洪标准的各种典型洪水，按拟定的防洪调度方式，自防洪限制水位开始进行水库调洪计算求得。,在

10、水库设计中，根据水库及水文特性，有防洪库容和兴利库容完全重叠、部分重叠、不重叠（防洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程）三种形式。在中国南方河流上修建的水库，多采用前两种形式，以达到防洪和兴利的最佳结合 。,（五）设计洪水位（Z设洪）和拦洪库容（V拦）,水库遇大坝设计洪水时，经调洪后在坝前达到的最高水位称设计洪水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。 设计洪水位与防洪限制水位间的库容，称为拦洪库容。,此水位可采用相应大坝设计标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。,（六）校核洪水位（Z校洪）和调洪库容（V调洪）,水库遇大坝

11、校核洪水时，经调洪后在坝前达到的最高水位称校核洪水位。它是水库非常运用情况下允许达到的临时性最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。 校核洪水位与防洪限制水位之间的库容称为调洪库容，用以拦蓄洪水，确保大坝安全。,此水位可采用相应大坝校核标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。,（七）总库容（V总）和有效库容（V效）,校核洪水位以下的全部库容称总库容，即V总V死V兴V调洪V共。总库容是表示水库工程规模的代表性指标，可作为划分水库等级、确定工程安全标准的重要依据。 校核洪水位与死水位之间的库容，称有效库容，即 V效V总V死V兴V调洪V共。,三、水库

12、水量损失,水库蓄水后，改变了河流的天然状态和库内外水力关系，从而引起额外水量损失。,水量损失,蒸发损失,渗漏损失,结冰损失,（一）蒸发损失,水库的蒸发损失是指由于水库兴建前后因蒸发量的不同，所造成的水量 差值。 蒸发损失产生的原因：修建河流前，除原河道有水面蒸发外，整个库区都是陆面蒸发，而建库以后，这部分面积由陆面面积变成水库水面，其也由原来的陆面蒸发变成水面蒸发。由于水面蒸发比陆面蒸发大，故产生了由陆面面积变为水面面积所增加的额外蒸发量。 各计算时段（月、年）的蒸发损失可按下式计算,式中，h水 计算时段内库区水面蒸发深度（m）； h陆 计算时段内库区陆面蒸发深度（m）； 计算时段内平均水库水

13、面面积（m2）； f 原天然河道水面面积（m2）。,（m3）,水面蒸发 式中 E测水面蒸发皿实测水面蒸发（mm） k水面蒸发皿折算系数，一般为0.650.80 E水水面蒸发（mm） 陆面蒸发 Po闭合流域多年平均年降水量（mm） Ro闭合流域多年平均年径流深（mm） Eo闭合流域多年平均年陆面蒸发量（mm） E陆陆面蒸发（mm）,（二）渗漏损失,水库蓄水后，水位抬高，水压增大，渗水面积加大，地下水情况也将发生变化，从而产生渗漏损失。 渗漏损失可分三类： 通过坝身及水工建筑物止水不严实处（包括闸门、水轮机、通航建筑物的）的渗漏损失； 通过坝基及绕坝两翼的渗漏损失； 由坝底、库边流向较低渗水层的渗

14、漏损失。,近代修建的挡水建筑物，通常只考虑第类损失，经验估算式如下 或 式中， W年渗水库年渗漏损失； W渗 计算时段内（年或月）水库渗漏损失(m3)； F库 水库年平均蓄水面积（m2）； W蓄 计算时段内（年或月）水库蓄水量（m3）； kl，k2 经验取值，可参阅P30，表2-1。,（三）结冰损失,严寒地区的水库，冬季水面形成冰盖，其中部分冰层将因水库供水期间库水位的消落而滞留岸边，引起水库蓄水量的临时损失。这项损失一般不大，通常多按结冰期库水位变动范围内库面面积之差乘以0.9倍平均结冰厚度估算。 其他损失：水工建筑物的漏水损失量；水工建筑物的操作损失水量，如船闸过水等； 水库初蓄损失水量,

15、四、水库淤积,1、水库的淤积年限 （1）水库淤积存在：当河道上修建了壅水建筑物之后，随着库区水位的抬升，水流的过水断面增大，水力坡度变缓，纵向流速和紊动流速都大大地减少。原河道水流特性的这种改变，降低了水流挟沙能力，也改变了原河道的泥沙运动条件，导致了部分悬移物质和推移物质泥沙逐渐沉淀、淤积在水库中。 （2）影响水库淤积的主要因素：入库水流的含沙量及多少及年内分配、水库形状、库区地形、地质特性以及水库的调度规则。 （3 ）水库年限： 在水库设计时，估计可能的年限以便判断水库的寿命和是否值得兴建。水库工作年限或寿命的衡量是着眼于水库淤积是否已相当程度上影响到水库正常（设计）功能的发挥。严格来说所

16、谓水库“寿命”应指水库正常工作的年限，又称水库使用年限。,2. 减少淤泥的措施,用设置死库容来接纳沉积的泥沙，虽是处理淤积问题的普遍方法，却只是一种消极的途径，仅仅推迟了淤积严重影响的日期而已。 为减少水库淤积，延长水库寿命，研究总结的主要经验，一是减少沙源；二是控制和调度泥沙。其措施有： （1）水土保持。在上游流域面上加强水土保持工作，减少水土流失。这是解决水库泥沙淤积的根本性措施。 （2）上游拦沙。在重要的水库上游和来沙较多的支流上修建一些水坝，用以拦截泥沙。这种水库建成以后，在一定时期内也起拦蓄洪水作用，后期被泥沙淤满后，可开辟为耕地。 （3）合理运行，调水调沙。借助枢纽泄水建筑物控制库

17、水位及泄水时机，可以有效地调整库区淤积泥沙地分布，甚至将大量泥沙直接或间接地排向下游。 分为水力排沙、水力冲刷和机械清淤三种。,五、水库的淹没和浸没,水库蓄水后，将会淹没土地、森林、村镇、交通、电力和通讯设施及文物古迹，甚至城市建筑物等。 由于库周地下水位抬高，水库附近受到浸没影响，使树木死亡，旱田作物受涝；耕地盐碱化；形成局部沼泽地，恶化卫生条件，滋生疟蚊；增加矿井积水，使原有工程建筑物的基础产生塌陷等。还会引起库周塌岸，毁坏农田和居民点，减小水库容积。 正常蓄水位以下库区为经常淹没区，影响所及均需改线、搬迁。正常蓄水位以上一定标准的洪水回水和风浪、冰塞壅水等淹没的地区为临时淹没区，或迁移或

18、防护，要根据具体情况确定。对于特别稀遇洪水时才出现的淹没区，要考虑其土地合理利用问题。 淹没损失和移民数量的多少，常常会限制水库工程的规模，甚至会妨碍地形、地址和水资源利用条件的选择。,水库淹没影响所牵涉的问题：,（1）居民的迁移安置； （2）迁移或改建淹没区内的交通运输建筑物，如铁路、公路、通讯设备及输电线路等； （3）迁移或重建淹没区内的工业企业； （4）重建水道上的建筑物，包括桥梁、河岸及港口建筑物； （5）排水系统、地下电线等等的重新安装； （6）森林的恢复； （7）用堤防保护耕地、贵重的矿藏以及游览圣地等； （8）蓄水前的库底清理等。,2.2 兴利调节分类,除了只能按天然径流供水的无

19、调节水利水电工程外，凡具有调节库容者，均能进行一定程度的兴利调节。 可按调节周期、水库任务和供水方式分类。,一、按调节周期分类,（一）日调节和周调节 30%50%,所谓调节周期，指水库的兴利库容从库空蓄满放空的完整的蓄放过程。,（一）日调节,日调节的调节周期为一昼夜，即利用水库兴利库容将一天内的均匀来水，按用水部门日内需水过程进行调节。 以水力发电为例，发电用水是随负荷的变化而改变的，而河川径流在一昼夜里基本上是均匀的（汛期除外），在一天24小时之内，当用水小于来水时，将多余水量蓄存在水库中，供来水不足时使用。,（二）周调节,周调节的调节周期为一周，即将一周内变化不大的入库径流按用水部门的周内

20、需水过程进行径流调节。 仍以水力发电为例，枯水期河川径流在一周之内变化不大，而周内休假日电力负荷较小，发电用水也少，这时可将多余水量存入水库，用于高负荷日发电。周调节比日调节需稍大的兴利库容。周调节水库也可进行日调节。,（三）年调节,径流年调节的任务是按照用水部门的年内需水过程，将一年中丰水期多余水量蓄存起来，用以提高缺水时期的供水量，调节周期在一年以内。 当水库蓄满而来水仍大于用水时，将发生弃水（由泄洪设施排往下游），通常称这种仅能存蓄丰水期部分多余水量的径流调节为季调节（或不完全年调节），而对能将年内全部来水量按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节，则称为完全年调节。 完全与不完全调节的

21、概念是相对的。年调节水库一般可同时进行周调节和日调节。,（四）多年调节,径流多年调节的任务是利用水库兴利库容将丰水年多余水量蓄存起来，用以提高枯水年份的供水量。这时，水库兴利库容可能要经过若干丰水年才能蓄满，然后将蓄水量在若干个枯水年份里用掉，其调节周期要超过一年。 多年调节水库一般可同时进行年调节、周调节和日调节。,对于水力发电，通常把具有一定的兴利库容，有能力调节天然日径流量的水电站，称为蓄水式电站。 而把无调节和仅能进行日调节的水电站（其日电能受控于天然径流），称为径流式电站。,二、按水库任务分类,(1) 单一任务径流调节，如灌溉径流调节、工业及城市生活给水径流调节、水力发电径流调节等。

22、 (2) 综合利用径流调节，即具有两种以上任务的水库的径流调节。,三、按水库供水方式分类,（1）固定供水 水库按固定要求供水，与供水期水库水量和蓄水量无关，如工业及城市生活给水多属这种类型的径流调节。 （2）变动供水 水库供水随蓄水量和用户不同的要求而变动，如灌溉按农田需水要求供水；水电站按电力负荷要求供水等。,四、其他分类,（1）反调节 下游水库按照用水部门的需水过程，对上游水库泄流的再调节。河流综合利用中，经常出现上游水库为水力发电进行日调节造成下泄流量和下游水位的剧烈变化而对下游航运带来不利的影响，水电站年内发电用水过程与下游灌溉用水的季节性变化不一致，修建反调节水库有助于缓解这些矛盾。

23、 （2）单一水库补偿调节 补偿调节是当水库与下游用水部门的取水口间，有区间入流时，因区间来水不能控制，故水库调度要视区间来水多少，进行补偿放水，满足有关部门用水要求的调节 （3）水库群补偿调节 水库群调节则是指河流上有多个水库时，如何研究它们的联合运行（互相进行水文补偿、库容补偿、电力补偿），以最有效地满足各用水部门的要求。显然，这是最高形式的径流调节，也是开发和治理河流的发展方向。,2.3 设计保证率,一、设计保证率的涵义 由于河川径流的多变性，若在枯水年也要保证兴利部门的正常用水要求，则需有相当大的库容，这在技术上可能有困难，经济上也不合理。一般允许一定的断水或减少用水，这就要研究各用水部

24、门允许减少供水的可能性和合理范围。 在进行水利水电工程设计时，规定多年工作期中，用水部门的正常用水得到保证的程度，称为设计正常用水保证率，简称设计保证率。,设计保证率的衡量方式：,设计保证率一般有三种不同的衡量方式：按保证正常用水的年数、按保证正常用水的历时，或按保证正常用水的数量来衡量。三者都是以多年工作期中的相对百分数表示。 （1）保证正常用水的年数（年保证率P） P=正常工作年数/总年数100% =（总年数-破坏年数）/总年数100% 所谓破坏年是指不能维持正常工作的任何年份，不论该年内缺水持续时间的长短和缺水数量的多少。,（2）保证正常用水的历时（历时保证率P） P=正常工作历时/总历

25、时100% =（总历时-破坏历时）/总历时100% P与P之间的换算式： P=1-(1- P)/m 100% 其中，m为破坏年份的破坏历时与破坏年份的总历时之比 采用哪种形式的设计保证率，由用水部门特性、水库调节性能及设计要求等因素而定。蓄水式电站一般采用年保证率，径流式电站、大多数航运用水部门及其他不进行径流调节的用水部门，由于其日常工作是用日表示的，所以设计保证率采用历时保证率。,二、设计保证率的选择,水利水电工程设计保证率的选择是一个复杂的技术经济问题。设计保证率选得太低，正常工作遭受破坏的几率将加大，破坏所带来的国民经济损失及其他不良后果加重；相反，设计保证率定得过高，虽可减轻破坏带来

26、的损失，但工程投资和其他费用将增加，或者不得不减小工程的效益。 设计保证率理应通过技术经济计算，并考虑其他影响，综合分析确定。但由于破坏损失及其他后果涉及许多因素，情况复杂，并难以全部用货币价值准确表达，使计算非常困难，尚需继续深入研究。目前，水利水电工程设计保证率主要根据生产实践经验，参照规程推荐的数据，综合分析后确定。,（一）水电站设计保证率,根据水电站所在电力系统的负荷特性、系统中的水电容重的比重、水电站规模及其在电力系统中作用、河川径流特性以及水库调节程度等决定。 一般地讲，水电站装机规模越大，系统中水电所占比重越大，系统中重要用户越多，正常工作遭到破坏时的损失越严重，常采用较高设计保

27、证率。而对于河川径流变化剧烈和水库调节性能好的水电站，也多采用较高的设计保证率。 装机容量小于25000 kW的小型水电站，设计保证率一般采用6590；以灌溉为主的农村小水电工程的设计保证率，常与灌溉设计保证率取同值；大、中型水电站的设计保证率可参照表2-2选值。,表2-2 水电站设计保证率,（二）灌溉设计保证率,灌溉设计保证率指设计灌溉用水量的保证程度。通常根据灌区水、土资源情况，作物组成，气象与水文条件，水库调节性能，国家对当地农业生产的要求，以及地区工程建设和经济条件等因素分析确定。 一般说来，南方水源丰富地区的灌溉设计保证率比北方高；大型工程的比中、小型工程的高；自流灌溉的比提水灌溉的

28、高；远期规划工程的比近期工程的高。设计时可根据具体条件，参照表2-3选值。,表2-3 灌溉设计保证率,（三）供水设计保证率,工业及城市民用供水若遭破坏将直接影响人民生活和造成生产上的严重损失，故采用较高的设计保证率，一般按年保证率取值的范围为9599，大城市和重要工矿区取较高值。对于由两个以上水源供水的城市或工矿企业，在确定可靠性时，常按下列原则考虑：任一水源停水时，其余水源除应满足消防和生产紧急用水外，要保证供应一定数量的生活用水。,（三）通航设计保证率,通航设计保证率一般指最低通航水位（水深）的保证程度，以计算时期内通航获得满足的历时百分率表示。最低通航水位是确定枯水期航道标准水深的起算水

29、位。 通航设计保证率，一般根据航道等级结合其他因素综合分析比较并征求有关部门意见，报请审批部门确定，设计时可参照表2-4选值。,表2-4 通航设计保证率,综合利用水库中的设计保证率,在综合利用水库的水利水能计算中，首先要将历时保证率换算成年保证率。再者，针对各用水部门设计保证率常不相同的情况，一般以其中主要部门的设计保证率为准，进行径流调节计算，凡设计保证率高于主要部门的用水部门，其需水应得到保证；而设计保证率较低的用水部门的用水量可适当缩减。此外，还要对年水量频率与各用水部门设计保证率相应的年份，分别进行校核计算，取稍偏于安全方面的结果。必要时，可根据任务主次关系，适当调整各部门的用水要求或

30、设计保证率。,2.4 设计代表期,在水利水电工程规划设计过程中，要进行多方案的大量的水利水能计算，根据长系列水文资料进行计算，可获得较精确的结果，但工作量大。 在实际工作中可采用简化方法，即从水文资料中选择若干典则年份或典型多年径流系列作为设计代表期进行计算，其成果精度一般能满足规划设计的要求。,一、设计代表年,在水利水电规划设计中，常选择有代表性的枯水年、中水年(也称平水年)和丰水年作为设计典型年，分别称为设计枯水年、设计中水年和设计丰水年。 以设计枯水年的效益计算成果代表恰好满足设计保证率要求的工程兴利情况；设计中水年代表中等来水条件下的平均兴利情况；设计丰水年则代表多水条件下的兴利情况。

31、 可由P设(设计保证率)、50及(1一P设)三种频率，在年水量频率曲线上分别确定设计枯水年、设计中水年、设计丰水年的年水量。适用于径流式和年调节水库。,年调节水库设计枯水年的选择,对于年调节水电站、满足设计保证率要求的关键在设计枯水年的供水期。 （1）枯水季水量选年法 以设计枯水年为例，根据历年径流资料和用水要求，划分各年一致的供水期，计算各年供水期天然水量并绘出供水期水量保证率的频率曲线，由设计保证率即可在曲线上查出供水期水量保证值及相应的年份。 （2）调节流量选年法 可根据初定的调节库容，用式 试算求出逐年供水期的调节流量,经统计计算可求得与各年调节流量相应的经验频率值,作出调节流量与经验

32、频率的关系曲线,然后按设计保证率定出调节流量保证值及与它相应的年份,便可选出设计枯水年。,频率曲线：,1）将原始资料按由大到小的次序排列，由数学期望公式计算各点经验频率，并绘于频率格纸上； 2）计算样本的统计参数 、离势系数cv、偏态系数cs（ cs 23 cv) 3）查皮尔逊型频率曲线数表，得出理论频率曲线，并绘于频率格纸上 4）比较理论曲线与经验频率是否吻合，否则修改参数再次配线,（配线法）,设计典型同倍比放大法（以枯水年为例）,常用的有两种同倍比放大法，一种是以年水量为控制，另一种是以水库供水期水量为控制，对于年水量控制的第一种其方法和步骤如下： (1)先对坝址断面的年径流资料进行统计分

33、析，确定其线型及三个统计参数Q0、CV、CS。 (2)由年径流统计参数计算相应于需水保证率的年径流量QP。 (3)从实测资料中选择年径流量与QP接近且年内分配有代表性的一年或几年作为典型年，其年平均流量为Q典。 (4)计算缩放倍比尺QPQ典，再用此K值遍乘该典型年实测各月平均流量，得设计典型年径流过程。 (5)对所推求的设计典型年进行调节计算，求得调节库容或调节流量。当所取设计典型年不止一个时，为安全起见，可选偏不利者作为设计值。,二、设计多年径流系列,多年调节水库的调节周期长达若干年，应选择包括多年的径流系列进行水利水能计算。设计多年径流系列是从长系列资料中选出的有代表性的短系列。 （一）设

34、计枯水系列 设计枯水系列的选择，先按下式计算设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数T破 T破=n-P设（n+1） 式中n表示水文系列总年数。 然后，在实测资料中选出最严重的连续枯水年组，并从该年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数T破，余下的即为所选的设计枯水系列。,【例1】,19291958的系列 n=30 ， P设=90% 长系列中选出最严重的连续枯水系列为19291937共9年， T破=n-P设(n+1) =30-0.9(30+1) =2，则设计枯水系列为19291935(1936 ，1937扣除)共7年。用这个系列计算的调节流量，对19291937系列重演，破坏2年，满足要求。 对其他系

35、列进行校核 如没有破坏，则满足； 如有破坏，如破坏一年，由要从T破中扣除，T破=2-1=1，于是枯水系列不是7年，应是8年，实为19291936 校核1936，1937电站出力不能满足最低要求，则1935年末水库不能完全放空，预留V。,（二）设计中水系列,为探求水库运用的多年平均状况，一般取1015年作为代表期，称设计中水系列，选择时要求： （1）系列连续径流资料至少要有一个以上完整的调节循环； （2）系列年径流均值应等于或接近于多年平均值； （3）系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系与长系列大体相当，使设计中水系列的年径流变差系数Cv与长系列的相近。,2.5 兴利调节计算,根据国

36、民经济各有关部门的用水要求，利用水库重新分配天然径流所进行的计算，称兴利调节计算。,计算内容,计算原理,计算类型,计算方法,计算内容,对单一水库，计算任务是求出各种水利水能要素的时间过程以及调节流量、兴利库容和设计保证率三者间的关系，作为确定工程规模、工程效益和运行方式的依据。 对于水库群，径流调节计算还包括研究河流上下游及跨流域之间的水量平衡，提出水文补偿、库容补偿、电力补偿的合理调度方式。,计算原理,径流调节计算的基本依据是水量平衡原理。计算时段的水库水量平衡方程为： W末=W初+W入-W出 W末计算时段末水库蓄水量； W初计算时段初水库蓄水量； W入计算时段入库水量； W出计算时段出库水

37、量，包括向各用水部门提供的 水量、弃水量及水库水量损失等。,把整个调节周期划分为若干较小的计算时段，按时段进行水量平衡计算,用时段平均流量表示： 式中: T计算时段； V时段内水库蓄水量的变化，蓄为正，泄为负； Q入时段内平均入库流量； Q出时段内自水库取用或消耗的平均流量，包括各兴利部门的用水流量Q用，蒸发损失流量Q蒸及渗漏损失流量Q渗，以及水库蓄满后产生的无益弃水流量Q弃等。,W末=W初+W入-W出,V=（Q入-Q出）T,W入-W出= W末- W初=W（或V）,计算类型,根据用水要求，确定兴利库容； 根据兴利库容，确定设计保证率条件下的供水水平（调节流量）； 根据兴利库容和水库操作方案，求

38、水库运用过程。,W入-W出= W末- W初=W（或V）,计算方法,时历法：以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水库水量蓄泄平衡的径流调节计算，其计算结果（调节流量、水库蓄水量等）也是按历时顺序给出；然后再将调节后的水利要素值，例如流量、水位或库容的多年变化情况绘制相应的历时或频率曲线，也就是先调节计算后频率统计的方法。包括列表法和图解法。 概率法：先把原始流量系列进行数理统计的处理，用适当的数学模型及一些统计特征值来描述原始流量系列的变化规律，再通过数学分析或图解法等进行调节计算，成果以调节流量、蓄水量、弃水量、不足水量等的概率分布或保证率曲线的形式给出。也就是先频率统计后调节计算的方法

39、。多用于多年调节计算。,2.5 兴利调节时历列表法,一、根据用水过程确定水库V兴； 二、根据V兴利确定Q调； 三、根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程。,一、根据用水过程确定水库V兴,根据用水要求，逐时段进行水量平衡算出不足水量（个别时段可能有余水），再有分析地累加各时段的不足水量（注意扣除局部回蓄水量），便可得出该入库径流条件下为满足既定用水要求所需的兴利库容。 为满足同一用水过程对不同的天然径流资料求出的兴利库容值是不相同的。根据对径流资料的不同取舍，水利兴利调节时历法可分为长系列法和代表期（年、系列）法。,代表期法,以设计代表期的径流代替长系列径流进行调节计算的简化方法，其精度取决

40、于所选设计代表期的代表性好坏，具体调节计算方法如下。,例：年调节水库的时历列表法（代表年法）,1、不计水量损失的年调节计算 某坝址处的多年平均年径流量为1104.6106m3，多年平均流量为35m3/s 。设计枯水年的天然涞水过程及各部门综合用水过程分别列入表中（2）、（3）栏和（4）、（5）栏。径流资料均按调节年度给出，本例调节水库的调节年度系由当年7月初到次年的6月末。其中79月为丰水期，10月初到次年6月末为枯水期。求兴利库容及水库运用过程。,水库年调节时历列表计算(未计水库水量损失),水库年调节时历列表计算(未计水库水量损失),某水库径流年调节过程,2、计入水量损失的年调节计算,由于各

41、月蒸发、渗漏损失与当月库水面面积有关，故计算时应先定出每月库水面面积。一种办法是先暂不计入水量损失，进行如同表2-5所示的调节计算，在此基础上，根据各月水库蓄水量确定平均水面面积。用各月损失水层深度乘以相应的平均水面面积，得出各月损失水量。再根据天然来水、兴利用水及水量损失，采用与表2-5相同的方法进行水量平衡，从而求出所需兴利库容。全部计算列入表2-7中。,计入水量损失的年调节列表计算,表27仍有近似性，这是由于计算水量损失时采用了不计水量损失时的水面面积值。为修正这种误差，可在第一次计算的基础上，按同法再算一次。,第二种方法：,（1）由供水期末开始，采用逆时序进行逐月试算。 （2）年调节水

42、库供水期末(本例为6月末)的水位应为死水位，这时，先假定月初水位，根据月末死水位及假定的月初水位算出该月平均水位，从而由水库面积特性查定相应的平均水面面积，进而计算月损失水量。再根据该月天然来水量、用水量和损失水量，计算6月初水库应有蓄水量及其相应水位，若此水位与假定的月初水位相符，说明原假定是正确的，否则重新假定，试算到相符为止。 （3）依次对供水期倒数第二个月(本例为5月份)进行试算。逐项类推，便可求出供水期初的水位(即正常蓄水位)，该水位和死水位之间的库容即为所求的兴利库容。,计入水量损失的简化计算,首先不计水量损失算出兴利库容，取此库容之半加上V死，作为水库全年平均蓄水量，从水库特性曲

43、线中查定相应的全年平均水位及平均水面面积，据此求出年损失水量，并平均分配在12个月份。不计损失时的兴利库容加上供水期总损失水量，即为考虑水量损失后的V兴近似解。,算例小结：,（1）径流来水过程与用水过程差别愈大，则所需兴利库容愈大； （2）在一次充蓄条件下，累计整个供水期总不足水量和损失水量之和，即得兴利库容； 任意改变供水期各月用水量，只要整个供水期总用水量不变，其不足水量是不会改变的，所求兴利库容也将保持不变，只是各月的库存水量有所变动而已。因此，为简化计算，可用供水期各月用水量的均值代替各月实际用水量，即假定整个供水期为均匀供水。称这种径流调节计算为等流量调节。 （3）通常将设计枯水年供

44、水期调节流量（多年调节时为设计枯水系列调节流量）与多年平均流量的比值称为调节系数 ，用以度量径流调节的程度。,（4）一次运用和多次运用,（一） 一次运用 水库在调节周期内只有一次连续蓄水、供水的情况，叫做水库一次运用，如图所示，图中W1为余水量，W2为缺水量，且W1W2，此时所需的水库兴利调节库容V兴=W2。,（一） 二次运用,当水库在一个调节周期内连续供水、蓄水有二次时，叫做水库二次运用，如图所示，假设第一次运用余水量为W1，缺水量为W2；第二次运用余水量为W3，缺水量为W4。此时调节库容的确定可分为下列几种情况：,(1)当W1W2，W3W4时，表明 两次运用之间无水量联系，此 时V兴=ma

45、x W2，W4。 (2)当W1W2，W3W2，W2W3W4时， 表明两次运用之间有水量联 系，此时V兴=W4。,长系列法,根据长系列的实测径流资料（年调节水库不少于2030年,多年调节水库至少3050年）算出所需兴利库容值，然后按由小到大顺序排列并计算、绘制兴利库容频率曲线。然后根据设计保证率即可在该库容频率曲线上定出欲求的水库兴利库容。 例如：对于年调节水库， 来水Wi：i=1，2，3，n 用水Ui：i=1，2，3，n 对这个系列进行调节计算,得到库容系列 Vi：i=1，2，3，n 据此计算出不同频率下的兴利库容：,二、根据兴利库容确定调节流量,水库规划设计中常遇到问题:具有一定调节库容的水

46、库，能将天然枯水径流提高到什么程度? 调节流量未知,不能直接认定蓄水期和供水期; 先假定若干调节流量方案，对每个方案采用时历列表法求出各自需要的兴利库容，并一一对应地点绘成Q调V兴曲线；,根据给定的兴利库容V兴，即可由Q调V兴曲线查出所求的调节流量Q调；,对于年调节水库，可用下式计算： 式中， W设供设计枯水年供水期来水总量(m3 ) ； W供损设计枯水年供水期水量损失(m3 ) T供设计枯水年供水期历时(s ) 。,Q调（W设供-W供损+V兴）T供 （m3s）,应用上式计算注意问题：,（1）水库调节性能问题。 首先应判明水库确属年调节； 一般，=8%30%时为年调节水库，30%即可进行多年调

47、节 ； 当V V完时，水库可进行多年调节，否则为年调节。 V完的确定: 令各月用水量均等于设计枯水年平均用水量，对设计枯水年进行时历列表计算，即能求出V完值；,设计枯水年平均天然流量(m3 /s) ；,W设枯设计枯水年枯水期来水总量(m3 ) ；,（2）划定蓄、供水期的问题。 水库在调节年度内一次充蓄、一次供水的情况下，供水期开始时刻应是天然流量开始小于调节流量之时，而终止时刻则应是天然流量开始大于调节流量之时。先假定供水期，待求出调节流量后进行核对，如不正确则重新假定后再算 。,Q调（W设供-W供损+V兴）T供 （m3s）,某拟建水库坝址处多年平均流量为 ,多年平均年水量为,按设计保证率P设

48、=90%选定的设计枯水年流量过程线如图示。初定兴利库容V兴120106m3，试计算调节流量和调节系数。,某水库设计枯水年完全年调节,算例,解： 判定水库调节性能 =120106/(710.1106)17% 初步认定为年调节水库；,W设年=13.5122.63106 =426.1106m3,1)计算设计枯水年平均流量和年水量,进一步确定水库为年调节，其步骤为：,=13.5m3/s，,T枯=92.63106 =23.67106(s),2)定出设计枯水年的枯水期,3)求设计枯水年枯水期总水量 W设枯=572.63106 =149.91106(m3),4)确定设计枯水年进行完全年调节所需兴利库容V完

49、V完=(13.523.67149.9) 106 =169.6106(m3) 已知兴利库容小于V完，判定拟建水库是年调节水库,按已知兴利库容确定调节流量(不计水量损失),Q调=(120106+472.63106) / (82.63106) 11.6(m3/s),先假定11月到次年6月为供水期,计算得的Q调大于10月份天然流量,故10月份也应包含在供水期之内,即实际供水期应为9个月。按此供水期再进行计算，得 Q调=(120106+572.63106) / (92.63106)11.4(m3/s),计算得的Q调小于9月份天然流量，说明供水期按9个月计算是正确的。 该水库所能获得的调节流量为11.4m3/s，其调节系数为,某拟建水库