水库设计与规划

.,水库设计与规划,.,第一节概述,水库工程是一项重要的水利工程设施，它可以根据人们的需要改变河流中的流量变化过程，有效地拦蓄洪水，提高枯水径流，达到防洪、兴利、综合利用水资源的目的。一、水库类型按作用分：防洪水库：以防洪为主，下游有重要城镇、工企业、交通干线灌溉水库：以灌溉为主发电水库：以发电为主综合利用水库：防洪、灌溉、发电、航运、养殖按容积大小分：大型水库：库容1亿立方米以上中型水库：库容1000万1亿立方米小型水库：一型：1001000万立方米二型：100万立方米以下,.,二、水库规划任务：,、正确分析水库对所承担各项任务可满足程度、对各种水位和库容进行分析和计算、确定水库工程规模及主要建筑物的尺寸、估算或预算水库工程投资及水库效益,.,三、水库特性曲线,水库的特征曲线是描述水库库区地形特征的，包括：,.,四、水库特征水位和库容,1、死库容与死水位：放水口以下高程，或水库允许降落的最低水位；死水位以下的库容称死库容。2、兴利库容与兴利水位：为兴利目的需要达到的水位称兴利水位，兴利水位与死水位间的库容称兴利库容。3、防洪库容与防洪水位：为保障水库本身安全及解除下游地区的灾害，水库所需拦蓄一定设计标准的洪水，此库容称防洪库容，相应水位为设计洪水位。4、校核洪水位和超高库容：在设计洪水位以上，水库遇到比设计洪水标准更高的大洪水（称校核洪水）时，水库出现的最高洪水位，称校核洪水位；校核洪水位与设计洪水位之间的库容称超高库容。,.,水库总库容：V总V死+V兴+V防+V超，最后根据水库水位与容积曲线图上查出相应V总时的水位，加安全超高和风浪爬高，即得水库坝顶高程。,.,第二节死库容与死水位确定,死库容确定因素：泥沙因素、发电需求、灌溉要求、综合利用一、按泥沙因素确定死库容、年淤积体积：V淤年=FsF/r其中，Fs：年淤积量模数，以吨表示，根据环保部门、水土保持部门的资料得到F：承面面积（Km2）r：泥沙的淤积容量，一般为1.11.6吨/立方米2、根据水库规划使用年限确定死库容V死=V淤年N一般中小型水库N为3050年,.,.,二、根据灌溉要求确定根据灌区规划的自流灌溉要求选择的典型点进行水位推算至水库引水涵洞处时的高程。三、发电要求根据规划的发电量所需最低水头的坝前高程，该水位以下的库容为死库容。四、综合利用养殖水深大于2米，航运要求：按规划航运终点航船要求的枯水季的吃水深度，该水位以下的为死库容五、确定：方案比较后确定最后库容，根据库容查H-f(w)曲线，得出相应水位的死库容,.,第三节水库兴利库容及兴利水位确定,一、水库兴利调节的概念来水量和用水量配合之后，将河流的流量在时间上重新分配，补充用水不足水量,这种调节方式称水库兴利调节。水库一般是年调节，年调节前提：年来水年用水，多年调节：设计年来水设计年用水，但多年设计年来水多年设计年用水。二、年调节计算调节计算的原理是把调节周期分为若干个计算时段，并按时序进行逐时段的水库水量平衡计算。、计算公式（万米3）：计算时段内水库蓄水量增减值Q入，q出：计算时段内流入、流出水库的流量，计算时段,.,2、调节年度：一般从丰水期开始（来水大于用水3、水库有效库容大小与水库运用次数的关系水库运用：水库的蓄泄过程即为水库运用，蓄泻一次叫水库一次运用，蓄泻几次就称几次运用。图解分析（如图）一次运用：V1V2二次运用：V1+V3V2+V4,.,结论：兴利库容是根据缺水期的水量决定的；在一次运用的情况下，V兴即为缺水期逐月缺水量总和；在多次运用的情况下，V兴不等于逐月缺水量总和，而是按缺水期逐月进行调节后所需的最大库容。可能遇到的几种情况：a）设计年来水设计年用水+损失属完全年调节，b）设计年来水设计年用水+损失，需泄水，属不完全年调节，c）设计年来水设计年用水+损失需多年调节。中小型水库一般属年调节。,.,4、计算（1）采用设计典型年法（列表计算），分为不计入损失的列表计算和计入损失的列表计算（2）长系列法：在来水、用水同步的情况下，逐年计算，然后利用数理统计方法绘制理论频率曲线，根据设计频率查V兴（3）库容系数法,.,三、利用库容调节系数估算兴利库容,1、来水小于供水，说明来水不能满足全部灌溉的要求年调节：水库兴利库容水库来水量（有损失）W年式中：为库容调节系数，一般为0.40.6多年调节：（万米3）式中：多年平均年径流深（mm）F：水库承面面积（Km2）：库容调节系数,.,2、来水大于供水其中，W毛：年灌溉毛需水量：摩擦调节系数。雨洪次数多的地区（边蓄边用），0.30.5雨洪次数少的地区，0.60.8,.,四、不计入损失列表计算水库兴利库容,1、计算公式式中：W入、W出、W弃：分别为计算时段内水库的来水量、用水量和弃水量Q入、q出分别为计算时段内进入和流出水库的容量；t计算时段2、计算举例,.,.,3、考虑损失后的库容：V兴（1.11.2）V/兴4、兴利水位确定：根据不计入损失时的V兴，加以考虑计入损失库容，得出相应计入损失的V兴，再加上死库容得出总库容，然后在Hf(v)曲线查出相应水位即为兴利水位。,.,第四节设计洪水计算,一、什么是设计洪水1、目的：为了进行调洪演算确定防洪库容及泄洪建筑物尺寸2、计算基础：需要一个设计洪水过程线3、什么是设计洪水：符合某一设计频率的洪峰流量、洪水总量以及设计洪水过程线4、推求方法：以实测流量资料推求；以暴雨资料推求；经验公式（小流域、小型水库无资料情况下使用）,.,二、由流量资料推求设计洪水,1、选样首先作一定的资料收集，审查可靠性和代表性的洪水流量，再作修正工作（插补延长洪水径流系数），作历史洪水调查。2、设计洪峰流量计算：方法：年最大值法在水文系列资料中，每年选一最大洪峰流量进行水文统计，绘制理论频率曲线，然后根据设计频率求得Qmax3、设计洪水总量计算方法：年最大值法按一定时段（一日、三日、五日）每年选定这样时段最大的洪量进行水文统计计算，绘制理论频率曲线，然后根据设计频率求得W设4、设计洪水过程线符合两个原则：Qmax与1计算相符；面积与2计算相符,.,选型：选择典型洪水过程线要求：选择峰高量大的洪水过程线作典型洪水过程线选择峰型比较集中而且主峰靠后的洪水过程线作典型洪水过程线放大方法：同倍比放大或同频率放大按峰放大：，然后根据KQ将典型年洪水过程线放大即为设计洪水过程线。按量放大：同样按典型年洪水过程量放大即为设计洪水过程线,.,三、地区经验公式法,1、设计洪峰流量Qm(p):频率为p%的设计洪峰流量Cp、N：参数，反映流域情况、坡度、河网密度、河床植被等各种因素（Cp、N值见教材）F：流域面积（Km2）,.,2、设计洪水总量Wp：每一设计频率的洪水总量（万m3)：某一设计频率的一日暴雨径流系数：某一设计频率的一日暴雨量(mm)F：坝址以上的承面面积(km2),.,3、设计洪水过程线再根据Qmaxp，T（t1、t2）在坐标纸上绘出图形，即为设计洪水过程线。,.,第五节确定防洪库容和溢洪道尺寸,一、概述1、设计防洪库容和溢洪道的原因：为了保证大坝安全和下游防洪的需要，达到削减上游洪峰，拖延洪水时间的作用。2、防洪设计标准：设计洪水位与设计防洪库容校核洪水位与超高库容3、防洪库容与兴利库容的关系：（1）防洪库容与兴利库容不结合。溢洪道底部高程即为H兴，适用于洪水不稳定，洪水预报不易准确的地区（2）防洪库容与兴利库容相结合。当洪水来临前，提前开闸，使水位降到溢洪道底部高，正常情况下，闸门挡水高度到H兴4、调洪目的：根据已知设计洪峰流量和泄洪量，经调洪演算确定设计防洪库容和泄水建筑物尺寸,.,二、调洪演算基本原理和方法,1、试算法原理：根据水力学的水量平衡原理和动力平衡原理公式：式中：分别为时段初、时段末进入水库流量（米3/秒）：分别为时段初、时段末流出水库流量（米3/秒）V1、：分别为时段初、时段末水库容量（万米3）B溢洪道宽度M流量系数，与溢洪道进口形状有关，M1.51.65,.,三、试算法1、根据Hf(v)和拟定的泄洪建筑物尺寸、型式，利用公式求出qf(v)曲线,.,2、利用时的水量平衡方程式进行解算。（2、4、6小时）可根据时段在设计洪水过程线查出q1可根据发电流量而定，q2假定（1/21/4），代入公式，求出，由求得的查q-f(v)，得,.,3、若假，说明假定即为所求，否则重新定直到假为止。4、将上时段末的值作为下段的起即条件，重复上述试算过程，可求得下一时段末。用同样的方法进行逐时段试算，最后即可求得水库下泄流