水利水能规划（兴利调节）课件

2.1水库特性2.2兴利调节分类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

兴利调节10/18/20222:44AM

1复习§2.2兴利调节分类兴利调节可按调节周期的长短、水库任务和供水方式等来划分。为提高枯水期(或枯水年)的供水量，满足灌溉、水力发电及城镇工业、生活用水、航运等兴利部门要求而进行的调节称为兴利调节。一、按调节周期二、按水库任务三、按水库供水方式四、其他分类一、日调节二、周调节三、年调节四、多年调节复习一、工作保证率的含义及分类水利水电部门正常工作的保证程度，称工作保证率。设计保证率通常有年保证率P和历时保证率P’两种表达形式。

310/18/20222:44AM§2.3设计保证率为拟建的水利水电工程选定一个合理的工作保证率，以便为水利水电工程规划设计提供依据，这一保证程度，通常以正常用水保证率或设计正常用水保证率表示，简称设计保证率，P设。复习

410/18/20222:44AM具有代表性的设计典型年份或典型径流系列称之为设计代表期。进而将设计典型年称作设计代表年，将设计典型径流系列称作设计代表系列。§2.4设计代表期复习一、设计代表年1．设计枯水年2.设计中水年3．设计丰水年二、设计代表系列１.设计枯水系列2.设计中水系列

510/18/20222:44AM§2.5兴利调节计算原理一径流调节周期中水库运用情况分析二早蓄及迟蓄方案三径流调节计算的原理及方法四径流调节计算研究课题复习当水库在一个调节周期内连续供水、蓄水两次，称为水库二次运用。2.5径流调节原理一水库运用情况分析图2-8水库两次运用示意图二早蓄及迟蓄方案2.5径流调节原理早蓄方案是从调节年度初库空起，即蓄水期一开始，顺时序有余水即蓄，直到蓄满调节库容后，多余水量才作为弃水。到缺水时就供水，库水位降落，直至调节年度末水库重新腾空。迟蓄方案则由蓄水期的某一时刻起才开始蓄水，在此之前，有余水即作为弃水。但也到供水期初蓄满调节库容。径流调节计算方法主要分为时历法和数理统计法两大类。时历法是以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水库蓄泄平衡的径流调节计算方法，其计算结果(如调节后的下泄流量，水库蓄水量等)也都是按时历顺序结出。时历法又分为列表法和图解法。数理统计法是应用径流频率特性，按概率论原理进行调节计算，所得成果是以调节水量(调节流量)、多余或不足水量以及水库蓄水等的频率形式给出。数理统计法常用于多年调节水库的计算。

810/18/20222:44AM2.5径流调节原理三径流调节计算的原理及方法对某一时段Δt，水库中水量的平衡方程为：

910/18/20222:44AM2.5径流调节原理两类方法的基本原理都是水量平衡。径流调节计算的实质就是找出水库来水、水库放水以及水库蓄水三者之间的关系。上面的公式可用于以下问题：1．在水库洪水演算过程中，找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化以及泄洪建筑物型式和尺寸等之间存在的关系。

1010/18/20222:44AM2.5兴利调节计算原理

1110/18/20222:44AM2.5兴利调节计算原理2．对于兴利调节，可解决以下三类课题:(1)根据用水要求，确定兴利库容。(2)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）；(3)根据兴利库容及水库操作方案，求解水库运用过程。一、根据用水要求（调节流量）确定兴利库容二、根据兴利库容确定调节流量三、根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程2.6兴利调节时历列表法10/18/20222:44AM

122.6兴利调节时历列表法

1310/18/20222:44AM根据用水要求确定兴利库容是水库规划设计的重要内容。由于用水要求为已知，根据天然径流资料（入库水量）可求出水库补充放水的起止时间。逐时段进行水量平衡，算出不足水量（或余水），再累加各时段的不足水量（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。天然径流资料不同，求解出的兴利库容有所不同。一、根据用水要求确定兴利库容2.6兴利调节时历列表法

1410/18/20222:44AM时历列表法调节计算的基本原理是根据系列的来水和用水资料，以月为计算时段，按水量平衡公式，计入损失水量，逐年计算水库的调节过程和调节水量，然后根据水库的供需关系和年调节水量确定水库的可供水量。一、根据用水要求确定兴利库容按照对径流资料的不同取舍，时历法可分为长系列法和代表期法。2.6兴利调节时历列表法

1510/18/20222:44AM一、根据用水要求确定兴利库容长系列法针对长系列径流资料算出所需兴利库容，然后按由小到大顺序排列并计算、绘制兴利库容频率曲线。之后根据设计保证率在该库容频率曲线上定出水库兴利库容；代表期法是用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。其精度取决于所选设计代表期的代表性好坏。2.6兴利调节时历列表法

1610/18/20222:44AM时历列表法调节计算的水量平衡公式如下：V月初+W来-W用-W损-W弃=V月末式中：V月初为水库月初库容；W来为水库本月来水量；W用为本月各用水户的用水量；W损为水库本月蒸发和渗漏损失水量；W弃为水库本月弃水量；V月末为水库月末库容。根据上述水量平衡公式，以月为计算时段计算水库逐年净调节水量，对年净调节水量系列进行排序，经频率分析计算求得不同保证率的可供水量。一、根据用水要求确定兴利库容计算时段内进出水库的水量差，等于水库蓄水量的变化。2.6兴利调节时历列表法

1710/18/20222:44AM一、根据用水要求确定兴利库容

(一)不计损失列表法（二）计入损失列表法（三）计入损失的简算法（一）不计损失的列表法调节计算2.6兴利调节时历列表法一、根据用水要求确定兴利库容

计算步骤：(1)计算各月余、缺水量。根据各月来、用水量，计算各月来、用水量差，即W来-W用；差值是正为余水量，差值是负为缺水量;(2)确定兴利库容。逆时序累计各月余、缺水量，即∑（W来-W用），计算起点从供水期末的水库放空时刻，逢缺水就加，遇余水就减，出现负值按零计。∑（W来-W用）就是本年度的兴利库容V兴。还可根据余、缺水量进行判断。

(3)推求水库蓄水量变化过程和弃水过程。按“遇余则蓄，蓄满则弃，遇缺则供”的操作方式，顺时序累加各月的余、缺水量，得水库各月的蓄水量。

(4)计算完毕应进行校核。校核的方法是检查全年总水量是否平衡。按水量平衡原理应有：经校核总水量平衡，说明计算无误。（一）不计损失的列表法调节计算一、根据用水要求确定兴利库容计算步骤

【例2-1】某坝址处的多年平均年径流量为1104.6×106m3，多年平均流量为35m3/s。设计枯水年的天然来水过程及各部门综合用水过程分别列入表2-5（2）、（3）栏和（4）、（5）栏。径流资料均按调节年度给出，本例年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7-9月为丰水期，10月初到次年6月末为枯水期。（一）不计损失的列表法调节计算2.6兴利调节时历列表法一、根据用水要求确定兴利库容举例时段(月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量106

m3出库总流量

m3/s流量m3/s水量106

m3流量m3/s水量106

m3多余106

m3不足106

m3流量m3/s水量106

m3（1）（2)(3)（4）（5）（6）（7）（8）（9）(10）（11)枯水期1011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45

1.325.2614.4718.1522.3613.1518.4127.6131.56

150.97145.71131.24113.0990.7377.5859.1731.5609.59.59.59.59.515.015.015.015.0合计225.6593.35192.5506.30239.34152.2987.05

平均18.8

16.0

表2-5水库年调节时历列表计算（不计水库水量损失）累计（6）、（7）两栏，并扣除弃水（逐月计算时以水库蓄水为正，供水为负），即得兴利库容内蓄水量变化情况，填入（10）栏。注：1、∑（3）-∑（5）=∑（8），可用以校核计算。

2、∑（6）-∑（7）=∑（8），可用以校核计算。9月份原计划要求用水流量为20m3/s，由于库满，可按天然来水运行，提高水量利用率。丰水期78950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.0*78.9078.9065.7553.92185.42

033.1087.05

53.92152.29152.2930.063.125.0水库供水期，库水位逐月下降保持满库库满有弃水水库蓄水六月末兴利库容放空β＝V兴/W年＝152.29×106/1104.60×106≈13.8％（二）计入损失的列表法调节计算一、根据用水要求确定兴利库容水库在兴利调节过程中，不可避免地会产生水量损失。因此水库应适当增大库容，以抵偿损耗的水量，来保证正常供水。但由于水量损失无论是蒸发还是渗漏都与库水位有关，所以严格来讲，计入损失的调节计算应进行试算。鉴于试算过程十分繁琐，故常采用逐次逼近的方法来进行。该方法是在不计损失计算的基础上，先近似求得各时段的蓄水情况，然后以时段平均蓄水量(包括死库容)求出各时段的损失水量，并将各时段损失水量由来水过程中减掉，或加入用水过程，再以水量平衡原理逐时段求得余缺水量，求得考虑水量损失的调节库容和水库蓄水过程。（二）计入损失的列表法调节计算2.6兴利调节时历列表法一、根据用水要求确定兴利库容

基本步骤：(1)不计损失的列表计算。见上例，并将表2-5第⑦栏的月末蓄水量加上死库容后移至表2-7第④栏：表2-7第⑥栏是系由第⑦栏查水库库容曲线和面积曲线所得。(2)计算损失量。包括蒸发损失、渗漏损失，总损失量为二者之和。(3)计入损失的列表计算。将损失量加到用水量之中得毛用水量。根据天然来水和总损失量计算余、缺水量。从供水期末，逆时序累加余、缺水量确定计入损失的兴利库容。由于各月蒸发、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。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V兴。

表2-6

某水库蒸发和渗漏损失深度（mm）月份（1）123456789101112全年蒸发损失（2）153080110150150130115907535201000渗漏损失（3）606060606060606060606060720总损失（4）7590140170210210190175150135958017表中蒸发损失是根据当地水面蒸发资料和多年平均陆面蒸发等值线图求得。渗漏损失的数据是由库区水文地质调查报告提供的。（二）计入损失的列表法调节计算2.6兴利调节时历列表法表2-7计入水量损失的年调节列表计算时段

(月

)天然来水量未计入水量损失情况水量损失计入水量损失情况用水量时段末水库蓄水量时段平均蓄水量平均水面面积损失水量深度

m水量损失值毛用水量多余水量不足水量时段末水库蓄水量弃水量（1）（2）（3）（4）（5）(6)（7）(8)(9)(10)(11)（12）(13)丰水期789132.82264.3265.7578.9078.9063.11*50.00103.92202.29202.29

76.93153.10202.299.615.217.60.1900.1750.1501.8422.6602.64080.7281.5665.7552.10182.76

50.00

102.10218.20218.20

066.66枯水期101112123456

23.6719.7310.526.842.6326.321.0411.847.89

24.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45

200.97195.71181.24163.09140.73127.58109.1781.5650.00

201.63198.34188.48172.66151.91134.15118.3895.3665.78

17.0016.4016.2016.0015.1514.2413.0011.008.000.1350.0950.0800.0750.0900.1400.1700.2100.210

2.2951.5581.2961.2001.3631.9942.2102.3101.680

27.2926.5526.2926.1926.3541.4441.6641.7641.13

3.626.8215.7719.3523.7215.1420.6229.9233.24

214.58207.76191.99172.64148.92133.78113.1683.2450.00死库容

合计593.35503.66

23.030526.69234.86168.20

66.661、∑（2）栏-[∑（3）栏+∑（8）栏]=∑（2）栏-∑（9）栏=∑（13）栏，可用来校核所进行的计算。2、∑（10）栏-∑（11）栏=∑（13）栏，可用来校核计算。兴利库容８月蓄满，９月可按天然流量运行，但计水量损失，因此月用水量为63.11×106m3。（二）计入损失的列表法调节计算2.6兴利调节时历列表法一、根据用水要求确定兴利库容上述时历列表法计算也可由供水期末开始，采用逆时序进行逐月试算。年调节水库供水期末（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，进而计算月损失计算。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。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。2.6兴利调节时历列表法中、小型水库的设计工作中，为简化，可按下述方法考虑水量损失：首先不计水量损失算出兴利库容，取此库容之半加上死库容，作为水库全年平均蓄水量，从水库特性曲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兴利库容近似解。(三)计入损失的简算法一、根据用水要求确定兴利库容2.6兴利调节时历列表法现仍沿用前述表2-5的算例，对应于全年蓄水量126.20×106m3的水库水面面积为13.7×106m3（图2-9），则年损失水量

［1720(mm)］×13.7×106m3/1000(mm)=23.6×106m3

每月损失量约1.97×106m3，供水期9个月损失总量为17.7×106m3。因此，计入水量损失后所需兴利库容为

（152.29＋17.70）×106

＝170×106（m3）。(三)计入损失的简算法一、根据用水要求确定兴利库容计算结果表明，简化法获值较大。一方面由于表2-7仅为一次近似计算，算值稍偏小；另一方面，在简化计算中水量损失按年内均匀分配考虑，又使结果稍偏大，因为实际上冬季水量损失比夏季小些。2.6兴利调节时历列表法特点归纳（一）不计入损失的年调节计算

（二）计入损失的年调节计算

（三）计入损失的简算法一、根据用水要求确定兴利库容(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。2.6兴利调节时历列表法特点归纳一、根据用水要求确定兴利库容(3)上述算例中，供水期总调节水量为

(5×24.99+4×39.45)×106=281.75×106（m3）

除以供水期秒数可得相应调节流量为11.9m3/s。通常将设计枯水年供水期调节流量（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α

，用以度量径流调节的程度。上述算例的α=11.9／35.0=0.34。2.6兴利调节时历列表法特点归纳(4)上述算例中为一次运用情况。图a中，二次运用过程中各次水库供水量均小于前期蓄水量，即W供1<W蓄1，W供2<W蓄2。

供水量中较大者即为所需兴利库容，此图例中V兴＝W供1

图b中，第二次供水量大于前面的蓄水量，即W供2>W蓄2。这时，为了满足兴利用水要求，应在水库中为第二次供水预留水量W供2

－W蓄2，故

V兴＝W供1＋（W供2一W蓄2）（m3）一、根据用水要求确定兴利库容2.6兴利调节时历列表法特点归纳(5)兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水量时，枯水期不足水量可由径流年调节解决。当全年用水量大于设计枯水年来水量时，仅靠径流年内重新分配是不可能满足要求的，必须借助于丰水年份之水量，即需进行径流多年调节才能解决问题。一、根据用水要求确定兴利库容2.6兴利调节时历列表法年调节水库之例，说明了确定兴利库容的径流调节时历列表法，其水量平衡原理和逐时段推算的步骤和方法，对于调节周期更长的多年调节和周期短的日（周）调节都基本适用。水库多年调节的调节周期长达若干年，且不是常数，即使有较长的水文资料其周期循环数目仍然不多，难于保证计算精度。一般认为，只是在具有30～50年以上水文资料时才有可能应用长系列法，否则便采用代表期（设计枯水系列）法进行径流调节时历列表计算。对于周期短的日（周）调节，其计算时段常按小时（日）计，当采用代表期法时，则针对设计枯水日（周）进行径流调节时历列表计算。一、根据用水要求确定兴利库容二、根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法具有一定调节库容的水库，能将天然枯水径流提高到什么程度，也是水库规划设计中常碰到的问题。例如在多方案比较时常需推求各方案在供水期能获得的可用水量（调节流量Q调），进而分析每个方案的效益，为方案比较提供依据；对于选定方案则需进一步进行较为精确的计算，以便求出最终效益指标。二、根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法由于调节流量为未知值，不能直接认定蓄水期和供水期。只能先假定若干调节流量方案，对每个方案采用上述方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0，即可由Q调～V兴曲线查定所求的调节流量Q调（图2-11）。二、根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法年调节水库，也可直接用下式计算

Q调＝（W设供一W供损

+V兴）／T供（m3/s）

（2-16）

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）。(1)水库调节性能问题。(2)划定蓄、供水期的问题。二、根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法

Q调＝（W设供一W供损

+V兴）／T供（m3/s）

（2-16）

(1)

水库调节性能问题。首先应判明水库确属年调节，因只有年调节水库的V兴才是当年蓄满且存水全部用于该调节年度的供水期内。水库库容系数,初步判定。以对设计枯水年按等流量进行完全年调节所需库容V完为界限，当实际兴利库容大于V完时，水库可进行多年调节，否则为年调节。令各月用水量均为设计枯水年平均月水量，对设计枯水年进行时历列表计算，可求出V完值。V完=Q设年T枯-W设枯(m3）

Q设年-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;T枯-设计枯水年枯水期总历时，s。二、根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法

Q调＝（W设供一W供损

+V兴）／T供（m3/s）

（2-16）

(1)

水库调节性能问题。(2)划定蓄、供水期的问题。应用式（2-16）计算供水期调节流量时，需正确划分蓄、供水期。径流调节供水期指天然来水<用水，需由水库放水补充的时期。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，而终止时刻应为天然流量开始大于调节流量之时。可见，供水期长短是相对的，调节流量越大，要求供水的时间越长。但在此，调节流量为未知，不能很快定出供水期，需试算。二根据兴利库容确定调节流量2.6兴利调节时历列表法【例2-3】某拟建水库坝址处多年平均流量为=22.5m3/s，多年平均年水量W年

=710.1×106m3。按设计保证率P设

=90％选定的设计枯水年流量过程线如图2-12所示。初定兴利库容V兴

=120×106m3，试计算调节流量和调节系数。判定水库调节性能按已知兴利库容确定调节流量（不计水量损失）计算流程1.

判定水库调节性能

水库库容系数β=120×106／(710.1×106)≈0.17，初步认定为年调节水库。进一步分析设计枯水年进行完全年调节的情况，以确定完全年调节所需兴利库容，其步骤为：

(1)计算设计枯水年平均流量和年水量。

Q设年

=(30+50+25+10+8+6+4+4+8+7+6+4)/12=13.5m3/sW设年

=13.5*365.25*24*60*60=426.1×106m3

(2)定出设计枯水年枯水期。进行完全年调节时，调节流量为Q设年，由图2-12可见，其丰、枯水期十分明显，即当年10月到次年6月为枯水期

T枯

=9×2.63×106=23.67×106（s）1.

判定水库调节性能

进一步分析设计枯水年进行完全年调节的情况，以确定完全年调节所需兴利库容，其步骤为：

(1)计算设计枯水年平均流量和年水量。W设年

=426.1×106m3

(2)定出设计枯水年枯水期。T枯

=23.67×106（s）

(3)求设计枯水年枯水期总水量。W设枯

=(10+8+6+4+4+8+7+6+4)*30.4*24*60*60=57×2.63×106=149.91×106（m3）(4)确定设计枯水年进行完全年调节所需兴利库容V完。

V完=Q设年T枯-W设枯(m3）V完＝（13.5×23.67-149.9）×106＝169.6×106（m3）2.按已知兴利库容确定调节流量（不计水量损失）

该调节流量一定比Q设年小，先假定11月到次年6月为供水期，由式（2-16）得

Q调＝(120×106＋47×2.63×106)/(8×2.63×106)≈11.6(m3/s)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＝(120×106

＋57×2.63×106)/(9×2.63×106)≈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α=Q调/Q均

=11.4／22.5=0.51

Q调＝（W设供一W供损

+V兴）／T供

（m3/s）

（2-16）

三、根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程2.6兴利调节时历列表法所谓推求水库运用过程，主要内容为确定库水位、下泄量和弃水等的时历过程，并进而计算、核定工程的工作保证率。在既定库容条件下，水库适用过程与其操作方式有关，水库操作方式可分为定流量和定出力两种类型。三根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程2.6兴利调节时历列表法（一）定流量操作这种水库操作方式的特点是设想各时段调节流量为已知值。当各时段调节流量相等时，称等流量操作。水库对于灌溉、给水和航运等部门的供水，多根据需水过程按定流量操作。在初步计算时也可简化为等流量操作。这时，可分时段直接进行水量平衡，推求水库运用过程。对于既定兴利库容和操作方案来讲，入库径流不同，水库运用过程也不同。三根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程（一）定流量操作以年调节水库为例。若供水期由正常蓄水位开始推算，当遇特枯年份，库水位很快消落到死水位，后一段时间只能靠天然径流供水，用水部门的正常工作将遭破坏。而且，在这种年份的丰水期，兴利库容也可能蓄不满，则供水期缺水情况就会更加严重。相反，在丰水年份，供水期库水位不必降到死水位便能满足兴利部门的正常用水，而在丰水期这水库可能提前蓄满并有弃水。显然，针对长水文系列进行径流调节计算，即可统计出工程正常工作的保证程度。而对于设计代表期（日、年、系列）进行定流量操作计算，便得出具有特定含义的水库运用过程。三根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程2.6兴利调节时历列表法（二）定出力操作为满足用电要求，水电站调节水量要与负荷变化相适应，这时，水库应按定出力操作。