水利水能规划兴利调节培训课件

径流调节（RunoffRegulation)：

兴建专门的水工建筑物（水库），控制和重新分配天然径流，人为地增加或减少某一时期的流量，使它满足各用水部门的需要。这种措施的总称。兴利调节（Stream-flowRegulation)：

为提高枯水期供水量而进行的径流调节称之。通常也称为径流（量）调节。洪水调节（FloodRegulation)：

为削减洪水流量而进行的径流调节称之。7/24/20231水利水能规划兴利调节

2-1水库特性

（CharacteristicsofReservoir)7/24/20232水利水能规划兴利调节一、地形特性（CharacteristicsofTopography)1、水库面积特性是指水库的库水位与水库水面面积之间的关系，一般用曲线表示，称为水库水位~面积曲线（Stage~areaCurve)，简称水库的面积曲线。7/24/20233水利水能规划兴利调节100105110115100105110115Z(m)F(m2)图2-1水库面积特性示意图ΔVi

坝址（damsite）7/24/20234水利水能规划兴利调节作法：根据实测地形图，1/5000~1/50000，等高距1、2、5m，计算各条等高线与坝轴线包围的水面面积，然后绘Z~F曲线。用途：了解水库水面面积，设计时用于确定水库淹没面积，计算水库蒸发损失水量。7/24/20235水利水能规划兴利调节2、库容特性库容即水库的容积，库容特性指库水位与库容之间的关系，称为水位~容积曲线，简称库容曲线（Stage~StorageCurve)。作法：将水库面积曲线的水位分层，计算各层间的库容：图2-2水库的面积曲线和库容曲线Z(m)Z~FZ~VF(m2)V(m3)ZiFi-1Zi-1FiΔViΔViΔZi7/24/20236水利水能规划兴利调节100105110115100105110115Z(m)F(m2)图2-1水库面积特性示意图ΔVi

坝址（damsite）7/24/20237水利水能规划兴利调节

(2-1)或：（2-2）然后自河底向上逐层累加，即可的相应水位Zi时的库容：

最后点绘库容曲线Z~V。7/24/20238水利水能规划兴利调节静库容（LevelStorage)附加库容（AdditionalStorage)动库容（SlopeStorage，BackwaterStorage)附加库容7/24/20239水利水能规划兴利调节用途：

库容曲线是水库设计中最重要的基础资料之一。库容曲线用来确定水库的容积，即蓄水量的大小，是确定水库各种特征库容和特征水位的依据。7/24/202310水利水能规划兴利调节二、水库特征水位和特征库容（CharacteristicWaterLevel&StorageCapacityofReservoir）

库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所提供的效益。因此，确定水库特征水位及其相应的库容是水利水能规划、设计的主要任务之一。根据水库在调节径流中的各种任务，把水库水位及其相应的库容作如下的划分：7/24/202311水利水能规划兴利调节1、死水位Z死和死库容V死Z死(DeadStage)：水库在正常运行的情况下，允许消落的最低水位.V死（DeadStorage)：死水位以下的库容称为死库容（垫底库容）.Z死V死7/24/202312水利水能规划兴利调节说明：①死库容不参与径流调节。②水库水位并非每年都降到死水位。对多年调节水库，要经过若干年以后才能降到死水位。Z死V死③在特殊情况下，如检修、战备等，常把水库的水泄空，水位降到死水位以下。7/24/202313水利水能规划兴利调节Z死V死2、正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴Z蓄（NormalWaterStage）：水库在正常运用的情况下，为满足设计兴利的要求，在枯水期初开始供水时应蓄到的水位。V兴（ActiveStorage)：

Z蓄和Z死之间的库容。

h消（Draw-downofReservoir)：消落深度或工作深度,h消=Z蓄-Z死Z蓄V兴h消7/24/202314水利水能规划兴利调节构设计、大坝稳定性及强度计算的依据。

大中型水库Z蓄的选择是工程设计中一项很重要的内容，涉及到技术、经济、政治、社会、环境等等问题。Z死V死Z蓄V兴h消

Z蓄是水库设计中最重要的参数之一，它决定了水库的规模、投资、效益和调节方式；它也决定了水工建筑物的尺寸，型式和水库的淹没损失；也是大坝结7/24/202315水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消3、防洪限制水位Z限Z限（RestrictedLevelofFlood-control)：

水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。Z限7/24/202316水利水能规划兴利调节

Z限是为协调防洪和兴利的矛盾而设置的。在汛期预留一部分库容（Z限<Z蓄）以防止洪水对工程的威胁，从而减少专用的防洪库容。称这种情况为防洪和兴利相结合，结合的库容称为共用库容或重叠库容V共（ReuseStorage)。Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共在汛期它是防洪库容的一部分，而汛后则为兴利库容的一部分。7/24/202317水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共4、防洪高水位Z防和防洪库容V防两类防洪问题：①水库自身安全的防洪问题；

②下游防护区防洪问题。Z防（High-waterLevelofFlood-control)：7/24/202318水利水能规划兴利调节

水库下游有防洪任务时，当遇到下游防护对象的设计洪水时，水库为了下游防洪，控制下泄流量而拦蓄洪水，在坝前达到的最高洪水位。V防（Flood-controlStage)：

Z防与Z限之间的库容。Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防7/24/202319水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防5、设计洪水位Z设和拦洪库容V拦洪Z设（Design-floodLevel)：当遇到大坝设计洪水时，水库在坝前达到的最高洪水位。V拦洪（FloodDetentionStorage)：Z设和Z限之间的库容。Z设V拦洪7/24/202320水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防Z设V拦洪6、校核洪水位Z校和调洪库容V调洪Z校（CheckFloodWaterLevel）：当遇到大坝校核洪水时，水库在坝前达到的最高洪水位。V调洪（FloodStorageCapacity)：Z校和Z限之间的库容。Z校V调洪7/24/202321水利水能规划兴利调节

Z设和Z校用来确定坝高，大坝的安全稳定系数也是用Z设和Z校产生的水压力来计算的。7/24/202322水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防Z设V拦洪Z校7、坝顶高程Z坝顶

Z坝顶（DamCrest）=Z设+h风浪+ΔH设

Z坝顶（DamCrest）=Z校+h风浪+ΔH校取大者。Z坝顶式中，h风浪为风浪影响高度。ΔH设、ΔH校为安全超高，按规范规定取值。V调洪7/24/202323水利水能规划兴利调节Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防Z设V拦洪Z校Z坝顶8、淤沙水位Z淤和淤沙库容V淤V淤（SedimentPool）：考虑水库使用期内泥沙淤积而预留的库容。Z淤（SedimentWaterLevel）：从库底算起相应于V淤的水位。V淤V调洪Z淤7/24/202324水利水能规划兴利调节9、总库容V总和有效库容V效V总（TotalStorage)：校核洪水位以下库容。

V总=V死+V兴+V调洪-

V共Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防Z设V拦洪Z校Z坝顶V淤V调洪Z淤V总7/24/202325水利水能规划兴利调节V效（UsefulStorage)：校核洪水位和死水位之间的库容。

V效=V总-V死Z死V死Z蓄V兴h消Z限V共V防Z防Z设V拦洪Z校Z坝顶V淤V调洪Z淤V效7/24/202326水利水能规划兴利调节

V总是水工建筑物规模的代表性指标，可以作为划分水库等级、确定工程安全标准的依据。大Ⅰ型：>10亿m3

大Ⅱ型：1~10亿m3

中型：0.1~1亿m3

小Ⅰ型：0.01~0.1亿m3

小Ⅱ型：0.001~0.01亿m3

V总<0.001亿m3称为山塘，若V总特别大，超几百亿m3称为超大型或巨型水库。7/24/202327水利水能规划兴利调节

水库设计的主要任务就是如何确定水库的特征水位和特征库容。7/24/202328水利水能规划兴利调节三、水库水量损失W损（WaterLosses）水量损失包括：蒸发损失、渗漏损失和结冰损失（北方地区水库）。库区水面蒸发坝基渗漏水面结冰7/24/202329水利水能规划兴利调节1、蒸发损失W蒸(EvaporationLosses)

建库前库区为陆面，建库后变为水面，水面蒸发一般比陆面蒸发大。库区坝址断面7/24/202330水利水能规划兴利调节

W蒸=（h水-h陆)(F库–f)(2-3)

（h水-h陆)F库（m3）水面蒸发h水=KE水(mm)E水为实测水面蒸发，K为折算系数(Reductioncoefficient).式中：陆面蒸发h陆=(mm)F库：计算时段内水库平均水面面积（m2），f原天然河道水面面积（m2），一般可忽略不计。7/24/202331水利水能规划兴利调节实测水面蒸发E水各年不一样，要根据设计要求具体取值。一般：水电站：计算保证出力时取实测最大水面蒸发量及其年内分配过程；计算多年平均发电量时采用多年平均水面蒸发，年内分配取多年平均年内分配。7/24/202332水利水能规划兴利调节【例】已知某水库坝址以上流域内多年平均年降水量1380mm，多年平均年径流深=815mm，蒸发器观测的年水面蒸发深度E水=1560mm，水面蒸发过程如下表，蒸发器折算系数k=0.8。试计算该水库年蒸发损失水量及年内分配过程。7/24/202333水利水能规划兴利调节解：①计算年水面蒸发深度

h水=kE水=0.8×1560=1248mm②计算年陆面蒸发深度

h陆==1380–815=565mm③计算水库年水面蒸发损失深度

h水-h陆=1248–565=683mm④求水库蒸发损失年内分配

先求水面蒸发年内各月分配百分比，然后将年水面蒸发损失深度乘以各月百分比，如1月份的蒸发损失深度为683×4.2%=28.7mm。即可得水库蒸发损失年内分配。7/24/202334水利水能规划兴利调节2、渗漏损失W渗（LeakageLosses)用经验公式计算：（1）年渗漏水量

W年渗=k1F库（2-4）k1为年渗漏损失水深，以m计，F库为水库年平均蓄水面积，以m2计。各月渗漏水量取全年算术平均。7/24/202335水利水能规划兴利调节（2）月渗漏水量W渗=k2W蓄（2-5）k2为月渗漏水量占月蓄水量的比例，以%计；W蓄为月平均蓄水量。同时段：

W损=W蒸+W渗

k1、k2根据地质条件按表2-1选用。7/24/202336水利水能规划兴利调节四、水库淤积（ReservoirSedimentation)

水库蓄水以后，库区水流流速减小，水流挟沙能力随之降低，水中挟带的泥沙在库区中沉积，形成水库的淤积。设计水库时需预计水库使用期内泥沙的淤积量，以便采取降低淤积的措施。大型水库泥沙淤积需专门计算，中小型工程可估算。估算方法如下：水库使用T年后泥沙淤积库容V淤：

V淤=V年淤·T7/24/202337水利水能规划兴利调节

V年淤=V悬移+V推移

V悬移=（ρ0W0m）/[(1-P)γ]

V推移=β

V悬移式中V淤----水库使用T年后泥沙淤积总量，m3

V年淤----多年平均年淤沙容积，m3/a

V悬移----多年平均悬移质泥沙淤积容积，m3/a

V推移----多年平均推移质泥沙淤积容积，m3/a

ρ0------多年平均悬移质含沙量，kg/m3，由实测资料确定7/24/202338水利水能规划兴利调节

W0----多年平均径流量，m3

m-----悬移质泥沙沉积率

P-----悬移质泥沙孔隙率，一般为0.3~0.4

γ-----悬移质泥沙干容重，kg/m3

β-----推移质和悬移质泥沙沉积量的比值，一般平原地区为0.01~0.05，丘陵地区为0.05~0.15，山区0.15~0.30

T----设计淤积年限，一般中小型水库20~50年，大型水库50~100年

V淤库容曲线Z淤

7/24/202339水利水能规划兴利调节五、水库淹没和浸没（ReservoirInundationandBankImmersion）

修建水库，特别是高坝大库，在起到兴利与除害作用，给国民经济带来效益的同时，还会引起水库的淹没和浸没，带来一定的负面效益，造成国民经济损失。在规划设计水库时对此应引起重视。水库蓄水后，正常蓄水位以下为淹没区，需要搬迁。正常蓄水位和校核洪水位之间区域淹没机会较小，应根据具体的要求，确定某一标准，计算相应于这一标准的设计洪水，然后进行回水计算，最后确定淹没和搬迁的范围。7/24/202340水利水能规划兴利调节

水库蓄水后，库区周围地下水位上升，会引起库区周围产生浸没，可能会使旱地受涝，农田盐碱化，森林死亡，建筑物和其它设施倒塌。这些受影响区域也应列入搬迁的范围。水库淹没区及浸没区内所有受影响的对象都应按照规定标准给予补偿或防护。这些迁移、防护所需投资加上各种被淹没资源的损失，统称为水库淹没损失(LossesofReservoirInundationandBankImmersion)。

7/24/202341水利水能规划兴利调节

水库的淹没损失是水库设计中一个重要的技术经济指标，在人口稠密地区，水库的淹没损失往往很大。同时，水库移民的安置，有很强的政策性。如果处理不当，不仅影响工程建设，还可能给社会带来一些不安定的因素。水库的淹没和浸没所需的移民安置费和迁移赔偿费，计入工程总投资。因此，水库的淹没和浸没问题常常是决定工程取舍或限制水库规模的主要因素之一。7/24/202342水利水能规划兴利调节如何定义水库特征水位？各种特征库容的作用是什么？7/24/202343水利水能规划兴利调节

2-2兴利调节分类

（ClassificationofRunoffRegulation)7/24/202344水利水能规划兴利调节为什么要对兴利调节分类？天然河道中径流变化无常，汛期来水多，枯水期来水少，甚至会出现连续多年的丰水年组或枯水年组，这与用水部门的用水要求有矛盾，修建水利工程的最终目的就是要解决这个矛盾。因此，我们还必须了解这一矛盾的具体表现形式，以便了解水库设计和运用中各自的特点，在径流调节计算中采用相应的解决方法。7/24/202345水利水能规划兴利调节按照来水和用水矛盾的表现形式，径流调节的分类如下：一、按调节周期分类调节周期(RegulationPeriod)：指水库完成一次完整的蓄泄过程，即水库的兴利库容从库空蓄满放空，这样一个完整的蓄泄过程的时间周期。1、无调节（Non-regulation)

没有库容或库容很小，不能对天然来水进行重新分配，无调节周期。7/24/202346水利水能规划兴利调节调节周期为一昼夜，即利用兴利库容在24h内对天然径流进行重新分配，库水位在一昼夜完成一个循环。蓄水供水0122401224QZZ死Z蓄Qe~tQH~tZ~t2、日调节（DailyRegulation)例：城市供水，枯水期日来水均匀，但白天用水多，夜晚用水少，可利用水库将均匀的来水调节为不均匀的用水。7/24/202347水利水能规划兴利调节3、周调节（WeeklyRegulation)

枯水期天然径流在一周内变化不大，而用水量却不尽相同，可以将休假日停工停产多余的来水存蓄在水库里，用于其它工作日，调节周期为一周，称为周调节。4、年调节（AnnualRegulation)

河川径流季节性变化很大，一年里有丰水期、枯水期。丰水期和枯水期来水量相差悬殊，而多数的用水部门，如发电、供水、航运等，在一年内需水量变化不大。因此，就会感到丰水期水量过剩，而枯水期水量却不足。如果将丰水期多余的水量存蓄在水库内，等到枯水期放出来用，也就是在一年的范围内对天然径流进行重新分配，调节周期为一年，称为年调节。7/24/202348水利水能规划兴利调节QQe~tQH~t余水亏水蓄水弃水供水ZZ蓄Z死蓄水期供水期蓄水期供水期弃水期Z~t枯水年丰水年7/24/202349水利水能规划兴利调节

如果将一年内全部来水按用水要求重新分配，不发生弃水，这种调节称为完全年调节(CompleteAnnualRegulation)。

对丰水年，水库蓄满后会发生弃水。这种仅能存蓄丰水期部分多余水量，发生弃水的调节，称为不完全年调节(IncompleteAnnualRegulation)或季调节(orSeasonalRegulation)。7/24/202350水利水能规划兴利调节

完全年调节和不完全年调节是相对概念，因为对某一水库，建成之后，兴利库容已定，而来水量年年不同，可能某一年份是完全年调节，而另一些年份却是不完全年调节。水库属于何种调节形式，需用设计枯水年所需的兴利库容进行判别。7/24/202351水利水能规划兴利调节5、多年调节（PluriennialRegulation)

河川径流来水不均匀，除了每年有丰水期、枯水期外，还可能出现连续的丰水年组和连续的枯水年组。当设计年用水量大于设计枯水年来水量时，就需要将丰水年多余的水量存蓄在水库里，以补足枯水年水量之不足。这种需要经过多个丰水年水库才能蓄满，经过一系列枯水年组水库才能放空，调节周期为多年的调节，称为多年调节。多年调节的调节周期为若干年，具体多少年需要根据设计用水量和设计来水量及其过程才能确定。7/24/202352水利水能规划兴利调节Qe~tQH~tQZZ蓄Z死余水亏水亏水亏水亏水亏水余水余余余余亏蓄满放空第1年第2年第3年第4年第5年第6年Z~t7/24/202353水利水能规划兴利调节

水库库容越大，它的调节周期就越长，调节和利用径流的程度就越高。一般，调节周期长的水库能同时进行短周期的调节。如：多年调节水库能同时进行年调节、日调节。在水力发电中，通常把具有一定库容，能拦蓄天然径流进行调节的电站称为蓄水式电站（Water-storageTypePlant)；而把不能对径流进行调节，包括仅能进行日调节、日发电量取决于天然径流的电站称为径流式电站（Run-of-riverTypePlant)。7/24/202354水利水能规划兴利调节判别方法：库容系数(StorageCoefficient)：

β<2%无调节或日调节8%<β<30%（来水较均匀时2%<β<8%）年调节

β>30%多年调节上述方法仅用于初估。7/24/202355水利水能规划兴利调节二、按水库的任务分类1、单一任务径流调节：如灌溉、发电、供水、航运等等。2、综合利用径流调节：具有两种以上任务的径流调节，但以其中一种为主。7/24/202356水利水能规划兴利调节三、按水库供水方式分类

1、固定供水：水库按固定要求供水，与水库供水期和蓄水期来水量无关。如城市生活用水、工业用水。2、变动供水：水库供水随蓄水量的多少和用户的不同要求而变动。如灌溉，按农作物需水量供水；发电，按负荷大小放水发电。7/24/202357水利水能规划兴利调节四、其它分类1、反调节(ReverseRegulation)：下游水库对上游水库泄流过程进行再调节，以满足下游用水部门的要求，这种调节方式称之。Q上tQ下tQ上Q下7/24/202358水利水能规划兴利调节2、补偿调节（CompensatingRegulation)

①单一水库

水库根据下游区间来水大小进行补偿放水，以满足用水部门的需求，这种调节方式称为补偿调节。城市水库Q库Q区区间7/24/202359水利水能规划兴利调节②水库群（Multi-storageSystem)

水库群之间进行水文补偿，或进行库容补偿，或进行电力补偿，共同满足用水部门的需求，这种调节形式称为补偿调节。7/24/202360水利水能规划兴利调节兴利调节如何分类？7/24/202361水利水能规划兴利调节

2-3设计保证率（DesignFrequency)7/24/202362水利水能规划兴利调节一、工作保证率和设计保证率的含义工作保证率：水利部门正常工作的保证程度，称为工作保证率。

统计方法：①年保证率

（2-10）式中，T为年数。7/24/202363水利水能规划兴利调节②历时保证率

（2-11）式中，t为历时，以日、旬、月计。二者可用下式进行换算：

（2-12）式中，m为破坏年份中的破坏历时与破坏年份的总历时之比，以小数计。7/24/202364水利水能规划兴利调节

这两种表示方法形式上完全一样，但统计时段不同，运行总年数一样时，结果却不一样。用年保证率时，破坏年份中不论破坏（缺水缺电）历时多长，比如一个月，或一旬，甚至一天，正常工作遭破坏，该年即计入破坏年数。用历时保证率时，由于破坏年份中的正常运行历时计入正常运行总历时，所以有

7/24/202365水利水能规划兴利调节在实际工作中，采用哪种形式，应根据用水特性、水库调节性能和设计要求而定。一般：蓄水式水电站、灌溉、供水等采用年保证率；径流式水电站、航运和其它不进行径流调节的用水部门采用历时保证率，且以日为统计历时。7/24/202366水利水能规划兴利调节设计保证率（DesignReliability）：

河川径流每年不同，年际间来水量也有大有小，如果在一些特枯年份也要保证兴利部门的正常用水，则需要建造很大的水库及有关的配套设施，这在技术上可能有困难，经济上也不一定合理，在这种情况下，一般允许水库减少供水量甚至断水断电。因此，必须研究各用水部门减少供水的可能性及合理范围，定出用水部门在多年运行期间正常工作得到保证的程度。这个保证程度，以正常用水保证率表示，简称设计保证率P设。7/24/202367水利水能规划兴利调节

设计保证率是水利水电工程运行的保证程度。如果设计保证率定得很高，则用水部门正常工作遭到破坏的机会就少，经济损失就小，但工程规模大，相应工程建设费用就高。反之，若保证率定的低，虽然工程建设费用省，但正常供水供电遭破坏的机会就越大，经济损失就大。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。7/24/202368水利水能规划兴利调节经济评价方法定性分析：

用F表示工程的投资积压损失+运行费（简称费用）。当P大，保证程度高，工程规模大，投资大，费用大，因此，F随P增大而增大。S、FS~PF~PF+S~P100P(%)P设（F+S)min用S表示因供水供电不足造成的经济损失。P越小，保证程度低，经常断水断电，造成的经济损失大。反之，P大，S小。因此，S随P的增大而减小。7/24/202369水利水能规划兴利调节

F+S代表社会总损失。F+S=min处相应的P即为所需的设计保证率。S、FS~PF~PF+S~P100P(%)P设（F+S)min7/24/202370水利水能规划兴利调节

由此可见，设计保证率的选择，实际上是合理解决供水供电的可靠性、水资源的利用程度以及工程投资之间的矛盾问题。但要按照上述方法来选择是困难的。目前主要是根据地区条件，全面考虑政治、技术、经济以及对人民生活的影响，参照设计规范选用。7/24/202371水利水能规划兴利调节1、水电站设计保证率按年保证率计。7/24/202372水利水能规划兴利调节2、灌溉设计保证率3、供水设计保证率

一般按年保证率取值范围为95%~99%，大城市和重要工矿区取较高值。7/24/202373水利水能规划兴利调节4、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保证率表示。最低通航水位是确定枯水期航道标准水深的起算水位。7/24/202374水利水能规划兴利调节

2-4设计代表期（设计年径流及其年内分配）(DesignRunoffanditsDistribution)7/24/202375水利水能规划兴利调节一、设计代表年1、

设计枯水年

年来水量、枯水期来水量符合设计保证率P设。2、

设计中水年年来水量符合50%的设计保证率。3、

设计丰水年年来水量符合100-

P设的设计保证率。

年内分配采用缩放典型的方法，设计枯水年用同频率法推求；设计中水年、设计丰水年用同倍比法推求。

7/24/202376水利水能规划兴利调节

对径流式电站的设计代表年，年径流量的求法与上述相同，年内分配采用缩放典型年日流量过程的方法，定出三个设计代表年日平均流量过程线，再绘制日平均流量历时（或保证率）曲线。

各种代表年年径流的整编年度应以水利年度为基准。7/24/202377水利水能规划兴利调节二、设计多年径流系列

多年调节水库的调节周期长达多年，故应采用多年径流系列进行计算。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。多年径流系列有两种：1、设计枯水系列选择设计枯水系列的步骤：①从实测的全部水文资料中选出最枯的连续枯水年组；②计算设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数T破；7/24/202378水利水能规划兴利调节【例】某水电站具有49年实测流量资料，设计保证率P=90%。试求允许破坏年数。解：

m=P(n+1)/100=90×(49+1)/100=45a

T破=n–m=49–45=4a

(2-13)③从选出的枯水年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数T破；余下的就是设计枯水年组（或系列）。7/24/202379水利水能规划兴利调节说明：①用上述设计枯水系列调节计算，需要对其它枯水年组校核计算的结果，若还有其它正常工作遭破坏的时段，则要从T破中扣除，得出新的允许破坏年数，并用它重新确定设计枯水系列。②有时需要校核破坏年份供水量和水电站出力能否满足最低要求。若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预留部分蓄水量。7/24/202380水利水能规划兴利调节2、设计中水系列

一般取10~15年作为代表期，其相应的径流系列称为设计中水系列。选择时应满足：①系列中连续径流资料至少要有一个完整的调节周期；②系列的均值、CV值应等于或接近长系列相应值；③系列中应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例应与长系列大体相当。7/24/202381水利水能规划兴利调节三、全部水文系列法（长系列操作法）

全部实测径流系列经分析有足够的代表性后，重新按水利年度排列，就是全部水文系列，可以直接进行调节计算。7/24/202382水利水能规划兴利调节

设计枯水年用于计算年调节水库的兴利库容、水电站的保证出力；设计丰、中、枯水年用于计算多年平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。

设计枯水系列用于计算多年调节水库的兴利库容、水电站的保证出力；设计中水系列用于计算多年平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。

全部水文系列法可用于计算各种调节类型的水库的兴利库容、水电站的保证出力、多年平均供水量、多年平均发电量等水利动能指标。7/24/202383水利水能规划兴利调节

2-5兴利调节计算

(RunoffRegulation)

7/24/202384水利水能规划兴利调节兴利调节计算：利用水库重新分配径流，以满足国民经济各部门用水要求所进行的计算称之。兴利调节计算的任务：推求水利动能要素，如兴利库容、调节流量（供水量）、出力、水库蓄水量（蓄水位）、弃水量、损失水量等的变化过程，以及兴利库容、调节流量和设计保证率三者之间的关系。这些水利动能要素作为确定工程规模、工程效益和运行方式的依据。7/24/202385水利水能规划兴利调节兴利调节原理：水量平衡（WaterBalance)把整个调节周期（如一年或若干年）分为若干个计算时段Δt，然后利用水量平衡方程，逐时段进行调节计算。水量平衡方程为：对某时段ΔtW入–W出=W末–W初=ΔWW末=W初+W入–W出（2-14）V末=V初+W入–W出7/24/202386水利水能规划兴利调节年调节、多年调节：规划、初步设计阶段Δt一般取月，或丰水期Δt取旬，枯水期Δt取月。技术设计阶段Δt取旬。无调节、日调节：Δt取日。

Δt根据调节周期的长短、来水量变化情况及工程设计的要求而定，一般：7/24/202387水利水能规划兴利调节调节计算方法(CalculationMethodofRegulation)：①时历法(TimeCourseMethod)

将实测流量资料按时历顺序直接进行调节计算，计算的结果（如V兴、QH、W)也是按时历顺序排列的，然后将这些结果系列进行频率分析，最后根据已定的设计保证率，求出设计值。包括：全部水文系列法，设计代表系列法，设计代表年法。7/24/202388水利水能规划兴利调节②数理统计法(MathematicalStatisticsMethod)

将流量序列进行频率分析，来水以频率曲线的形式表示，然后按概率论原理和水量平衡原理进行调节计算，计算的结果也直接以频率曲线的形式给出，最后根据已定的设计保证率，求出设计值。③随机模拟法(StochasticSimulationMethod)

时历法各类调节计算均可用，数理统计法一般用于多年调节。7/24/202389水利水能规划兴利调节解决的课题：1、已知用水（QH），求兴利库容（V兴）。2、已知兴利库容（V兴），求供水量，即用水（QH）。3、已知兴利库容（V兴），水库的操作方案（即用水

QH、出力N、或水库的蓄水方式等已知），求水库的运用过程（Q~t、W~t、Z~t、Q弃~t等）。在规划阶段，上述计算课题就是寻求用水~兴利库容~保证率三者之间的关系。7/24/202390水利水能规划兴利调节

2-6兴利调节时历列表法TimeCourseTabulationMethodofRunoffRegulation7/24/202391水利水能规划兴利调节一、已知用水（QH），求兴利库容（V兴）兴利库容是水库规划设计的重要内容之一。水库兴利调节时历法分为全部水文系列法（长系列操作法）和设计代表期法（设计代表年、设计代表系列）。其中，全部水文系列法要求：年调节具有20~30年资料；多年调节具有30~50年资料。7/24/202392水利水能规划兴利调节

以年调节水库为例：Δt=1个月（一）不计水量损失

步骤如下：参阅表2-5①将月份按水利年度排列本例7月至次年6月，填入（1）栏②将来、用水流量填入表中第（2）、（4）栏，单位：m3/s，并将流量化为水量，单位：万m3，填入第（3）、（5）栏。本例Δt=1个月=263万S。水量若用m3/s•月作单位计算更方便。7/24/202393水利水能规划兴利调节7/24/202394水利水能规划兴利调节③列出水量平衡方程W入–W出=ΔW=W末–W初=V末–V初=ΔVWe–WH–W弃=ΔW

(Qe–QH–Q弃)Δt=ΔW

④供水期水量平衡计算利用水量平衡方程，对供水期（10~6月）逐月进行调节计算，填入第（7）栏。7/24/202395水利水能规划兴利调节⑤求兴利库容V兴

将第（7）栏中亏水量累加得15229万m3，这部分即为该年枯水期不足的水量，如果取V兴=15229万m3，在丰水期里将V兴蓄满，即蓄15229万m3的水量，就能满足该年枯水期的用水量。因此，该年所需的兴利库容为该年枯水期亏水量之和。7/24/202396水利水能规划兴利调节①全部水文系列法：将每年求出的库容从小到大排列，计算经验频率，并进行频率分析，如图。最后，根据已知的设计保证率，求出符合设计保证率的兴利库容。VP(%)V兴P设说明：上述求出的仅是某一年所需的兴利库容，设计的兴利库容必须符合设计保证率，采用下列方法确定：7/24/202397水利水能规划兴利调节②设计代表年法用设计枯水年进行调节计算，求出兴利库容。因为设计枯水年的年来水量和枯水期来水量都符合设计保证率，所以，求出的兴利库容符合设计保证率，故为所求的符合设计保证率的兴利库容。由V死+V兴=V蓄

Z~V

Z

蓄7/24/202398水利水能规划兴利调节求蓄水过程：1、早蓄方案①丰水期水量平衡计算先不考虑弃水，把各月多余水量填入第（6）栏。②求蓄水过程和弃水过程水量平衡方程：V末=V初+(We–WH)–W弃

本例：V死=5000万m3，V兴=15229万m3，所以蓄满V兴，即蓄到水位Z蓄的库容为V死+V兴=V蓄=20229万m3。那么从七月初开始逐时段进行水量平衡。7/24/202399水利水能规划兴利调节7/24/2023100水利水能规划兴利调节七月初：V初=V死=5000万m3，该月余水ΔW=5392万m3，V末=5000+5392–W弃=10392–W弃因为：10392<V蓄=20229万m3，所以V末=10392万m3，W弃=0。填入第（8）栏，进行八月份计算。7/24/2023101水利水能规划兴利调节八月初：V初=10392万m3，该月余水18542万m3，V末=10392+18542–W弃=28934–W弃因为：28934>V蓄=20229万m3，所以只能蓄到V蓄，故V末=20229万m3，W弃=28934-20229=8705万m3。八月份实际蓄水9837万m3。填入第（8）（12）栏，进行下一个月份计算。

逐月重复上述计算至六月末，水库库容V末=V死=5000万m3，即水库放空，完成一个完整的调节周期。7/24/2023102水利水能规划兴利调节Q20406080100789101112123456t（月）余水亏水蓄水弃水供水蓄水期供水期弃水期不供不蓄期V50100150200t（月）早蓄方案蓄水过程7/24/2023103水利水能规划兴利调节2、迟蓄方案①丰水期水量平衡计算先不考虑弃水，把各月多余水量填入第（6）栏。②求蓄水过程和弃水过程分析：十月初为供水期初，水库应蓄满，九月份来用水平衡，不供不蓄，故把月末水库应蓄满。从八月末开始，逆时序往前找到某一时刻，该时刻起至八月末的余水量正好等于兴利库容。即从这一时刻起开始蓄水，到八月末兴利库容正好蓄满。而这一时刻之前的余水量全部弃水，库容保持在死库容。7/24/2023104水利水能规划兴利调节7/24/2023105水利水能规划兴利调节Q20406080100789101112123456t（月）余水亏水蓄水弃水供水蓄水期供水期弃水期不供不蓄期V50100150200t（月）迟蓄方案蓄水过程早蓄迟蓄7/24/2023106水利水能规划兴利调节协调防洪和兴利的矛盾，汛期先蓄到防洪限制水位，汛末再从防洪限制水位蓄到正常蓄水位。Z死V死Z蓄V兴Z限V共防洪限制水位Z限：7/24/2023107水利水能规划兴利调节（二）计水量损失

W损=W蒸+W渗

W蒸：先算出全年的蒸发损失水深，再求分配过程

①按水面蒸发分配。

②平均分配。

①按（2-4）式，先确定k1，算出全年渗漏W渗：水深，再平均分配。

②按（2-5）式，先确定k2，再乘以各月平均蓄水量。7/24/2023108水利水能规划兴利调节1、逐步逼近法(MethodofStep-by-stepApproximation)①求出未计入损失的兴利库容和蓄水过程，第（4）栏。②计算时段平均蓄水量，第（5）栏。③计算时段平均蓄水面积，第（6）栏。7/24/2023109水利水能规划兴利调节④计算W损：将水量损失深度D填入第（7）栏。W损==(6)×(7)填入第（8）栏。另一种算法，对某一时段（本例为月）：

W损=W蒸+W渗

7/24/2023110水利水能规划兴利调节注：水量单位：万m3，水面面积单位：万m2，水量损失深度单位：mm7/24/2023111水利水能规划兴利调节⑤进行水量平衡计算

出库水量：W出=WH+W损，填入第（9）栏。

水量平衡：We–WH–W损=We–W出=∆W=(2)–(9)填入第（10）、（11）栏。⑥求兴利库容V兴

将供水期亏水量累加，即（11）栏累加，得V兴=16820万m3。7/24/2023112水利水能规划兴利调节⑦逐步逼近求兴利库容将所求得兴利库容作为第一次近似值，计算蓄水过程，重复上述步骤，直至前后两次求出的兴利库容相等为止。本例：V兴=16820万m3，供水期的总损失水量=1591万m3。

=15229+1591=16820万m3。

计入水量损失的兴利库容为未考虑水量损失的兴利库容与供水期水量损失之和。7/24/2023113水利水能规划兴利调节2、逆时序试算法(TrialMethodbyConverseTimeCourse)

从供水期末开始，逆时序逐时段试算至供水期初。本例：供水期末为6月末，水库水位为死水位，库容为死库容5000万m3。7/24/2023114水利水能规划兴利调节①假设时段初（6月初）水库蓄水量V初。②计算该时段（6月份）和。③求该时段（6月份）损失水量。④求时段初（6月初）蓄水量：⑤比较假设值若=V初，则进行上一个时段的试算；若≠V初，重新假设V初，直至=V初为止。7/24/2023115水利水能规划兴利调节

⑥求兴利库容V兴试算至供水期初（本例为10月初），该时刻的蓄水量即为水库蓄满时的库容，该库容减去死库容就是所求的兴利库容V兴。7/24/2023116水利水能规划兴利调节3、简算法(SimplifiedSolution)①求未计入水量损失的兴利库容。②求供水期平均蓄水库容及水库相应的蓄水面积

本例：V死=5000万m3，=15229万m3，=12615万m3，=1370万m2。

7/24/2023117水利水能规划兴利调节③求供水期损失水量

供水期内各月平均蓄水量和平均蓄水面积均按、计：

④求V兴

7/24/2023118水利水能规划兴利调节

以上三种方法，简算法最简单，但较粗；逆时序试算法最精确，但计算工作量大；逐步逼近法介于二者之间。实际工作中常采用逐步逼近法，且一般计算一次即可；简算法通常在规划阶段用；逆时序试算法一般在技术设计阶段用。

7/24/2023119水利水能规划兴利调节习题一7/24/2023120水利水能规划兴利调节兴利调节计算的原理是什么？如何确定年调节水库的兴利库容。7/24/2023121水利水能规划兴利调节几点说明：①水量利用系数(UtilizationCoefficientofWater)：表示水库对天然径流的利用程度。

②库容系数β和调节系数α

库容系数(CoefficientofStorageCapacity)：用来表示水库的调节性能。7/24/2023122水利水能规划兴利调节水库为年调节。

调节系数(CoefficientofWaterRegulation)：设计枯水年供水期调节流量（多年调节时为设计枯水系列供水期调节流量），即供水期设计用水量，与多年平均流量之比。用来度量水库对径流的调节程度。本例：7/24/2023123水利水能规划兴利调节本例：QHP=(9.5×5+15.0×4)/9=11.94m3/s③一回运用情况下兴利库容

一回运用（一次运用、一次充蓄）：指在调节周期内只有一个蓄水期、一个供水期。在这种情况下，兴利库容为供水期亏水量和损失水量之和。即：7/24/2023124水利水能规划兴利调节

因此，任意改变供水期的各月用水量，只要整个供水期的总用水量不变（仍保持一回运用），其亏水量不会变，所以兴利库容也不会变。因此，为简化计算，常用供水期的平均用水量代替实际的各月用水量，即供水期均匀供水，这种调节方式称为等流量调节(RegulationbytheSameFlow)。本例：供水期各月用平均用水量QH=11.94m3/s进行计算，求出的兴利库容与非均匀用水完全一样。7/24/2023125水利水能规划兴利调节④多回（多次）运用情况的兴利库容

多回运用：一年内（一个调节周期内）有几个余水期，几个亏水期，称为多回运用。以二回运用为例：（二个余水期，二个亏水期）7/24/2023126水利水能规划兴利调节（1）W1>V1，W2>V2

V兴=max(V1，V2)QH~tQe~tW1W2V1V2Qt如图：若V1>V2，V兴=V1蓄满V1放空蓄满V2放空7/24/2023127水利水能规划兴利调节如图：若V1<V2，V兴=V2W1W2V1V2Qe~tQH~tQt蓄满V2V2–V1蓄满V2放空7/24/2023128水利水能规划兴利调节（2）W1>V1，W2<V2(且W1+W2>V1+V2)V兴=max{V1，V2，V1+V2-W2}放空蓄满V2蓄满V2-W2蓄满V2-W2+V1W1W2V1V2Qe~tQH~tQt7/24/2023129水利水能规划兴利调节

因此，对二回运用，不论何种情况：V兴=max{V1，V2，V1+V2-W2}V兴对应的时段为供水期。

上述方法可推广至多回运用，如图三回运用：

V兴=max{V1,V2,V3,V1+V2-W2,V2+V3-W3,V1+V2+V3-W2-W3}W1W2W3V1V2V3QtQe~tQH~t7/24/2023130水利水能规划兴利调节(三）多年调节（PluriennialRegulation)

1、全部水文系列法Qe~tQH~tw1

v1

v2

v3

v4

v5

w6w2w3w4w5v6第1年第2年第3年第4年第5年第6年QV兴1=V1V兴2=max{V1，V2，V1+V2-W2}V兴3=max{V1，V2，V3，V1+V2-W2，V2+V3-W3，V1+V2+V3-W2-W3}7/24/2023131水利水能规划兴利调节V兴4=max{V1，V2，V3，V4，V1+V2-W2，V2+V3-W3，V3+V4-W4，V1+V2+V3-W2-W3，V2+V3+V4-W3-W4，V1+V2+V3+V4-W2-W3-W4}V兴5=max{V1，V2，V3，V4，V5，V1+V2-W2，V2+V3-W3，V3+V4-W4，V4+V5-W5，V1+V2+V3-W2-W3，V2+V3+V4-W3-W4，V3+V4+V5-W4-W5，V1+V2+V3+V4-W2-W3-W4，V2+V3+V4+V5-W3-W4-W5，V1+V2+V3+V4+V5-W2-W3-W4-W5}V兴6=V6

……

7/24/2023132水利水能规划兴利调节

然后将求出的兴利库容系列从小到大排列，进行频率分析，根据设计保证率，求出符合设计保证率的兴利库容。VP(%)V兴P设7/24/2023133水利水能规划兴利调节2、设计枯水系列法

从实测年径流系列中选出最枯的枯水年组，从枯水年组的最末一年逆时序扣除允许破坏年数T破，余下的枯水年组算出的兴利库容就是满足设计保证率的兴利库容。T破的推求方法：设设计保证率为P，P=m/(n+1)，资料系列长度为n，m为保证年数，m=P×(n+1)/100，故允许破坏年数：T破=n-m=n-P×(n+1)/100（a）7/24/2023134水利水能规划兴利调节Qe~tQH~tw1

v1

v2

v3

v4

v5

w6w2w3w4w5v6第1年第2年第3年第4年第5年第6年T破兴利库容对应的时段为供水期。V兴确定后，若V死已知，则V蓄=V兴+V死Z蓄

7/24/2023135水利水能规划兴利调节二、已知兴利库容V兴，求用水QH（调节流量）（一）由V兴~QH关系推求①假设一组QHi②按课题一求每一个QHi

对应的V兴i③作V兴~QH关系④由已知V兴在图中求出QH°°°°QHV兴V兴QH7/24/2023136水利水能规划兴利调节（二）试算法

上式对年调节、多年调节均适用。由于T供未知，故需试算。7/24/2023137水利水能规划兴利调节步骤：①判别调节性能年调节（包括完全年调节）：调节周期一年，用全部水文系列或设计枯水年。多年调节：调节周期为多年，用全部水文系列或设计枯水系列。7/24/2023138水利水能规划兴利调节判别方法：（1）库容系数β法

β=（8~30）%年调节（2~8）%

年内分配均匀，年调节β>30%多年调节本法只用于初估。（2）设计年用水量WH年和设计枯水年来水量WP年比较WH年<WP年年调节WH年=WP年完全年调节WH年>WP年多年调节本法需预先知道设计年用水量。7/24/2023139水利水能规划兴利调节（3）完全年调节库容V完法WH年=WP年时为完全年调节，令QH=QP年，求出的兴利库容称为完全年调节库容，记为V完

。

V兴<V完年调节（不完全年调节或季调节）V兴=V完完全年调节V兴>V完多年调节7/24/2023140水利水能规划兴利调节②试算推求QH按(2-16)是进行试算，实际是划分蓄水期和供水期的问题。【例】某拟建水库坝址多年平均流量=22.5m3/s，多年平均径流量=70956万m3。设计枯水年（P=90%）来水过