水利水能规划第三章

第三章兴利调节目录水库特性1兴利调节分类2设计保证率及设计代表期33兴利调节计算的原理及方法44兴利调节时历列表法5兴利调节时历图解法46多年调节计算的概率法7本章思考题及课外延伸48一.水库面积特性和容积特性1.水库面积特性——指水库水位与水面面积的关系曲线。

第一节水库特性2.水库容积特性——指水库水位与容积的关系曲线，是面积曲线的积分

水库容积水位Z处的水面面积库容按照水库的水面特征可分为静库容和动库容：静库容曲线——设水库库面水平，水库水流流速v=0时的z(水位)～V〔库容〕关系曲线动库容曲线——实际上，库面非水平，库端上溯呈回水曲线，v0V=V静+V附加

V附加ZV静二.水库的特征水位和特征库容特征水位——水库工程为完成不同任务在不同时期和各种水文情况下，需控制到达或允许消落的各种库水位。特征库容——相应于水库特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。

〔1〕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。作用：〔1〕垫底。发电、灌溉、航运、养鱼、旅游、库区环境〔2〕容纳泥沙淤积

死库容水量不参与水量调节。对于多年调节水库而言，当遇到设计枯水年系列时，才由正常蓄水位降至死水位；对于年调节水库而言，当遇到设计枯水年时，才由正常蓄水位降至死水位。当遇到特殊枯水年份或者发生特殊情况〔如清底检修、战备、地震等〕时，水库运行水位允许比死水位还低一些，被称为极限死水位。在死水位与极限死水位之间的库容，称为备用库容〔V备〕。

〔2〕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。

正常蓄水位与死水位间的库容，称兴利库容或调节库容。用于调节径流，提高枯水时的供水量。

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。〔3〕防洪限制水位〔Z限〕

水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称防洪限制水位。它是水库汛期防洪运用时的起调水位，也称汛前限制水位。当汛期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。〔4〕防洪高水位〔Z防〕和防洪库容〔V防〕

当遇到下游防护对象的设计洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前到达的最高水位，称防洪高水位。防洪高水位与防洪限制水位之间的库容，称防洪库容。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。

设置的V防目的：拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。〔5〕设计洪水位〔Z设洪〕和拦洪库容〔V拦〕

当水库遇到大坝设计洪水时，在坝前到达的最高水位，称设计洪水位。它是正常运用情况下允许到达的最高水位。设计洪水位与防洪限制水位之间的库容，称拦洪库容。

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水库调洪计算求得。

〔6〕校核洪水位〔Z校核〕和调洪库容〔V调洪〕

当水库遇到大坝校核洪水时，在坝前到达的最高水位，称校核洪水位。它是水库非正常运用情况下允许到达的临时性最高洪水位。校核洪水位与防洪限制水位之间的库容，称调洪库容。

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水库调洪计算求得。〔7〕总库容〔V总〕、有效库容〔V效〕

总库容——校核洪水位以下的全部库容V总=V死+V兴+V调洪-V共

有效库容——校核洪水位与死水位之间的库容。V效=V总-V死=V兴+V调洪-V共三.水库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。1.蒸发损失——陆面变成水面增加的蒸发损失。如何计算？W蒸=〔h水-h陆〕〔F库-f原〕山区水库——蒸发小，有利平原水库——蒸发损失大，在干旱区不易使用

2.渗漏损失水库蓄水后，水位抬高、水压增大、渗水面积加大——渗漏渗漏损失的三种途径：通过坝身及水工建筑止水不严处通过坝基及绕坝两翼通过坝底、库边流向较低渗水层损失量的估算：〔经验式〕

3.结冰损失——寒冷地区，局部冰层因水库供水期间库水位的消落而滞留岸边，引起的水库需水量的临时损失。四.水库淤积在水流对不同粒径泥沙的分选过程中开展的。在回水末端区，流速沿程迅速递减，卵石、粗沙等推移质首先淤积，泥沙分选较显著。向下游，悬移质中的大局部床沙质沿程落淤，形成了三角洲的顶坡段，其终点就是三角洲的顶点。在顶坡段，由于水面曲线平缓，泥沙沿程分选不显著。当水流通过三角洲顶点后，过水断面突然扩大，紊动强度锐减，悬移质中剩余的床沙质在范围不大的水域全部落淤，形成了三角洲的前坡。水体中残存的细粒泥沙，当含沙量较大时，往往从前坡潜入库底，形成继续向前运动的异重流，或当含沙量较小而不能形成异重流时，便扩散并在水库深处淤积。。淤积的影响1、在库区，淤积减少有效库容，影响水库调节性能和建筑物的正常运用。2、在水库上游河道，淤积抬高河床，使河道水位升高，坡降和流速减小，河槽过水能力降低，增加了防洪困难，河水位抬高还会引起两岸地下水位升高，导致土地盐渍化；3、在水库下游河道，在水库淤积并拦截泥沙时期，水库下泄清水，下游河床由于冲刷而普遍下切，水位随之下降。这将产生正反两方面的影响：一方面，它不利于大坝和沿河建筑物的根底，使沿河引水工程的运用发生困难，使下游桥梁根底埋深减少；另一方面，可以使水电站的尾水位降低，能增加水电站出力、使下游水深增大而流速减小，有利于河床的稳定和通航。在水库淤积平衡剖面建立以后，河流的全部悬移质与大局部推移质通过拦河建筑物下泄，下游河床复又上升，河床逐渐回复建库前情形。消除淤积的方法有水力排沙、水力冲刷和机械清淤三类。水力排沙根据水库来沙多集中在汛期的特点，采用汛期降低库水位〔或泄空〕，使悬沙的主要局部通过库区时来不及沉积而排出，也可采用汛末水库蓄水，将泥沙以异重流形式排出库外。这类方法称为蓄清排浑法。水力冲刷法分为汛前泄空冲刷、低水位冲刷和定期降低水位水力冲刷法〔一年内一两次或多年一次〕等。机械清淤，有利用水库水头差作为排沙能源和利用外加能源法两大类。前者常利用水库上下游水位差，根据虹吸原理,用浮动软管将建筑物前淤积物排泄出库。后者用挖泥船或泥浆泵等机械清淤，只适合于水资源特别珍贵的水库。水库淹没和浸没当大坝建成下闸蓄水后，河道水位会迅速抬高，在靠近大坝处的水位会到达设计蓄水位，远离大坝的回水将以千分之几或万分之几的比降雍高〔通常指山区、山谷形河道〕，这样就会造成大坝上游因水库回水所出现的土地、耕地淹没，其淹没面积称为淹没区。淹没的面积与大坝的设计高程以及库容量等有关。中国长江三峡工程总公司副总经理王家柱在提交给正在此间举行的国际工程技术大会报告中说，中国高度重视三峡工程移民安置工作，决定投资400亿元人民币用于安置三峡库区的移民，这相当于三峡工程总投资900亿元人民币的四成五。

三峡水库在正常蓄水位１７５米、５年一遇来水的回水线时，水库末端位于重庆市江津市羊角滩，水库长度为６６２.９公里、水面面积为１０４５平方公里。水库将淹没６３２平方公里陆地，是全世界淹没面积最大的水库。

三峡水库淹没区涉及重庆、湖北两省的１９个县市区，淹没线以下人口８４.６２万人。考虑到人口增长因素，规划动迁人口共计约为１２０万人。

三峡水库将淹没各类农业用地约４７万亩，各类工矿企业１５９９个。此外还有为数众多的输电、通讯、播送线路以及公路、码头、中小水电站、泵站等。

三峡水库的平均宽度为１５７６米，没有一个“大肚子〞库段，是一个典型的狭谷型水库，又称河道型水库，不像北京密云水库、浙江新安江水库、湖北丹江口水库那样为典型的湖泊型水库。因此，三峡水库淹没所涉及的３５６个乡，没有一个乡被全淹，每一乡只是局部被淹，这就为移民安置尽量不出县创造了有利条件。一.按调节周期分类

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1.日调节——指调节周期为一昼夜，即利用水库兴利库容将一天内的均匀来水，按用水部门的日内需水过程进行调节。

第二节兴利调节分类供水蓄水流量Q库水位时间（h）时间（h）2424天然日平均流量用水流量q~t第二节兴利调节分类

2.周调节——指调节周期为一周，即将一周内变化不大的来水，按用水部门的周内需水过程进行调节。日123456时间t（d）流量Q（m3/s）供水截水3.年调节

——按照用水部门的年内需水过程，将一年中丰水期多年水量蓄存起来，用以提高缺水时期的供水量，调节周期在一年内。

当水库蓄满后，仍有弃水发生，被称为不完全年调节。

能将年内全部来水按用水进行调节，而不发生弃水，称完全年调节。

3.年调节

——按照用水部门的年内需水过程，将一年中丰水期多年水量蓄存起来，用以提高缺水时期的供水量，调节周期在一年内。

当水库蓄满后，仍有弃水发生，被称为不完全年调节。

能将年内全部来水按用水进行调节，而不发生弃水，称完全年调节。

4.多年调节——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。调节周期超过一年。判别：假设年水量变差系数Cv值较小，年内水量分配较均匀，>30%时，即可进行多年调节。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。〔2〕综合利用径流调节：两种以上任务三.按水库供水方式分类〔1〕固定供水：水库按照固定要求供水〔如生活用水〕〔2〕变动供水：水库供水随蓄、来、用水不同而变动

四.其它分类〔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。

〔2〕单一水库补偿调节

〔3〕水库群补偿调节：水库间互相进行水文补偿、库容补偿、电力补偿，共同满足水利、电力系统要求。

(1)工作保证率——水利水电部门正常工作的保证程度年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。历时保证率：指多年期间正常工作历时〔日、旬、月〕占总历时的百分比。一般第三节设计保证率及设计代表期〔2〕设计保证率水库在多年工作期间，兴利部门正常用水得到保证的程度。是供水的可靠性指标，兴利设计标准。在规划设计阶段，确定的工作保证率表示方式有两种：年保证率历时保证率

〔3〕设计保证率选择选高，供水保证程度高，但工程投资大；选低，供水破坏时机增加，损失增大，但工程投资可降低。选择——技术经济综合论证实用方法——据各用水部门的重要性、性质、参照标准选择。

1、水电站设计保证率2、灌溉设计保证率3、供水设计保证率4、通航设计保证率第四节.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假设干典型年份或典型多年径流系列作为设计代表期。

一、设计代表年

设计枯水年——P设〔设计保证率〕设计典型年设计平水年——50%设计丰水年——1-P设

水量年过程：对设计枯水年，考虑不利的年内分配对设计平水年，多年平均的年内分配对设计丰水年，来水较丰年份的平均年内分配

各设计代表年的年径流整编要以调节年度为准〔即由丰水期开始蓄水统计到次年再度蓄水前〕二、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①设计枯水系列采用“扣除允许破坏年数法〞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=n–P设〔n+1〕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T破年，余下的即为所选的设计枯水系列。

【例】

数据1936-1965年，n=30，选择的枯水年组为1955-1962年。

P设=94%，T破=30–0.9431=1

那么1955-1961年为枯水系列

②设计中水系列为计算水库运用多年平均状况，一般取10-15年为代表期选择要求至少有一个以上的完整的调节循环；年径流均值等于或接近多年平均值；包括枯水年、平水年、丰水年，Cv与长系列接近。

第五节兴利调节计算的原理与方法兴利调节：以水库的容积V兴，控制和改变河川的时程分配，以满足〔或适应〕国民经济各用水部门的需要。兴利调节的中心任务：研究天然来水——各部门用水——V兴关系

QtQ~tq~t+

V-

V蓄水期供水期一.兴利调节计算原理——根据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。根本依据——水量平衡原理平衡方程：W末=W初+W入-W出〔计算时段内〕W=W入-W出+W余水水库蓄水量变化量-W缺水量

二.兴利调节计算的三类课题兴利调节计算：在调节周期T内，分为n个t时段〔t=月，旬，日〕逐时段水量平衡，求余缺水量W，推求V兴研究：来水——用水——V兴之间的关系来水、用水，求V兴来水、V兴，求调节流量来水、V兴及水库运用方式，求水库运用过程

三.兴利调节计算方法及介绍列表法1.时历法：图解法

将过去观测到的按时序排列的水文资料，直接用于调节计算，结果也按时历过程给出。〔径流过程确定性描述〕

2.统计法：

将水文资料进行统计分析，以统计参数x,Cv,Cs或频率曲线反映径流系列的变化规律，以此进行调节计算。计算结果也以概率分布形式给出。〔随机描述，概率模型〕

第六节兴利调节时历列表法一.用水过程，求V兴

1.不计水量损失的年调节计算

【例】某坝址处的多年平均年径流量1104.6106m3，多年平均流量为35m3/s。属于年调节水库，不计水量损失。7-9月为丰水期，10月到次年6月为枯水期。求V兴。

时段天然来水综合用水月流量M3/s水量106m3

流量M3/s水量106m3

78950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.078.9078.9065.751011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45丰水期枯水期时段天然来水综合用水多余或不足水量月流量M3/s水量106m3

流量M3/s水量106m3

多余106m3不足106m378950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.078.9078.9065.751011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.451.325.2614.4718.1522.3613.1518.4127.6131.56合计225.6593.35192.5506.3152.29①计算一般从供水期开始，计算各月缺乏水量。供水期各月缺乏水量之和〔152.29106m3〕，必须在丰水期存储。水库利用库容就是缺乏水量之和〔152.29106m3〕[先假定]

时段天然来水综合用水多余或不足水量弃水月流量M3/s水量106m3

流量M3/s水量106m3

多余106m3不足106m3水量106m3流量M3/s78950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.078.9078.9065.7553.92185.42087.05033.11011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.451.325.2614.4718.1522.3613.1518.4127.6131.56合计225.6593.35192.5506.3239.34152.2987.05②丰水期，计算各月多余水量。在开始月份蓄水，当超过兴利库容时，就形成弃水。仍使水库保持在V兴

时段天然来水综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量106m3出库总流量m3/s备注月流量m3/s水量106m3

流量m3/s水量106m3

多余106m3不足106m3水量106m3流量m3/s78950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.078.9078.9065.7553.92185.42087.05033.153.92152.29152.293063.125.0水库蓄水蓄满有弃水保持满库1011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.451.325.2614.4718.1522.3613.1518.4127.6131.56150.97145.71131.24113.0990.7377.5859.1731.5609.59.59.59.59.515.015.015.015.0供水期水库水位逐月下降供水期结束时兴利库容放空合计225.6593.35192.5506.3239.34152.2987.05③再往下计算各月库容。当到达枯水期末时，库容为0，正好是一个调节年度。V兴=152.292.考虑水量损失的年调节计算【例】：在上例的根底上，给出的损失深度：mm

月份123456789101112全年蒸发损失153080110150150130115907535201000渗漏损失606060606060606060606060720总损失759014017021021019017515013595801720由于各月水库损失与当月水面面积有关，故计算时应先定出每月库水面面积

时段月天然来水量106m3未计入水量损失情况水量损失用水量106m3时段末水库蓄水量106m3时段平均蓄水量106m3时段内平均水面面积106m2损失水量深度m

水量损失值106m3毛用水量106m3多余水量106m3不足水量106m3时段末水库蓄水量106m3弃水量106m3789132.82264.3265.7578.9078.9065.75时段初死水位50103.92202.29202.2976.96153.10202.299.615.217.610111212345623.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.8924.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45200.97195.71181.24163.09140.73127.58109.1781.5650.00201.63198.34188.48172.66151.91134.15118.3895.3665.7817.0016.4016.2016.0015.1514.2413.0011.008.00合计593.35503.66①先不计水量损失，如上调节计算方法。并根据各月水库蓄水量，确定平均水面面积。

简化算法①先不考虑水量损失，计算各时段〔月〕的蓄水量；②用各时段的水库平均蓄水量计算时段的损失量；③再用考虑水量损失的水量平衡方程逐时段计算。

时段月天然来水量106m3未计入水量损失情况水量损失用水量106m3时段末水库蓄水量106m3时段平均蓄水量106m3时段内平均水面面积106m2损失水量深度m

水量损失值106m3毛用水量106m3多余水量106m3不足水量106m3时段末水库蓄水量106m3弃水量106m3789132.82264.3265.7578.9078.9065.75时段初死水位50103.92202.29202.2976.96153.10202.299.615.217.60.1900.1750.1501.8242.6602.64010111212345623.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.8924.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45200.97195.71181.24163.09140.73127.58109.1781.5650.00201.63198.34188.48172.66151.91134.15118.3895.3665.7817.0016.4016.2016.0015.1514.2413.0011.008.000.1350.0950.0800.0750.0900.1400.1700.2100.2102.2951.5581.2961.2001.3631.9942.2102.3101.680合计593.35503.6623.030②用各月损失深度乘以相应的平均水面面积，得各月损失水量。

时段月天然来水量106m3未计入水量损失情况水量损失计入水量损失情况用水量106m3时段末水库蓄水量106m3时段平均蓄水量106m3时段内平均水面面积106m2损失水量深度m

水量损失值106m3毛用水量106m3多余水量106m3不足水量106m3时段末水库蓄水量106m3弃水量106m3789132.82264.3265.7578.9078.9065.75时段初死水位50103.92202.29202.2976.96153.10202.299.615.217.60.1900.1750.1501.8242.6602.64080.7281.5665.7552.10182.76时段初50.00102.10218.20218.20066.6610111212345623.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.8924.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.45200.97195.71181.24163.09140.73127.58109.1781.5650.00201.63198.34188.48172.66151.91134.15118.3895.3665.7817.0016.4016.2016.0015.1514.2413.0011.008.000.1350.0950.0800.0750.0900.1400.1700.2100.2102.2951.5581.2961.2001.3631.9942.2102.3101.68027.2926.5526.2926.1926.3541.4441.6641.7641.133.626.8215.7719.3523.7215.1420.6229.9233.24214.58207.76191.99172.64148.92133.78113.1683.2450.00死库容合计593.35503.6623.030526.69234.86168.266.66V兴V兴+V死③再根据来水、用水、水量损失，再采用上面列表计算方法，求出所需V兴

时段天然来水综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量106m3出库总流量m3/s备注月流量m3/s水量106m3

流量m3/s水量106m3

多余106m3不足106m3水量106m3流量m3/s78950.5100.525.0132.82264.3265.7530.030.025.078.9078.9065.7553.92185.42087.05033.153.92152.29152.293063.125.0水库蓄水蓄满有弃水保持满库1011121234569.07.54.02.61.010.08.04.53.023.6719.7310.526.842.6326.3021.0411.847.899.59.59.59.59.515.015.015.015.024.9924.9924.9924.9924.9939.4539.4539.4539.451.325.2614.4718.1522.3613.1518.4127.6131.56150.97145.71131.24113.0990.7377.5859.1731.5609.59.59.59.59.515.015.015.015.0供水期水库水位逐月下降供水期结束时兴利库容放空合计225.6593.35192.5506.3239.34152.2987.05整个供水期缺乏水量之和，即V兴〔168.20106m3〕比不计水量损失增加15.91106m3〔供水期水量损失之和〕上述计算的水面面积近似V兴近似解决：采取屡次计算，提高精度。一般从供水期开始算起。也可以从供水期末开始，逆时序。几点结论：〔1〕来水过程与用水过程差异愈大，那么所需V兴愈大。〔2〕在一次充蓄条件，累计整个供水期总缺乏水量和损失水量之和，即V兴因此，只要总和不变，V兴不变。与供水期用水过程无关所以，可以假定整个供水期为均匀供水〔等流量调节〕〔3〕将设计枯水年供水期调节流量与多年平均流量的比值，称调节系数a=Q调/Q〔4〕兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水量时，枯水期缺乏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，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。

上面介绍的是在调节年度内进行一次充蓄、一次供水。屡次充、蓄水情况：(1)一次运用：〔2〕二次运用V1V2,V兴=V21.V1>V2,V3>V4,V兴=max{V2,V4}2.V1>V2,V3<V4，且V2>V3,V兴=V4+(V2-V3)3.V1>V2,V3<V4，且V2<V3,V兴=V4

V1V2Q-t曲线

q-t曲线

V1V2Q-t曲线

q-t曲线

V3V4〔二〕逐年调节计算1不计水量损失的年调节列表计算法1〕步骤：①将来水和用水填入表格；②分别计算各月余水量和亏水量；③亏水量的代数和为兴利库容；④计算水库各月末蓄水量或水位。例：多回运用水库兴利库容计算

二.V兴，求调节流量Q调Q调——经水库调节后供水期所能到达的平均供水流量。方法：〔1〕公式试算法需试算〔因供水期Q天然<Q调待定〕假定供水期的相关数据，由上式求Q调′检查Q天然<Q调′？

【例】V兴=120106m3多年平均年水量为710.1106m3

月789101112123456月平均流量m3/s3050251086448764

解先假定11月到次年6月为供水期

比较：由于计算得到的Q调大于10月份天然流量，故10月份也应包含在供水期内。即实际供水期为10月到次年6月。

方法：〔2〕作图法假定Q调，按前面方法〔用水求V兴〕，计算V兴绘制Q调V兴图。由V兴从图上查Q调Q调V兴V兴Q调

三.V兴和水库操作方案，推求水库运用过程

——主要内容为确定水位、下泄流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。〔1〕定流量操作设定调节流量为值，可分时段直接进行水量平衡，推求出水库运行过程[问题：如果入库径流量过小，可能导致水位过早到达死水位]〔2〕定出力操作按定出力操作，与流量、水头两因素有关。[后面讲]

四.设计兴利库容的推求〔1〕长系列法①对n年来，用水资料进行兴利调节计算〔年或多年调节〕。可求得n个V兴，按递增〔从小大〕排列：V兴1，V兴2，…，V兴n，②绘V兴p曲线,p=m/(n+1)100%m〔从小大〕1234…nV兴IV1V2V3V4…Vnpp1p2p3p4…pn③由设计保证率p设，查图得V兴p用水

p设V兴p〔2〕设计代表年法〔年调节〕在n年来用水资料中，根据频率分析，选一个符合p设的代表年——设计枯水年，对此进行调节计算，所得出V兴，即V兴p常用于年调节、多年调节兴利调节计算一.水量累积曲线和水量差积曲线

1.水量累积曲线是Q

t的积分

∵Q

0

W

t是递增曲线Q

t

t

t

WtWtW

第六节兴利调节时历图解法第六节兴利调节时历图解法

特性：〔1〕曲线上任意A、B两点的纵坐标差值WAB表示tA至tB期间的水量〔2〕连接曲线上任意A、B两点得割线AB，与横轴夹角的正切，正好是tA至tB期间的平均流量。〔3〕曲线上任意点A的切线斜率就是瞬间流量。B

W

A

水量累积曲线及其流量比尺对于累计曲线，当历时较长时，图形在纵向延长，绘制和使用不方便，如缩小水量比尺，又会降低图解精度。采用差积曲线

B

W

A

t

0’

t’

10

20

30

Q(m3/s)

3个月〔假设〕

2.水量差积曲线或近似表示Q定——固定流量，可采用平均值取整。

Q

t

Q

t

水量差积曲线的绘制：在斜坐标里绘制的水量累积曲线对水平轴而言，成为水量差积曲线。即把斜坐标网格换成水平横坐标网格，却不变动其曲线，这时曲线就成水量差积曲线。

具体绘制过程：〔1〕斜坐标网格的绘制：保持水平横坐标网格〔即时间间隔〕原有宽度不变，使水平轴向下倾斜一个角度，即把表示流量值等于零的水平横轴0t错动到0t′。

〔2〕把所须绘制水量累积曲线的平均流量值“错动〞到水平轴上，即让横轴0t方向线代表平均流量。这样，所绘制的水量累积曲线的最后一点正好落在横轴上。两者之和为累计值W

t

0′t′10

20

30

Q(m3/s)

3个月〔假设〕W

t

0′t′10

20

30

Q(m3/s)

3个月〔假设〕

W(m3/s月)

t

0′t′10

20

30

Q(m3/s)

3个月〔假设〕Q=0

90

3

月

Q=0

30

60

Q定P51水量差积曲线及流量比尺绘制水量差积曲线特性〔1〕Q>Q定时，曲线上升；Q<Q定时，曲线下降。当Q定等于或接近于绘图历时的平均流量时，曲线将围绕水平轴摆动。〔2〕水量差积曲线上任一时刻tx的纵坐标，表示从起始时刻t0到该时刻tx期间的水量差积值〔3〕曲线上任意两点量到ot′的垂直距离之差，即两点历时内的实际水量。〔4〕任一时刻的流量可由水量差积曲线上该点切线斜率按流量比尺确定。可见，水量差积曲线具有与水量累计曲线十分相似的根本特性。

二.用水，求V兴思路：在来水水量差积曲线坐标系统中，绘制用水水量差积曲线，按水量平衡原理，对来水和用水进行比较解算。

〔一〕年调节水库，不计水量损失——采用设计枯水年法〔1〕绘制设计枯水年水量差积曲线及其比尺〔2〕将Q调标在流量比尺图上〔3〕作该调节年的供水期的上下切线〔平行于Q调射线〕两切线间的纵距即V兴〔按水量比尺量取〕〔？〕

t

o

水量W

Q=0

Q=0

Q=0

t1t2t3a

b

c

d

b′c′Q调Q调Q调V兴原因：在t2前、t3后，Q>Q调〔上升曲线〕，不是供水期在t2t3，供水期〔Q<Q调，Qb=Q调，Qc=Q调〕需要证明：V兴=供水期总缺水量=供水期总需水量-供水期来水量=〔b′d-cd〕mw(mw按水量读取)

t

o

水量W

Q=0

Q=0

Q=0

t1t2t3a

b

c

d

b′c′Q调Q调Q调V兴证：从b点作平行于Q=0直线bd，bd线表示的Q=0用水量差积曲线来水量差积曲线那么〔V兴计算公式〕Q

t

o

水量W

Q=0

Q=0

Q=0

t1t2t3a

b

c

d

b′c′Q调Q调Q调V兴〔1〕以上针对等流量调节。对于变流量，可以按等流量调节，不影响。〔2〕对于长系列，可以作兴利库容频率曲线〔同列表法〕〔3〕屡次运用求V兴

方法：在调节年度内，移动Q调作W差t的下切线AB在AB范围内作W差t的上切线CD两切线的纵距，即V兴

注意：〔1〕两切线不得在两切点间与W差t相交〔2〕V兴等于供水期上下切线间的纵距

o

W差Q=0

V兴A

B

C

D

〔二〕多年调节水库，不计水量损失1.设计枯水系列法〔1〕绘制设计枯水系列水量差积曲线及其流量比尺。〔2〕按照公式T破=n-p设(n+1)计算设计保证率条件下的允许破坏年数。〔3〕选出最严重的连续枯水年系列，并自此系列末期扣除T破。

水量W

1935

1955

1962

1961

O′o

Q调Q破〔4〕根据需要与可能，确定在正常工作遭破坏年份的最低用水流量Q破Q破<Q调

〔5〕在最严重枯水年系列末期作天然水量差积曲线的切线，使其斜率等于Q破，gs′表示应在破坏年份前一年枯水期末预留的蓄水量。

〔6〕自点s′作斜率等于Q调，作上切线hh′斜率等于Q调。两切线间的纵距为V兴。

水量W

1935

1955

1962

1961

O′o

Q调Q破g

s′s

Q调Q调V兴h

h′

显然，多年调节的调节周期和兴利库容值均将随调节流量的改变而改变。多年调节水库调节流量的变动范围：大于设计枯水年进行等流量完全调节时的调节流量〔Q设枯〕小于整个水文系列的平均流量〔Q〕

2.长系列法

运用推求调节流量平均切线的方法，求出各种年份和年组所需的兴利库容，而后对各兴利库容值进行频率计算，按设计保证率确定必需的兴利库容。

V兴V兴设P设p

0

〔三〕计水量损失与时历列表法思路方法相似。〔1〕将计算期〔年调节指供水期，多年调节指枯水系列〕分为假设干时段〔2〕由不计损失时的蓄水情况初定各时段的水量损失值；〔3〕进行调节计算，得到兴利库容近似值。〔4〕为提高精度，可以屡次计算。三.V兴，求调节流量Q调

〔一〕年调节水库

1.针对设计枯水年

步骤：〔1〕在设计枯水年水量差积曲线下方绘制与之平行的满库线，两者间纵距等于的V兴。

〔2〕绘制枯水期天然水量差积曲线和满库线的公切线ab。〔切点a和b分别为等流量调节时水库供水期的起迄日期〕

W

Q=0

O’

o

Q调V兴a

b

Q=0

设计枯水年水量差积曲线

满库线

〔3〕根据公切线的方向，在流量比尺上定出相应的流量值，就是Q调。

〔4〕当计入水库水量损失时，先求平均损失水量，从上面求出的调节流量中扣除损失流量，即得净调节流量〔近似计算〕。2.针对长径流系列

n年n个调节流量频率曲线

〔二〕多年调节水库1.针对设计枯水系列最枯年组允许破坏年数设计枯水系列S′是设计枯水系列的末点。自S′点作满库线的切线s′s〞，在流量比尺上定出Q调W

Q=0

Q调Q=0

V兴s

s′s〞Q调允许破坏时间

2.长系列

多个公切线频率曲线查p设对应的Q调W

Q=0

Q=0

不是公切线

归纳V兴、Q调和p设三者关系：〔1〕V兴一定时，p设越高，可能获得的供水期Q调越小，反之那么大；〔2〕Q调一定时，要求的p设越高，所需的V兴也越大，反之那么小；〔3〕p设一定时，V兴越大，供水期Q调也越大，反之那么小。

归纳V兴、Q调和p设三者关系：〔1〕V兴一定时，p设越高，可能获得的供水期Q调越小，反之那么大；〔2〕Q调一定时，要求的p设越高，所需的V兴也越大，反之那么小；〔3〕p设一定时，V兴越大，供水期Q调也越大，反之那么小。

习题：某水库设计枯水年各月来水量如下表，试用时历图解法进行年调节兴利计算〔1〕假设某一比较方案的供水期平均调节流量Q调=12m3/s，求V兴〔2〕中选定死水位102m，正常蓄水位110.4m，V兴=0.80亿m3时，求供水期平均调节流量Q调

月份345678910111212月平均流量m3/s20.8530.9032.2035.9015.8015.010.86.805.201.802.704.20解：〔1〕各月Q〔m3/s〕，计算各月来水量W=Q2.63106m3Q=15.1815绘制差积曲线从图上量得V兴=39〔m3/s月〕=392.63106m3=1.03亿m3

0

15

10

20

30

12

20

40

60

80

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

Q调=12

V兴解：〔2〕曲线下移V兴=0.8亿m3，画公切线。在流量比尺上作出平行线，量得Q调=10〔m3/s〕

0

15

10

20

30

20

40

60

80

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

V兴=0.8

Q调1.时历列表法的缺陷确定性描述〔依时序变化〕，假定未来重演以往水文过程，不能反映径流变化的随机性。对多年调节水库而言，调节周期长达假设干年，调节循环次数少，代表性差，难以反映未来径流的多种组合，可靠性差。2.数理统计法视径流过程为随机过程对水文资料进行统计分析——xp或统计参数进行频率曲线组合——反映不同来水年份的各种组合水量平衡——调节计算成果

第七节多年调节计算的概率法方法：〔1〕一次求总〔兴利〕库容法〔不讲〕〔2〕合成库容法V兴=V多年+V年合成法缺陷：V年的保证率概念不明确，两局部库容硬性相加，在理论上不够严格。但计算简单、常用。

年际水量调节〔统计法〕年内水量分配〔时历法〕V多V年Q调一.确定多年库容V多研究kap关系[来水用水V兴p]

来水——年径流模比系数：k=W年W年多年平均来水量用水——调节系数：a=Q调Q年或=M年M年

库容——库容系数：多=V多W年根本假定：年径流量具有典型的概率分布而且是平稳的，相邻年份的年径流相对独立。

图解分析说明径流多年调节概率法步骤：在V多、Q调固定条件下，应用概率法推求其对应的工作保证率1.绘制天然年径流模比系数k频率曲线〔反映来水年水量〕

p

k

2.推求第一年末水库蓄水频率曲线假设由库空起调〔第一年初蓄为零〕如图AD下：a=Q调/Q年=M年/M年〔反映年库容〕BC和AD间：多=V多/W年〔反映多年库容〕100p

k

C

B

D

A

IIIIII

多a

p

pa

E

pE1/2