《工程水文与水利计算》课件-第9章 水库兴利调节计算

水库兴利调节计算第章九教学内容1、兴利调节计算基本内容；2、水库兴利调节计算基本原理；3、年调节水库兴利调节计算；4、多年调节水库兴利调节计算。教学内容熟悉水库兴利调节计算基本原理、基本内容和多年调节水库兴利调节计算，掌握年调节水库兴利调节计算中的时历列表法。CONTENTS目录9.19.29.39.4兴利调节计算基本内容水库兴利调节计算基本原理年调节水库兴利调节计算多年调节水库兴利调节计算PART01兴利调节计算基本内容9.1兴利调节计算基本内容9.1兴利调节计算基本内容1、概念2、任务3、基本内容

为了满足灌溉、发电、供水和航运等部门的兴利用水要求，需利用水库的调蓄作用，将河川径流丰水期(丰水年）多余的水量蓄存起来，提高枯水期(枯水年）的供水量而进行的调节计算。借助水库调节作用，按用水要求重新分配河川天然径流。（1）根据天然来水过程和用水部门的需水要求，求出所需兴利库容；（2）根据来水过程和已定的兴利库容，求水库可提供的调节流量。水库兴利调节计算PART02水库兴利调节计算基本原理9.2.1径流调节计算基本原理9.2.2水库的调节周期中水库的运用情况分析9.2.1径流调节计算基本原理某一计算时段Δt内水库水量平衡方程式可表示为：(9-1)入库水量出库水量水库蓄水容积的变化值当用时段平均流量表示时，则式(9-1)可改写为:水库蓄水的变化量平均入库流量平均出库流量计算时段(9-2)水库兴利调节计算的基本原理是水库的水量平衡。9.2.2水库的调节周期中水库的运用情况分析水库的运用是指在调节周期内，水库的蓄水、供水过程。1.水库一次运用水库在调节周期内只有一个余水期和一个缺水期的情况，叫做水库一次运用。当W1≥W2时，水库兴利库容为：V兴=W2来水过程用水过程缺水量余水量9.2.2水库的调节周期中水库的运用情况分析2.水库二次运用(1)当W1>W2，W3>W4时，则

(2)当W1>W2，W3<W4时，

则

(3)当W1>W2，W2<W3<W4时，

则

9.2.2水库的调节周期中水库的运用情况分析3.水库多次运用(1)逆时序计算

(2)顺时序计算

V兴=∑(W来-W用)最大-CV兴=V最大C为余水量9.2.2水库的调节周期中水库的运用情况分析例题9-1

假设图9-3中W1=20万m3，W2=3万m3，W3=4万m3，W4=5万m3，W5=3万m3，W6=4万m3，求兴利库容。解：由二次运用判断准则得PART03年调节水库兴利调节计算9.3.1时历列表法9.3.2简化水量平衡法9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定年调节水库兴利调节计算计算方法分类时历法数理统计法列表法模拟计算法9.3.1时历列表法9.3.1.1不计水量损失的时历列表法年调节水库的调节周期为一年，计算时段一般采用月(或旬)。

某年调节水库的来水、用水情况见表9-1，调节周期是由当年7月初到次年6月止。其中7~11月为余水期，12月初到次年6月末为缺水期，属于水库的一次运用，求所需的调节库容。例题9-29.3.1时历列表法月份来水量用水量来水量—用水量早蓄方案晚蓄方案余水缺水月末蓄水弃水月末蓄水弃水(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)71492070807840

7840

6070177081226044907770

15610

13840

9542012904130

19740

17970

10624015404700

2422022022670

1124208701550

24220155024220

1210801130

5024170

24170

111201500

38023790

23790

210602280

122022570

22570

312604410

315019420

19420

421408470

633013090

13090

5285010220

73705720

5720

639209640

57200

0

合计5469052920

24220

1770

1770表9-1水库年调节时历列表计算(不计水量损失)单位：万m3早蓄方案是先蓄水后弃水，采用顺时序计算方便：有余水就蓄，蓄满后就弃，到缺水期放水，直至放空。晚蓄方案是先弃水后蓄水，采用逆时序计算方便：遇缺水时相加，遇余水时相减，直到水库蓄满，若蓄水量为零，还有余水就弃。9.3.1时历列表法9.3.1.2考虑水量损失的历时列表法

水库在蓄水、供水过程中，一定会发生水量损失。因此，水库应适当增大库容，以抵偿损失的水量，从而保证正常供水。水库的蒸发损失和渗漏损失与水库水面面积、蓄水量有关，而水库水面面积、蓄水量是随时间变化的。考虑水量损失的历时列表法只能采用逐次渐近的方法进行计算。9.3.1时历列表法9.3.1.3考虑水量损失的简算法

在中小型水库的设计工作中，根据不计水量损失求得的调节库容可算出供水期的平均库容：

由查水库水位容积Z-V曲线得全年平均水位Z，再查水位面积曲线Z-F得面积F，据此算出水库的蒸发和渗漏损失水量，将此损失水量与不计损失的调节库容相加求得计入损失的调节库容。9.3.2简化水量平衡法

在水库规划中，各月用水量可概化为常数，然后将一年划分为一个余水期和一个供水期，然后用水量平衡法计算年调节库容，即：(9-3)年调节库容各月用水量(常数)供水期历时供水期天然来水量9.3.2简化水量平衡法例题9-4

某水库的年来水过程见表9-3。各月用水量为20m3/s。用简化水量平衡法计算该年所需的调节库容。表9-3水库某年的来水过程单位:m3/s月份345678910111212来水量33.146.052.664.043.736.016.625.26.27.828.310.7解：（1）确定供水期。（2）计算该年所需的调节库容。供水期9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定

当水库坝址有N年长系列来水资料，将此N个调节库容由小到大排列，用下列(9-4）公式进行库容保证率计算。

在普通坐标上点绘V-p频率曲线，如图9-4所示，根据选定的设计保证率P设，查V-p频率曲线即可求得相应的兴利库容V兴。(9-4)图9-4V-p关系(库容频率)曲线9.3.3.1长系列法确定兴利库容9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定

贵州青龙堡水库任务为工业园区供水，结合社会经济发展和当地水资源条件以及供水对象的特点，供水保证率取P=90％。工业园区供水量817万m3。青龙堡水库修建后将要返还下游300亩水田灌溉用水过程，多年平均灌溉用水量为30.1万m3；库损量(蒸发和渗漏损失）按水库正常蓄水位相应库容的10%计，为66.9万m3/a；坝址处环境水年按多年平均流量的10%均匀下放，每年需均匀下放0.0442m3/s(140万m3）的环境用水。试按长系列法进行兴利调节计算。例题9-59.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定解：通过调节计算在确保下游生态环境用水及返还下游300亩水田用水的情况下，保证工业园区用水量817万m3需要的兴利库容为651.1万m3，兴利调节计算成果及过程见表9-4所示。表9-4

青龙堡水库兴利调节计算成果表表9-5

采用时历法(长系列法）进行兴利调节计算表表9-6青龙堡水库兴利调节计算兴利库容排频表图9-5青龙堡水库兴利调节计算兴利库容排频图9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定9.3.3.2代表年法单一选年法库容排频法实际干旱年法在水电站水库的规划设计中用得较多，也称典型年法。实际代表年法设计代表年法分类9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定9.3.3.3兴利库容、调节流量与设计保证率的关系兴利库容V兴、调节流量Qp和保证率P三者之间的关系如图9-7所示：结论：1、当调节库容一定时，提高保证率，则调节流量减小；2、当调节流量一定时，提高保证率，则意味着要增加调节库容；3、当保证率一定时，加大调节库容，则可增大调节流量。图9-7以V兴为参数的Qp—P曲线

在设计保证率P0条件下，可在图9-7上查得每个V兴对应的Qp值，再点绘出设计保证率P0条件下的V兴-Qp线，如图9-8所示：图9-8设计保证率P0条件下的V兴—Qp曲线9.3.3兴利库容与正常蓄水位的确定PART04多年调节水库兴利调节计算9.4.1长系列时历列表法9.4.2差积曲线法9.4.3试算法求兴利库容9.4.4考虑水量损失的简化计算9.4.5数理统计法9.4多年调节水库兴利调节计算VS当设计年用水量小于设计年来水量时，只要将当年汛期的部分多余水量蓄起来，就能满足枯水期所缺的水量，即水库只需进行年内调节。年内调节当设计年来水量小于设计年用水量时，说明设计年来水量不够用，需要将丰水年的余水蓄存在水库中，跨年度补给枯水年使用，这种跨年度的径流调节称为水库的多年调节。多年调节多年调节所需的调节库容大，调节程度高，对来水的利用较充分。9.4.1长系列时历列表法例题9-6某水库具有24年的径流系列，经分析认为具有一定的代表性。试用此来作多年调节计算。解:

（1）根据来水和用水，将各水利年都划分为一个余水期和一个缺水期，并统计余水期和缺水期的水量。

（2）计算各水利年所需要的调节库容。若某水利年余水量大于缺水量，则该年能实现年调节，反之为多年调节。长系列时历列表法与年调节水库的长系列法基本相同。9.4.1长系列时历列表法表9-7某水库逐年调节库容计算

单位：万m39.4.2差积曲线法计算步骤（1）根据来水和用水，将各水利年都划分为一个余水期和一个缺水期，并统计余水期和缺水期的水量；（2）按时序计算余水、缺水的累积值，即差积水量；（3）以差积水量为纵坐标、时间(年)为横坐标，绘制差积曲线；（4）根据差积曲线计算各水利年所需的调节库容；（5）求得各年需要的调节库容后，进行频率计算，求出满足设计保证率的调节库容，即为兴利库容(设计值)。9.4.3试算法求兴利库容试算法用下式计算供水保证率：(9-5)

若计算的供水保证率不等于设计保证率，则再假定兴利库容重复上述计算过程，直到两者相等为止。9.4.3试算法求兴利库容为避免多次试算的盲目性，试算几次后，可将试算结果得到的几个V兴与P对应数据点绘如图9-9的关系曲线，以设计保证率P设查此曲线得到兴利库容V兴。图9-9

V兴—P关系曲线9.4.4考虑水量损失的简化计算方法步骤先不考虑水量损失初步计算出兴利库容，并以此值计算多年平均的蓄水容积及多年平均的水面面积；(1)计算多年平均的逐月蒸发损失和渗漏损失；(2)在用水系列中，逐年逐月加入这一水量损失，得到一个新的用水系列，再与来水系列配合，计算逐年所需的调节库容；(3)作库容频率曲线，按设计保证率查算出兴利库容。(4)

某多年调节水库有24年的来水、用水资料，设计保证率为75%，死库容为708万m3，不考虑水量损失初步计算的多年调节兴利库容为12600万m3。试计算该水库多年平均的逐月损失水量。例题9-79.4.4考虑水量损失的简化计算解：以平均蓄水容积和平均水面面积计算水库蒸发损失和渗漏损失。平均蓄水容积：相应的水面面积由水库面积曲级查9.4.4考虑水量损失的简化计算

月渗漏损失标准取多年平均蓄水容积的0.5%，则月渗漏损失为：7008×0.5%=35.0(万m3)月蒸发损失标准等于多年平均的各月蒸发损失深度，以此深度乘以多年平均水面面积得多年平均各月蒸发损失，计算结果见表9-8。