水利水能规划课件第二章兴利调节

Body Text,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,水利水能规划,西北农林科技大学水利与建筑工程学院,*,第二章 兴利调节,第一节 水库特性,第二节 兴利调节分类,第三节 设计保证率,第四节 设计代表期,第五节 兴利调节计算,第六节 兴利调节时历列表法,第七节 兴利调节时历图解法,第八节 多年调节的概率法,第一节 水库特性,一、水库的特性曲线,一般用来反映水库地形特性的曲线称为水库特性曲线，有水库水位与面积关系曲线和水库水位与容积关系曲线，简称水库面积曲线及水库容积曲线。,(,一,),水库面积特性曲线,(,二,),水库容积特性曲线,（面积曲线的积分曲线）,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，需控制达到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。,特征水位及其相应的库容体现了水库利用和正常工作的各种特定要求，是规划设计阶段确定水工建筑物尺寸（如坝高、溢洪道宽度）及估算工程效益的基本依据。,(,一,),死水位,Z,死,和死库容,V,死,死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位。,死库容（垫底库容）：死水位以下的水库容积。,死库容一般用于容纳水库泥沙、抬高坝前水位和库内水深，一般不参与径流调节。,（二）正常蓄水位（,Z,蓄,）和兴利库容（,V,兴,）,正常蓄水位：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。又称正常高水位或设计兴利水位。它决定水库的规模、效益和调节方式。,兴利库容（调节库容）：,正常蓄水位与死水位间的库容，用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电站出力。,水库消落深度（工作深度）：,正常蓄水位与死水位的高程差。,（三）防洪限制水位,（,Z,限,）,防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。它是水库汛期防洪运用时的,起调水位,。根据,洪水特性,和,防洪要求,，对汛期不同时期分段拟定，把,Z,限,定在,Z,蓄,以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合，从而减小专用防洪库容。,（四）防洪高水位（,Z,防,）和防洪库容（,V,防,）,防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位。,只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。,防洪库容：,防洪高水位与防洪限制水位间的库容，用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。,注意：,当汛期各时段具有不同的防洪限制水位时，防洪库容指,最低,的防洪限制水位与防洪高水位之间的库容。,当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库容与兴利库容的重叠部分，称,重叠库容或共用库容（,V,共,）,。此库容在汛期腾空作为防洪库容或调洪库容的一部分，在汛末，作为兴利库容的一部分，以增加供水期的保证供水量或水电站的保证出力。,在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库容和兴利库容有,完全重叠、部分重叠、不重叠,（防洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程）三种形式。,图,2-3,图,2-4,（五）设计洪水位（,Z,洪,）和拦洪库容（,V,拦,）,设计洪水位,:,水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。,拦洪库容（,V,拦,）,Z,限,与,Z,设洪,之间的库容。,（六）校核洪水位（,Z,洪,）和调洪库容（,V,调洪,）,校核洪水位：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库非常运用情况下允许达到的临时性最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。,调洪库容：,校核洪水位与防洪限制水位之间的库容，用以拦蓄洪水，确保大坝安全。,（七）总库容（,V,总,）和有效库容（,V,效,）,总库容：校核洪水位以下的全部库容，总库容是表示水库工程规模的代表性指标，可作为划分水库等级、确定工程安全标准的重要依据。,有效库容：核洪水位与死水位之间的库容。,V,总,V,死,V,兴,V,调洪,V,共,。,V,效,V,总,V,死,V,兴,V,调洪,V,共,。,大,型,大于,10,亿,m,3,；,大,型,1,10,亿,m,3,；,中 型,0.1,1,亿,m,3,；,小,型,0.01,0.1,亿,m,3,；,小,型,小于,0.01,亿,m,3,。,按总库容把水库划分为五级,安全超高,放水管,死水位,正常蓄水位,校核洪水位,设计洪水位,死库容,兴利库容,结合库容,拦洪库容,调洪库容,防洪限制水位,防洪库容,防洪高水位,三、水库的水量损失,(1),蒸发损失,W,蒸,=,（,E,水,-E,陆,）,A,年,1000,其中：,W,蒸,一年内水库的蒸发损失量，,m,3,；,E,水,一年内水面蒸发深度，,mm,；,E,陆,一年内陆面蒸发深度，,mm,；,A,年,水库计算面积，,km,2,，即水库实际水面面积与建库,前水面面积之差。,(2),渗漏损失,坝身、闸门、库底及库岸四周向外渗漏，其渗漏量的大小决定于库区、坝址的地质及水文地质条件与施工质量。其值可根据水文地质条件，参考已建水库的实际渗漏资料，选用经验数据，作为估算渗漏损失的依据。,四、水库淤积,1,、分类,a.,三角洲淤积。,b.,带形淤积。,c.,锥形淤积。,三角洲淤积（官厅水库）,1.1966.6,淤积线,2.1953.9,原河床,带形淤积（丰满水库）,1.1958,淤积线,2.1943,原河床,锥形淤积（三门峡水库）,1.1964,年汛后淤积线,2.1964,年汛前河底线,2,、水库淤积的不良后果,a.,减少水库有效库容，甚至使水库完全失效，威胁水库本身及下游安全。,b.,水库淤积使回水上延，增加淹没、浸没损失。,c.,泥沙进入引水渠或水轮机等，导致渠系淤积及水轮机、泄流设备的磨损。,d.,水库淤积会加大管理上的困难，影响正常工作。,3,、防止或减轻水库淤积的措施,a.,做好上游水上保持工作。,b.,中小型水库采用长藤结瓜式工程布局。,c.,在坝底修建断面较大的底孔，或在坝旁建高程较低的泄洪隧洞。,d.,建深水式拦河闸代替拦河坝。,e.,大型水库采取蓄清排沙方式运行,第二节 兴利调节分类,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。,二、按水库任务分类,三、按水库供水方式分类,四、按径流利用程度分类,五、其它分类,日调节：,0.08,年调节：,0.08,0.3,多年调节：,0.3,0.5,第三节 设计保证率,一、工作保证率和设计保证率,保证率：在多年期间，各个用水部门能够按照正常用水的需要，正常工作的概率。,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,。,P,设,=,正常工作年数,/,（总运行年数,+1,）,100%,历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历时的百分比,。,年保证率与历时保证率之间的转换：,采用哪种形式计算工作保证率，视,用水特性,、,水库调节性能,及,设计要求,等因素而定。蓄水式电站、灌溉用水等，一般可采用年保证率；径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门，其工作多按日计算，故多采用历时保证率。,二、设计保证率的选择,（一）水电站的设计保证率,装机容量小于,25000,kW,的小型水电站，设计保证率一般采用,65,90,；以灌溉为主的农村小水电工程的设计保证率，常与灌溉设计保证率取同值；大、中型水电站的设计保证率可参照表,2-2,选值。,表,2-2,水电站设计保证率,系统中水电站容量比重（,%,）,25,以下,25,50,50,以上,水电站设计保证率（,%,）,80,90,90,95,95,98,（二）灌溉设计保证率,灌溉设计保证率,：指在干旱期作物缺水情况下，由灌溉设施供水抗旱的保证程度。,灌溉设计保证率选用的基本原则：南方地区比北方地区为高；自流灌溉比提水灌溉为高；远景规划工程比近期工程为高；大型工程比中小型工程为高。,地区特点,农作物种类,年设计保证率（,%,）,缺水地区,以旱作物为主,50,75,以水稻为主,70,80,水源丰富地区,以旱作物为主,70,80,以水稻为主,75,95,抗旱天数,:,指依靠灌溉设施供水，可以抗御连续多少天无雨保丰收的天数。农田基本建设和一些小型灌区的规划设计中是常被采用的。,在,F,一定的情况下，,P,灌,越高，所需,V,兴,越大；,在,P,灌,一定的情况下，,F,越大，所需,V,兴,也越大；,在水库,V,兴,一定的情况下，,P,灌,越高，可灌溉的面积越小。,第四节 设计代表期,一、设计代表年,二、设计多年径流系列,1.,设计枯水系列,T,破,=,n,-,P,设,（,n,+1,）,2.,设计中水系列,（代表中等来水条件下的平均兴利情况,）,设计枯水年,设计中水年,设计丰水年,注意：,系列连续径流资料至少要有一个以上完整的循环；,系列年径流均值应等于或接近于多年平均值；,系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系与长系列大体相同，使设计中水系列的年径流变差系数,Cv,与长系列的相近。,第五节 兴利调节计算,兴利调节计算：利用水库重新分配天然径流所进行的计算。,基本方法：时历法和概率法,基本原理：,W,末,=W,初,+W,入,-W,出,式中,W,末,计算时段末水库蓄水量；,W,初,计算时段初水库蓄水量；,W,入,计算时段入库水量；,W,出,计算时段出库水量，包括向各用水部门,提供的水量、弃水量及水库水量损失等。,基本课题,:,已知来水、用水和,P,设,，求,V,兴,；,已知来水、,V,兴,和,P,设,，求,Q,调,；,已知来水、,V,兴,和,P,设,，求按照一定的运,用方式，水库的运用过程（,Q,调,t,或,Z,t,）。,水库运用情况分析,水库的蓄泄过程称为水库运用，在整个调节周期内，按照来水和用水的配合情况，年调节水库可分为：,1.,一回运用,2.,两回运用,V,1,V,2,，,V,3,V,4,则,V,调,=max(V,2,，,V,4,，,V,2,+V,4,-V,3,),V,1,V,2,，,V,3,V,4,则,V,调,=max(V,2,，,V,4,),V,1,V,2,，,V,3,V,4,，,V,3,V,2,则,V,调,=V,2,+V,4,-V,3,3.,多回运用,主要看两亏水期中间余水期的余水量是否大于前后两个亏水期的亏水量：,如果余水量不同时小于两个亏水量，则所需库容为两个亏水量中的较大者；,如果余水量同时小于前后两个亏水期的亏水量，则库容为三者的代数和。,第六节 兴利调节时历列表法,一、根据用水过程确定水库兴利库容,（一）求库容的列表计算法,1,、年调节水库兴利调节计算的,长系列法,将水库坝址断面河流多年来水过程和用水过程，逐年按时历列表法进行逐时段（月或旬）的水量平衡计算，求得水库蓄泄过程和兴利库容。,（,1,）逐年调节计算,A,不计水量损失的年调节列表计算法,【,例题,】,B,计入水量损失的年调节列表计算法,【,例题,】,(2),设计库容的确定,假定有,n,年来水及灌溉用水资料，按上述方法进行每年的调节计算，得到,n,个年调节库容。然后按由,小到大,的次序排列，用经验频率公式求出相应每一库容的频率，点绘库容频率曲线。根据给定的灌溉设计保证率,P,设,，查,V,P,曲线即可求得相应的年调节设计库容,V,设,。,（,3,）正常蓄水位的确定,确定了水库的兴利库容后，加上死库容就得两者之和的库容，用此库容在水位容积曲线上可查得相应的正常蓄水位,结论：,(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。,等流量调节：,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。,(3),调节系数：,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，用以度量径流调节的程度。,(4),兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水量时，枯水期不足水量可由径流年调节解决。,先对坝址断面设计站或参证站