中小型水庫的興利調(diào)節(jié)計算

第十三章中小型水庫的興利調(diào)節(jié)計算控制和調(diào)節(jié)徑流的措施，稱為“徑流調(diào)節(jié)”"水庫，是最常見的蒂水工程之一；建造水庫調(diào)節(jié)河川徑流,是解決來水與需水之間矛盾的一種常用的、積極的方法。第一節(jié)水庫特性曲線、特征水位及特征庫容水庫特性曲線庫容，既與壩高有關，又與庫區(qū)內(nèi)的地形有關。用來反映水庫地形特性的曲線，稱為〃水庫特性曲線”；分為“水庫水位與面枳關系曲線”和’‘水庫水位與容枳關系曲線”，簡稱“水庫面積曲線”及〃水庫容積曲線”，它們是徑流調(diào)節(jié)計算不町或缺的基本資料1） 水庫特性曲線面積曲線町根據(jù)庫區(qū)地形圖，用求枳儀或數(shù)方格法，在等高線與壩軸線所由成的閉合地形圖上最計不同高程的水庫面積，并以水位為縱坐標，以水庫面積為橫坐標，點繪成水位、面枳關系曲線。在平原河流及山區(qū)河流上建水庫，因庫盆形狀及河道坡度不同，其Z~A曲線的性質(zhì)也不相同一一平原河流水庫而積隨水位增加而很快埔加，面積曲線的坡度較??；山區(qū)河流水庫面積隨水位增加較慢，面枳曲線的坡度較大。2） 水庫容積曲線靜庫容水庫容積曲線，是而積曲線的枳分曲線，即水位Z與累積容枳（原容）V的關系曲線。分別計算齊相鄰高程間隔內(nèi)的部分容積，自河底向上累加得相應水位的累計容積，即可繪制出水位、容積曲線。用上述方法計算的水庫容積，是假定入庫流量為零時，水庫水面為水平的情況，稱為“靜水容枳（簡稱靜庫容）”。靜庫容，能滿足一般水庫規(guī)劃設計要求，對于大的湖泊式水庫，流速甚小時，水面曲線接近水平，僅回水尾端上翅，故以靜庫容計算，誤差不大。動庫容對于大型河里水庫,回水影響哄遠，在洪水調(diào)節(jié)計算及淹沒計算中，因入庫流鼠人、流速人而形成的水面面積并非水平，故不町按靜庫容方法計算；動水容枳，除靜庫容外，還何一部分楔形蓄量。由這樣上翹的實際水面線與壩前水位水平線所構成的容積為動水庫容（即楔形蒂量），簡稱〃動庫容”。動庫容曲線的繪制方法：在町能出現(xiàn)的洪水范闈內(nèi)擬定各種入庫流量，對某一入庫流量假定不同的壩前水位，根據(jù)水力學公式，推求出一組以入庫流量為參數(shù)的水面曲線，并計算相應的庫容，計算至回水末端止，然后以水位為縱坐標，以入庫流量為參數(shù)，以庫容為橫坐標，繪制動庫容曲線。水庫的特征水位和特征庫容反映水庫工作狀況的水位，稱為特征水位特征水位及其相應庫容，體現(xiàn)行水斥利用和正常工作的各種特定要求,是規(guī)劃設計階段確定主要水工建筑物尺寸（如壩高、溢洪道寬度）及估算工程效益的基本依據(jù)這些特征水位和相應庫容如卜:死 （Z死）和死庫容（V死）死水位：正常運行情況下，允許水庫消落的最低水位。死水位以下的庫容，為死庫容死庫容，一般不能動用；除非特殊干早年份，為保證緊要供水或發(fā)電，經(jīng)慎重研究，才允許臨時動用死庫容部分存水正常蓄水位（ZM）和興利庫容（V興）止常蒂水位:指水庫在正常運行的情況卜，為滿足興利部門枯水期的正常用水，在供水期開始時應蒂到的水位。正常營水位與死水位之間的庫容，是水庫實際町用于調(diào)節(jié)徑流的庫容，稱為“興利庫容”。正常常水位與死水位Z間的深度，稱為〃消落深度”。 一防洪限制水位（Z限）和結(jié)合庫容（V結(jié)）水庫在汛期洪水未到前允許眷水的上限水位，稱為“防洪限制水位”。這個水位以上的庫容，是作為滯售洪水的庫容，只有在發(fā)生洪水時，為了滯洪，水庫水位才允許超過防洪限制水位，當洪水消退時，如汛期未過，水庫應盡快泄洪，使水庫水位迅速回降到防洪限制水位。在進行水庫設計時，通常應根據(jù)洪水特性和水文預報條件，盡可能把防洪限制水位定在正常富水位之卜，騰出部分興利庫容以容納洪水，并在汛末攔蓄部分洪水尾巴以蓄滿興利庫容.在這種情況2防洪限制水位y正常蕃水位之問的庫容，稱為“結(jié)合庫容”,兼做防洪與興利之用，以減少專門的防洪庫容。這樣，水庫溢洪道上裝設閘門是設置結(jié)合庫容的必要條件。防洪高水位（Z防）和防洪庫容（V防）當水庫下游有防洪要求時，卜游防洪要求的設計洪水從防洪限制水位經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后所達到的最高庫水位，稱為“防洪高水位”。它至防洪限制水位之間的庫容，稱為“防洪庫容”。設計洪水位（Z設）當發(fā)生大壩設計標準洪水時，從防洪限制水位經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后所達到的壩前最高水位，稱為設計洪水位。校核洪水位（Z校）和調(diào)洪庫容（V調(diào)〉當發(fā)生大壩校核標準設計洪水時，水庫壩前所達到的最高水位，秋為“校核洪水位”。它至防洪限制水位之間的庫容，稱為“調(diào)洪庫容”。校核洪水位加上風浪高及安全超高，便是壩頂?shù)母叱??？値烊菰诜篮榕c興利部分結(jié)合的情況卜，水庫總庫容為V總二%+v興-V結(jié)+V調(diào)小型水庫，特別是溢洪道上不設閘門的水庫，正常器水位與防洪限制水位相同，沒有結(jié)合庫容，這時總庫容為V總譏+V興+V調(diào)第二節(jié)中小型水庫設計標準為了避免不合理的耗費，一般不要求在將來水庫使用的全部時間內(nèi)都保證絕對正常用水；所以，確定水庫規(guī)模必須令一個設計標準。我國現(xiàn)行的灌溉標準有以下兩種一一灌溉設計保證率和抗早天數(shù)灌溉設計保證率灌溉設計保證率，是當前灌溉工程規(guī)劃設計采用的主要標準。它的育義是，在干旱期作物缺水情況卜，由灌溉設施供水抗早的保證程度，可用灌溉用水全部得到滿足的年數(shù)占計算總年數(shù)的百分數(shù)表示，即正常供水年數(shù)x100%總年數(shù)+1灌溉設計保證率，是規(guī)劃設計中一個極其重要的指標，它反映需要工程供水的保證程度，直接影響工程規(guī)模及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，因此必須慎重對待，全而考慮政治、經(jīng)濟和對人民生活的影響，結(jié)合灌區(qū)的水利及土壤資源情況、作物種類、氣象水文條件、水量調(diào)節(jié)程度及國家對半地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)劃等因素分析決定。一般對灌溉設計保證率選用的情況是：南方地區(qū)比北方地區(qū)為高；自流灌溉比提水灌溉為高；遠景規(guī)劃工程比近期工程為高；人型工程比小中型工程為高。對于一個具體水庫的規(guī)劃，往往是在灌溉面枳一定的情況卜，先根據(jù)上述原則確定灌溉設計保證率，然后再通過水文水利計算確定水庫興利庫容。有時，為了進行方案比較及技術、經(jīng)濟論證，還必須做出興利庫容■灌溉面積“灌溉設計保證率三變量關系曲線圖，作為選定灌溉設計保證率的參考?？购堤鞌?shù)抗旱天數(shù)，是指依靠灌溉設施供水，可以抗御連續(xù)多少天無雨保豐收的天數(shù)。由丁無雨口的天數(shù)確定，確實有一定的困難，以及這個標準還不便于與其他用水部門的保證率標準對照比較，一般人型灌區(qū)和綜合利用工程的設計中較少使用。第三節(jié)水庫水量損失及水庫死水位選擇1.水庫的水量損失水庫建成后，改變了天然河流的情況，形成人工湖泊，增加的蒸發(fā)損失和滲漏損失，統(tǒng)稱為“水庫水量的損失”。1）水庫的蒸發(fā)損失水庫的蒸發(fā)損失，是指由陸面面枳變?yōu)樗婷骅姿黾拥念~外蒸發(fā)最，以W蒸表示W(wǎng)蒸二（E水-E陸）A庫）V100%式中，W煎----年內(nèi)水庫的蒸發(fā)損失量，m>;己/或月強） 年內(nèi)水面（陸面）蒸發(fā)深度，mm：A庫一水庫計算而積，km2,即水庫實際水而面枳與建庫前水面面積之差。2）水庫的滲漏損失建庫后，由于水位抬高，水壓力增人，水苦中的曙水通過能透水的壩身、閘門、庫底及庫岸四周向外滲漏，其滲漏量的大小決定于庫區(qū)、壩址的地質(zhì)及水文條件與施工質(zhì)量。其值可根據(jù)水文地質(zhì)條件，參考已建水庫的實際滲漏資料，選用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，作為估算滲漏損失的依據(jù)。水庫死水位的選擇在以灌溉為主的水庫規(guī)劃設計中，一般是先確定死水位，然后通過興利調(diào)節(jié)計算，求得興利庫容和正常售水位。死水位選擇時，應考慮的因素主要是：1） 保證自流灌溉必要的引水高程自流灌溉，水渠首的水面高程有一定要求，這個高程（即水庫放水建筑物的卜游水位）可根據(jù)灌區(qū)控制高程及引水渠的縱坡和渠道長度推算而得。根據(jù)放水建筑物的型式（有壓涵管或無壓隧洞）進行水力學計算，推求維持放水建筑物泄放渠道流量的最小水頭HnA,加上A點高程（即水庫放水建筑物的下游水位），就得到水庫死水位。2） 考慮水庫泥沙淤積的需要在河道上筑壩形成后，水深增大，水面坡度變緩，水流流速減小，水流挾沙能力降低，導致水流中的部分懸疑質(zhì)和推移質(zhì)泥沙在庫區(qū)內(nèi)沉淀，使水庫庫內(nèi)不斷淤枳。在含沙量較人的河流上修建水庫調(diào)節(jié)徑流，必須考農(nóng)泥沙淤積對水庫效益的影響。在水土流失嚴重的地區(qū)興建中小型（特別是小型）水庫，如果事先沒有考慮泥沙問題，后果可能導致水庫因泥沙淤滿而報廢。第四節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)1.水庫興利調(diào)節(jié)計算原理水庫興利調(diào)節(jié)計算，是指利用水庫的調(diào)蓄作用，將河川徑流洪水期（或豐水年）的多余水量蒂存起來，以提高枯水期（或枯水年）的供水最，滿足各興利部門的用水要求所進行的計算，也就是水庫蒂水量變化過程的計算。水庫從“放空一一蓄滿一一放空”的循環(huán)時間，稱為“調(diào)節(jié)周期”。調(diào)節(jié)計算時，將整個調(diào)節(jié)周期劃分為若干個計算時段，按口寸段進行水量平衡計算。水庫的時段水量平衡方程是：在任何一個時段內(nèi)，進入水庫的水量和流出水庫的水量之差，等于水庫在這一時段內(nèi)蓄水量的變化。對于某一時段At的水庫水量平衡方程可用下式表示：AV=（QA-（l|B）At計算時段，町根據(jù)調(diào)節(jié)周期的長短及徑流和用水變化的劇烈程度而定。根據(jù)水量平衡進行調(diào)節(jié)計算的方法，可以分為“時歷法”和“數(shù)理統(tǒng)計法”。時歷法，是根據(jù)過去按時歷順序的流最資料進行調(diào)節(jié)計算，再將調(diào)節(jié)后的調(diào)節(jié)流最、水庫水位、庫容的多年變化情況，繪制成相應的頻率曲線，再供設計選擇，也就是先調(diào)節(jié)后頻率統(tǒng)計的方法。數(shù)理統(tǒng)計法，是先將流量系列進行頻率統(tǒng)計，用統(tǒng)計特征值來描述徑流系列的多年變化，再按照概率論原理和水量平衡進行調(diào)節(jié)計算，獲得調(diào)節(jié)流量、多余、不足水量及水庫希水等多年變化情況，以供決策，也就是先頻率統(tǒng)計后調(diào)節(jié)計算的方法。2-徑流調(diào)節(jié)的分類1） 按調(diào)節(jié)周期長短分日調(diào)節(jié)河川徑流在一晝夜間的變化基本上是均勻的，而某些部門的用水（如發(fā)電、灌溉等）則在白天和夜晚差異共人。有了水庫，就可把當天負荷少時的多1商水量調(diào)用到負荷多時。其調(diào)節(jié)周期為一天。年調(diào)節(jié)河川徑流在豐水期和枯水期的水量相差懸殊；而用水部門如發(fā)電、灌溉等，在枯水期水最不足，豐水期過剩。這就要求在一年內(nèi)進行天然徑流的重新分配，這種分配稱為“年調(diào)節(jié)或季調(diào)節(jié)”。其調(diào)節(jié)周期為一年。多年調(diào)節(jié)針對的是豐水年和枯水年相對于一定的河流來說，如果蒂水容積越大，它調(diào)節(jié)的周期就越長，調(diào)節(jié)徑流的程度也越完善。多年調(diào)節(jié)的水庫可同時進行年調(diào)節(jié)和日調(diào)劑。2） 按徑流利用程度來分類完全年調(diào)節(jié)將設計年內(nèi)全部來水最完全按用水要求重新分配而不發(fā)生棄水的徑流調(diào)節(jié)不完全調(diào)節(jié)僅能存蓄豐水期部分多余水量的徑流調(diào)節(jié)完全調(diào)節(jié)和不完全調(diào)節(jié)，是相對的。例如，對同一水庫而言，可能在一般年份能進行完全調(diào)節(jié)，而在豐水年發(fā)生棄水。第五節(jié)年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計算興利調(diào)節(jié)計算所要解決的問題是：人來水、用水及灌溉設汁保證率一定的怙況卜，計算所需要的興利庫容（本章介紹的內(nèi)