水庫水面蒸發(fā)、水溫分析計算大綱

FCD11050FCD水利水電工程初步設(shè)計階段水庫水面蒸發(fā)、水溫分析計算大綱范本水利水電勘測設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化信息網(wǎng)1997年8月水電站技術(shù)設(shè)計階段水庫水面蒸發(fā)、水溫分析計算大綱主編單主編單位總工程師:參編單員:::勘測設(shè)計研究院年月目次1.引言42.設(shè)計依據(jù)文件和標(biāo)準(zhǔn)43.根本資料54.水庫水面蒸發(fā)分析計算55.水庫水溫分析計算8應(yīng)提供的設(shè)計成果111引言1.1工程概況工程水庫區(qū)地處北緯～、東徑～之間，行政區(qū)隸屬省(區(qū))市(縣)。工程開發(fā)任務(wù)以為主兼顧、、等綜合利用的水利水電樞紐。最大壩高m，正常蓄水位m，總庫容萬m3，電站總裝機(jī)MW，防洪庫容萬m3。1.2根本要求SGJ21483《水利水電工程水文計算標(biāo)準(zhǔn)》和DL502193《水利水電工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程》對水面蒸發(fā)、水溫分析計算的根本要求為：(1)根據(jù)工程水庫的自然地理條件、水庫特性、運行調(diào)度原那么，進(jìn)行典型水庫和參證水面蒸發(fā)站的選擇，以及工程水庫水面蒸發(fā)和水庫水溫分析計算方法及主要關(guān)系系數(shù)選擇。(2)結(jié)合工程水庫附近已建水庫的水面蒸發(fā)資料和水溫資料論證本工程計算成果的合理性及可靠性。2設(shè)計依據(jù)文件和標(biāo)準(zhǔn)2.1有關(guān)本工程(或水文專業(yè))的文件、報告(1)可行性研究階段水文分析專題報告；(2)可行性研究報告；(3)可行性研究報告審批文件；(4)初步設(shè)計任務(wù)書、工程卷冊任務(wù)書及其他專業(yè)對本專業(yè)的要求。2.2主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(1)SDJ21483 水利水電工程水文計算標(biāo)準(zhǔn)；(2)DL502193 水利水電工程初步設(shè)計編制規(guī)程；2.3主要參考文獻(xiàn)及有關(guān)工程觀測標(biāo)準(zhǔn)(1)水文測驗手冊(第三冊：資料整編和審查)；(2)地表水資源調(diào)查和統(tǒng)計分析技術(shù)細(xì)那么；(3)計算依據(jù)已建水庫和測站有關(guān)文獻(xiàn)及沿革；(4)地面氣象觀測標(biāo)準(zhǔn)；(5)水面蒸發(fā)觀測標(biāo)準(zhǔn)；(6)水溫觀測標(biāo)準(zhǔn)。3根本資料3.1水庫概況水庫為型水庫。水庫由河和主要支流、、等匯成。正常蓄水位m，相應(yīng)庫容萬m3，水庫面積km2，水面寬m～m，庫區(qū)長度為km。壩前最大水深m。水庫運行中多年平均庫區(qū)庫面面積km2。水庫運行調(diào)度原那么和泄水規(guī)模。3.2水面蒸發(fā)資料(1)庫區(qū)或庫區(qū)附近地區(qū)，大于或等于10m2等大型蒸發(fā)池及一般蒸發(fā)器皿觀測場的自然地理條件，歷年觀測場建設(shè)、觀測器皿類型、大小、結(jié)構(gòu)、形狀、安裝方式和觀測方法，觀測記錄，整編資料成果。(2)庫區(qū)或庫區(qū)附近地區(qū)，各種水面蒸發(fā)器皿與大型觀測池比照觀測資料及其折算系數(shù)分析成果。(3)1980年全國水資源綜合調(diào)查中，庫區(qū)所屬流域機(jī)構(gòu)或省、市采用的水面蒸發(fā)計算的折算系數(shù)和水面、陸面蒸發(fā)量等值線圖等資料。(4)水面蒸發(fā)資料系列應(yīng)在10年以上，缺乏10年那么應(yīng)通過插補(bǔ)，延長到10年。提示：(1)收集資料時應(yīng)十分注意各不同年、月設(shè)計依據(jù)的池、站的器皿類型、大小、結(jié)構(gòu)、形狀、安裝方式和觀測方法，注意觀測池、站的自然地理條件與本庫區(qū)的差異。如與SDJ21483附表4.2所列的器皿的類型及安裝方式，以及自然地理條件差異過大時，對折算系數(shù)應(yīng)進(jìn)行分析研究或修正。(2)缺少蒸發(fā)器(皿)觀測資料的地區(qū)，可采用間接途徑去推求水面蒸發(fā)值。但在工程設(shè)計階段，需設(shè)站觀測，以對原推算成果進(jìn)行檢驗。3.3水溫資料(1)工程壩址上、下游附近水文測站天然河道水溫觀測資料和岸上同期的氣溫觀測資料；(2)庫區(qū)附近或鄰近流域已建參證水庫的水溫觀測和統(tǒng)計分析資料、參證水庫下游河道水文測站建庫前后的水溫觀測資料和統(tǒng)計分析資料；(3)已建參證水庫壩址或庫區(qū)附近的同期氣溫觀測資料；(4)水溫資料系列應(yīng)在5年以上，缺乏5年的那么應(yīng)通過插補(bǔ)延長到5年。4水庫水面蒸發(fā)分析計算4.1水庫水面蒸發(fā)分析計算的內(nèi)容(1)典型蒸發(fā)池、站的選擇；(2)典型蒸發(fā)池、站各不同類型蒸發(fā)器皿的水面蒸發(fā)系數(shù)分析、選定及其多年平均年、月蒸發(fā)量系列計算；(3)工程水庫區(qū)陸面蒸發(fā)量的計算；(4)水庫增損深度計算。4.2水庫水面蒸發(fā)量分析計算4.2.1對參證站水面蒸發(fā)根本資料復(fù)核提示：(1)復(fù)核、了解參證站、池歷年觀測水面蒸發(fā)的儀器類型及安裝方式與SDJ21483附表4.2所列器皿及安裝方式進(jìn)行對照檢查；(2)根據(jù)水面蒸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)要求，對歷年觀測資料進(jìn)行檢查；(3)將參證站歷年觀測資料與鄰近測站的觀測成果進(jìn)行比照檢查；(4)通過上述根本資料審查，修正資料中存在的問題。4.2.2水面蒸發(fā)折算系數(shù)分析確定提示：根據(jù)選定的水面蒸發(fā)計算(參證站)歷年水面蒸發(fā)觀測器皿類型和安裝方式，以及各不同出處的水面蒸發(fā)折算系數(shù)，進(jìn)行綜合分析研究后，確定本工程水面蒸發(fā)采用的折算系數(shù)。4.2.3水面蒸發(fā)量計算4.2.3.1由蒸發(fā)皿觀測資料推求庫面蒸發(fā)量。提示：(1)如所選的參證站的水面蒸發(fā)觀測皿，為大于或等于10m2的大型蒸發(fā)池，那么其觀測資料可直接用于計算本工程水庫的年、月水面蒸發(fā)量。(2)如選用參證站的水面蒸發(fā)觀測皿，為一般常用的蒸發(fā)器(E601、20cm和80cm的蒸發(fā)皿等)，那么其觀測資料必須經(jīng)選定的折算系數(shù)進(jìn)行改正，統(tǒng)一訂正為大型蒸發(fā)池的蒸發(fā)量后，才進(jìn)行本工程水庫的年、月水面蒸發(fā)量計算。4.2.3.2缺少水面蒸發(fā)觀測資料水庫的水面蒸發(fā)量計算提示：(1)根據(jù)1980年全國水資源調(diào)查研究中，流域機(jī)構(gòu)或省(市)所擬定的“流域(或省)多年平均水面蒸發(fā)量等值線圖”，按本工程庫區(qū)所在圖上的位置，讀取水庫中心點或幾個代表點，采用其平均值作為本工程水庫庫面多年平均蒸發(fā)量；(2)借用鄰近流域蒸發(fā)池的水面蒸發(fā)觀測資料，在站點選擇時，如果條件允許，選用的站點應(yīng)在二個以上，在移用改正時，除考慮距離外，還要考慮地面高程和氣候等的異同；(3)采用蒸發(fā)試驗站的經(jīng)驗公式進(jìn)行推算水面蒸發(fā)時，建議參照我國近年采用的經(jīng)驗公式，見SDJ21483附錄四。4.3水庫蒸發(fā)增損分析計算4.3.1水庫陸面蒸發(fā)量推求提示：(1)如壩址以上流域的產(chǎn)流特性相近，且壩址以上流域面積不大，可取用以下簡單的水平衡方程式推求：F陸=P－R式中：F陸壩址以上流域多年平均陸面蒸發(fā)量，mm；P壩址以上流域多年平均降雨量，mm；R壩址以上流域多年平均逕流深，mm。(2)如壩址以上流域面積很大，且壩址以上各區(qū)的產(chǎn)流特征不一，那么可移用靠近庫區(qū)，且產(chǎn)流特性類似的逕流測站按上式推求庫區(qū)陸面蒸發(fā)量。(3)采用流域機(jī)構(gòu)或省(市)擬定使用的全流域多年平均降雨量等值線圖和逕流深等值線圖時，采用水量平衡公式求出本工程庫區(qū)陸面多年平均蒸發(fā)量。4.3.2水庫蒸發(fā)增損分析計算水庫蒸發(fā)增損按以下公式推求：△E=E－E陸(1)式中：△E水庫庫區(qū)多年平均蒸發(fā)增損深度，mm；E水庫庫區(qū)多年平均水面蒸發(fā)深度，mm；E陸建庫前水庫庫區(qū)的多年平均陸面蒸發(fā)深度，mm。W蒸=(h水－h(huán)陸)·(F庫－f)(2)式中：W蒸增損水量，m3；F庫各月(季)平均水庫面積，m2；f建庫前原有的天然河道水面面積，m2；h水庫區(qū)水面蒸發(fā)深度，m；h陸庫區(qū)陸面蒸發(fā)深度，m；提示：(1)如水庫水面面積變化不大或蒸發(fā)損失占年水量比重甚小時，可以用水庫水位年內(nèi)變化相應(yīng)的平均面積代入公式(2)求得年蒸發(fā)損失。將蒸發(fā)損失水量平均分?jǐn)傇诿總€月內(nèi)，作為水庫各月的蒸發(fā)損失水量。(2)如水庫蒸發(fā)損失水量較大、且各月蒸發(fā)損失水量相差較多，那么應(yīng)根據(jù)多年平均各月(季)水庫面積及蒸發(fā)深度以(2)式按月(季)計算蒸發(fā)損失水量。(3)如水庫為年調(diào)節(jié)水庫，可采用最大的年蒸發(fā)量來計算，而年內(nèi)各月分配采用多年平均情況；對多年調(diào)節(jié)水庫那么采用多年平均蒸發(fā)量。年內(nèi)各月分配同多年平均情況。表1水庫水面、陸面多年平均逐月蒸發(fā)量預(yù)估成果表單位：mm項目逐月蒸發(fā)量年平均123456789101112水面蒸發(fā)量陸面蒸發(fā)量

5水庫水溫分析計算5.1水庫水溫分析計算內(nèi)容(1)工程水庫水溫計算參證站天然河道多年年、月平均水溫，年、月最大、最小值，歷年最大、最小值及其出現(xiàn)時間，以及工程設(shè)計所要求的其他特征值；(2)工程水庫水溫預(yù)估典型水庫的分析選擇；(3)根據(jù)選定的典型水庫的水溫實測資料，預(yù)估設(shè)計水庫的年、月平均水溫及其他設(shè)計需要的特征值；(4)視工程水庫設(shè)計需要，計算設(shè)計水庫放流對下游河道水溫影響長度和年、月平均水溫。5.2水庫水溫預(yù)估的分析計算5.2.1設(shè)計水庫壩址附近水文站天然河道水溫特征值統(tǒng)計和岸上多年年、月平均氣溫及其特征值統(tǒng)計。5.2.2典型水庫選定提示：選取的典型水庫應(yīng)盡量靠近本水庫，選取時應(yīng)根據(jù)水庫地理位置、地面高程，水庫容積、庫區(qū)長度和縱深，取水口位置，水庫運行調(diào)度和入庫流量大小，天然河道水溫、泥沙等方面綜合考慮后，選取與本工程水庫相似的已建水庫，作為本水庫水溫計算的典型水庫。5.2.3水庫水溫預(yù)估5.2.3.1本工程水庫水溫結(jié)構(gòu)計算設(shè)計水庫水溫分布類型，目前多采用間接的、指標(biāo)法進(jìn)行設(shè)計水庫水溫結(jié)構(gòu)判別：(3)式中：W多年平均年入庫總逕流量；V總庫容；Wc一次入庫洪水總量。當(dāng)10、0.5時為分層型；20、1.0時為混合型；1020、0.51.0時為過渡型。對于分層型水庫，如遇1時的洪水那么為臨時性的混合型；0.5的洪水，對于水溫的結(jié)構(gòu)無多大影響。5.2.3.2水庫表層月平均水溫預(yù)估提示：(1)如選取的典型水庫與本工程水庫距離較近，其地理、氣候條件根本相同，水庫調(diào)節(jié)性能亦根本相同時，那么可直接移用典型水庫的表層水溫和水面氣溫作為設(shè)計水庫的表層水溫和水面氣溫。(2)如選取的典型水庫距離設(shè)計水庫比擬遠(yuǎn)，其氣候和地理條件存在一定差異時，那么可根據(jù)典型水庫的表層水溫與水面氣溫關(guān)系，水面氣溫與岸上氣溫關(guān)系，以及典型水庫岸上氣溫與設(shè)計水庫岸上氣溫等關(guān)系，預(yù)估設(shè)計水庫的表層水溫。5.2.3.3庫底多年平均水溫預(yù)估提示：一般庫底水溫明顯受緯度、水深的影響，故可根據(jù)設(shè)計水庫所處地理位置(經(jīng)緯度)和水深，直接查SDJ21483附圖5.15取得設(shè)計水庫底底多年平均水溫。5.2.3.4水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)的預(yù)測提示：水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)的預(yù)測，視水庫設(shè)計需要而進(jìn)行，預(yù)估的方法有類比法和經(jīng)驗公式法兩種(祥見附錄)。一般要求二種方法同時進(jìn)行計算，經(jīng)綜合分析比擬后確定采用值。5.3水庫下游河道水溫預(yù)估工程水庫放流對下游河道水溫影響的預(yù)估，包括水庫放流影響水溫變化的河流長度和河道年、月平均水溫等二個內(nèi)容。5.3.1水庫放流影響水溫變化的河段長度預(yù)估提示：受水庫放流影響的河段長度一般采用如下兩個公式進(jìn)行預(yù)估，在無其他水源及支流來水影響的河段選用(4)式；當(dāng)有支流來水影響或其他水源匯入時選用(5)式，并經(jīng)綜合比擬分析后，確定取用值。(4)式中：X影響長度，km；C水比熱，J(kgk)；水密度，g/m3；X區(qū)間的平均流速，m/s；DX區(qū)間的河道平均水深，m；△1水庫放流水溫與天然河道水溫之差值，℃。(5)式中：比例系數(shù)，可考慮為10cal/(m2Ks)；比例系數(shù)，可考慮取50cal/(m2Ks)～100cal/(m2Ks);平衡水溫，℃主流水溫，℃；t支流和其他來水的水溫，℃；△2水庫放流水溫與天然河道水溫差，℃。其余符號與(1)式同。5.3.2水庫下游河道年、月平均水溫預(yù)估提示：根據(jù)目前多個水庫的實測水溫資料統(tǒng)計分析，壩下河道水溫與庫內(nèi)15m～20m水深處的水溫變化有著良好的對應(yīng)關(guān)系，由此可見，實際上可以通過對典型水庫庫內(nèi)和壩址下游實測水溫資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，在庫內(nèi)選擇一個合理的代表層水溫，作為壩下水溫的預(yù)估值。對于距離壩址較遠(yuǎn)河段的水溫，那么一般是根據(jù)壩下建庫前、后水溫值，直接代入上述(4)、(5)式計算。對水庫下泄水溫的預(yù)測也可采用圖解法和經(jīng)驗公式法進(jìn)行預(yù)估。(1)圖解法該法假定條件較多，任意性較大，成果因人而異，一般較少采用。(2)經(jīng)驗公式法(亦稱為模型法)(6)式中：T下泄水溫，℃；Q1當(dāng)月平均入流量，m3/s；t1當(dāng)月入流平均水溫，℃；Q2上月庫存計算流量，m3/s；t2上月平均庫水溫，℃。使用本公式時，應(yīng)近似滿足以下條件：水庫水溫呈均勻分布；影響泄水水溫的庫存水量為引水口以上的水量；忽略水汽之間的熱量交換。表2水庫下泄水溫預(yù)估成果表單位：℃項目逐月平均水溫年平均123456789101112設(shè)計水庫天然河道水溫典型水庫移置水溫模型法預(yù)估水溫取用下泄水溫6應(yīng)提供的設(shè)計成果提供的設(shè)計成果，主要是水庫蒸發(fā)和水庫水溫計算報告及附表、附圖等。(1)設(shè)計水庫的蒸發(fā)計算報告。設(shè)計水庫水溫結(jié)構(gòu)預(yù)估報告。

附錄A水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)的預(yù)估設(shè)計人員可根據(jù)工程水庫的具體情況，選擇使用以下提供的工程水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)預(yù)估計算方法和計算成果表格形式。(1)類比法：該法是利用典型水庫表層水溫與各不同水深處的水溫關(guān)系和設(shè)計水庫氣溫與典型水庫氣溫的關(guān)系，推算工程水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)。根本公式： u=TY/T0(A1)式中：u比值系數(shù)；TY水深Y處的月平均水溫，℃；T0水庫外表的月平均水溫，℃。根據(jù)計算的各不同水深處的比值u，繪制水深H-u關(guān)系圖，通過典型水庫外表水溫和氣溫關(guān)系及典型水庫氣溫與設(shè)計水庫氣溫關(guān)系，推求出設(shè)計水庫水溫垂直結(jié)構(gòu)。表A1典型水庫年～年逐月沿水深平均水溫成果表單位：℃水深逐月平均水溫年平均123456789101112表層mm表A2水庫表層逐月平均水溫表單位：℃工程月逐月平均水溫年平均123456789101112典型水庫多年平均氣溫典型水庫多年平均水溫水庫多年平均氣溫