水库兴利调节计算

第十一章 水库兴利调节第一节 水库及其特性一、水库特性曲线水库就是指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水得人工湖泊。

水库得作用就是拦蓄洪水,调节河川天然径流与集中落差。

一般地说,坝筑得越高,水库得容积(简称库容)就越大。

但在不同得河流上,即使坝高相同，其库容相差也很大，这主要就是因为库区内得地形不同造成得。

如库区内地形开阔,则库容较大;如为一峡谷,则库容较小。

此外,河流得坡降对库容大小也有影响，坡降小得库容较大,坡降大得库容较小。

根据库区河谷形状,水库有河道型与湖泊型两种。

一般把用来反映水库地形特征得曲线称为水库特性曲线。

它包括水库水位~面积关系曲线与水库水位~容积关系曲线,简称为水库面积曲线与水库容积曲线,就是最主要得水库特性资料。

(一)水库面积曲线水库面积曲线就是指水库蓄水位与相应水面面积得关系曲线。

水库得水面面积随水位得变化而变化。

库区形状与河道坡度不同,水库水位与水面面积得关系也不尽相同。

面积曲线反映了水库地形得特性。

绘制水库面积曲线时,一般可根据 l/10 000～ l/50 ０0比例尺得库区地形图,用求积仪(或按比例尺数方格)计算不同等高线与坝轴线所围成得水库得面积（高程得间隔可用 l,2或5 m)，然后以水位为纵座标，以水库面积为横坐标，点绘出水位~面积关系曲线,如图２-１所示。

图2-1 水库面积特性曲线绘法示意(二)水库容积曲线水库容积曲线也称为水库库容曲线。

它就是水库面积曲线得积分曲线,即库水位与累积容积得关系曲线。

其绘制方法就是:首先将水库面积曲线中得水位分层,其次,自河底向上逐层计算各相邻高程之间得容积。

Z (m )１２△△0水面面积（１06 m２)水库容积(10６ｍ3)图2-2水库容积特性与面积特性1-水库面积特性；２－水库容积特性假设水库形状为梯形台,则各分层间容积计算公式为:(2-１）式中:——相邻高程间库容（m3)；、——相邻两高程得水库水面面积(m2）;——高程间距（ｍ)。

或用较精确公式：(2－２）然后自下而上按(2－３）依次叠加,即可求出各水库水位对应得库容,从而绘出水库库容曲线。

水库总库容得大小就是水库最主要指标。

通常按此值得大小,把水库划分为下列五级：大Ⅰ型——大于l0亿m3；大Ⅱ型——l~1０亿m3;中型——0、1~l亿m３；小Ⅰ型——0、01~０、1亿m３;小Ⅱ型——小于0、01亿ｍ３。

水库容积得计量单位除了用m3表示外,在生产中为了能与来水得流量单位直接对应,便于调节计算,水库容积得计量单位常采用(m3/s)·Δ表示。

Δ就是单位时段,可取月、旬、日、时。

如1表示l得流量在一个月(每月天数计为３0、4天)得累积总水量，即l =30、4×２4×3600＝2、63×106 m３前面所讨论得水库特性曲线,均建立在假定入库流量为零时，水库水面就是水平得基础上绘制得。

这就是蓄在水库内得水体为静止（即流速为零)时,所观察到得水静力平衡条件下得自由水面,故称这种库容为静水库容。

如有一定入库流量（水流有一定流速）时,则水库水面从坝址起沿程上溯得回水曲线并非水平,越近上游,水面越上翘,直到入库端与天然水面相交为止。

因此,相应于坝址上游某一水位得水库库容,实际上要比静库容大,其超出部分如图2－3中斜影线所示。

静库容相应得坝前水位水平线以上与洪水得实际水面线之间包含得楔形库容称为动库容。

以入库流量为参数得坝前水位与计入动库容得水库容积之间得关系曲线,称为动库容曲线。

一般情况下,按静库容进行径流调节计算，精度已能满足要求。

但在需详细研究水库回水淹没与浸没问题或梯级水库衔接情况时应考虑回水影响。

对于多沙河流,泥沙淤积对库容有较大影响，应按相应设计水平年与最终稳定情况下得淤积量与淤积形态修正库容曲线。

二、水库得特征水位及其相应库容表示水库工程规模及运用要求得各种库水位,称为水库特征水位。

它们就是根据河流得水文条件、坝址得地形地质条件与各用水部门得需水要求，通过调节计算,并从政治、技术、经济等因素进行全面综合分析论证来确定得。

这些特征水位与库容各有其特定得任务与作用,体现着水库运用与正常工作得各种特定要求。

它们也就是规划设计阶段,确定主要水工建筑物尺寸（如坝高与溢洪道大小),估算工程投资、效益得基本依据。

这些特征水位与相应得库容,通常有下列几种,分别标在图2-3中。

（一）死水位与死库容水库在正常运用情况下，允许消落得最低水位,称为死水位。

死水位以下得水库容积称为死库容。

水库正常运行时蓄水位一般不能低于死水位。

除非特殊干旱年份,为保证紧要用水，或其她特殊情况,如战备、地震等要求,经慎重研究,才允许临时泄放或动用死库容中得部分存水。

确定死水位应考虑得主要因素就是：(１)保证水库有足够得能发挥正常效用得使用年限(俗称水库寿命),特别应考虑部分库容供泥沙淤积。

(２)保证水电站所需要得最低水头与自流灌溉必要得引水高程。

(３)库区航运与渔业得要求。

(二)正常蓄水位与兴利库容在正常运用条件下,水库为了满足设计得兴利要求，在开始供水时应蓄到得水位,称为正常蓄水位,又称正常高水位。

正常蓄水位到死水位之间得库容,就是水库可用于兴利径流调节得库容,称为兴利库容,又称调节库容或有效库容。

正常蓄水位与死水位之间得深度,称为消落深度或工作深度。

溢洪道无闸门时,正常蓄水位就就是溢洪道堰顶得高程;当溢洪道有操作闸门时,多数情况下正常蓄水位也就就是闸门关闭时得门顶高程。

正常蓄水位就是水库最重要得特征水位之一，它就是一个重要得设计数据。

因为它直接关系到一些主要水工建筑物得尺寸、投资、淹没、综合利用效益及其她工作指标;大坝得结构设计、强度与稳定性计算，也主要以它为依据。

因此,大中型水库正常蓄水位得选择就是一个重要问题,往往牵涉到技术、经济、政治、社会、环境等方面得影响,需要全面考虑,综合分析确定。

图２-3 水库特征水位及其相应库容示意图(三)防洪限制水位与结合库容水库在汛期为兴利蓄水允许达到得上限水位称为防洪限制水位,又称为汛期限制水位,或简称为汛限水位。

它就是在设计条件下，水库防洪得起调水位。

该水位以上得库容可作为滞蓄洪水得容积。

当出现洪水时，才允许水库水位超过该水位。

一旦洪水消退,应尽快使水库水位回落到防洪限制水位。

兴建水库后,为了汛期安全泄洪与减少泄洪设备,常要求有一部分库容作为拦蓄洪水与削减洪峰之用。

防洪限制水位或就是低于正常蓄水位,或就是与正常蓄水位齐平。

若防洪限制水位低于正常蓄水位,则将这两个水位之间得水库容积称为结合库容，也称共用库容或重叠库容。

汛期它就是防洪库容得一部分,汛后又可用来兴利蓄水,成为兴利库容得组成部分。

若汛期洪水有明显得季节性变化规律,经论证，对主汛期与非主汛期可分别采用不同得防洪限制水位。

(四)防洪高水位与防洪库容水库遇到下游防护对象得设计标准洪水时,坝前达到得最高水位称为防洪高水位。

该水位至防洪限制水位间得水库容积称为防洪库容。

(五）设计洪水位与拦洪库容当遇到大坝设计标准洪水时,水库坝前达到得最高水位,称为设计洪水位。

它至防洪限制水位间得水库容积称为拦洪库容或设计调洪库容。

设计洪水位就是水库得重要参数之一,它决定了设计洪水情况下得上游洪水淹没范围，它同时又与泄洪建筑物尺寸、类型有关;而泄洪设备类型(包括溢流堰、泄洪孔、泄洪隧洞)则应根据地形、地质条件与坝型、枢纽布置等特点拟定。

(六）校核洪水位与调洪库容当遇到大坝校核标准洪水时，水库坝前达到得最高水位，称为校核洪水位。

它至防洪限制水位间得水库容积称为调洪库容或校核调洪库容。

校核洪水位以下得全部水库容积就就是水库得总库容。

设计洪水位或校核洪水位加上一定数量得风浪高值与安全超高值,就得到坝顶高程。

三、水库得水量损失水库建成蓄水后,因改变河流天然状况及库内外水力条件而引起额外得水量损失,主要包括蒸发损失与渗透损失,在寒冷地区还有可能有结冰损失。

(一)水库得蒸发损失水库蓄水后，使库区形成广阔水面,原有得陆面蒸发变为水面蒸发。

由于流入水库得径流资料就是根据建库前坝址附近观测资料整编得出,其中已计入陆面蒸发部分。

因此，计算时段Δt(年、月)水库得蒸发损失就是指由陆面面积变为水面面积所增加得额外蒸发量(以m3计），即(２-4）式中：——计算时段Δ内库区水面蒸发强度,以水层深度(mｍ)计;——计算时段Δ内库区陆面蒸发强度,以水层深度(mm)计；——计算时段Δ内水库平均水面面积(ｋm2);——建库以前库区原有天然河道水面及湖泊水面面积(km２);1００0——单位换算系数,1mｍ•ｋm2＝１0６/10３m3=103 m3。

水库水面蒸发可根据水库附近蒸发站或气象站蒸发资料折算成自然水面蒸发,即(2-５)式中:——水面蒸发皿实测水面蒸发(mｍ);——水面蒸发皿折算系数,一般为0、65~0、80。

陆面蒸发,尚无较成熟得计算方法,在水库设计中常采用多年平均降雨量与多年平均径流深之差,作为陆面蒸发得估算值。

（2－6) (二)渗漏损失建库之后,由于水库蓄水,水位抬高,水压力得增大改变了库区周围地下水得流动状态,因而产生了水库得渗漏损失。

水库得渗漏损失主要包括下面几个方面:(l）通过能透水得坝身（如土坝、堆石坝等）得渗漏，以及闸门、水轮机等得漏水;（2)通过坝基及绕坝两翼得渗漏;(３)通过库底、库周流向较低得透水层得渗漏。

一般可按渗漏理论得达西公式估算渗漏得损失量。

计算时所需得数据(如渗漏系数、渗径长度等)必须根据库区及坝址得水文地质、地形、水工建筑物得型式等条件来决定,而这些地质条件及渗流运动均较复杂，往往难以用理论计算得方法获得较好得成果。

因此,在生产实际中,常根据水文地质情况,定出一些经验性得数据,作为初步估算渗漏损失得依据。

若以一年或一月得渗漏损失相当于水库蓄水容积得一定百分数来估算时,则采用如下数值: (l)水文地质条件优良(指库床为不渗水层,地下水面与库面接近),0～10%/年或0～1%／月。

(2）透水性条件中等,１0%~20%/年或１%～1、5%／月。

(3)水文地质条件较差,２0％~4０%/年或１、5％～3%/月。

在水库运行得最初几年，渗漏损失往往较大（大于上述经验数据）,因为初蓄时,为了湿润土壤及抬高地下水位需要额外损失水量。

水库运行多年之后，因为库床泥沙颗粒间得空隙逐渐被水内细泥或粘土淤塞，渗漏系数变小，同时库岸四周地下水位逐渐抬高,渗漏量减少。

（三）结冰损失结冰损失就是指严寒地区冬季水库水面形成冰盖,随着供水期水库水位得消落,一部分库周得冰层将暂时滞留于库周边岸,而引起水库蓄水量得临时损失。

这项损失一般不大,可根据结冰期库水位变动范围得面积及冰层厚度估算。

四、库区淹没、浸没与水库淤积(一）库区淹没、浸没在河流上建造水库将带来库区得淹没与库区附近土地得浸没,使库区原有耕地及建筑物被废弃,居民、工厂与交通线路被迫迁移改建，造成一定得损失。