水利计算1

案例一 年调节水库兴利调节计算
要求：根据已给资料推求兴利库容和正常蓄水位。

资料:
(1) 设计代表年(P=75%)径流年内分配、综合用水过程及蒸发损失月分配列于下表1，渗漏损失以相应月库容的1%计。

(2) 水库面积曲线和库容曲线如下表2。

(3) V 死 =300万m 3。

表1 水库来、用水及蒸发资料
(P=75%)
表2 水库特性曲线
1、兴利库容
表3 计入损失的年调节计算表
年.月 来水量W 来(万m 3) 灌溉用
水量W 用(万m 3) W 来-W 用
水库
蓄水量V(万m 3)
月平
均蓄水量V(万m 3) 水库水量损失
考虑损失后的用水量M=W 用+W 损(万m 3) W 来-M
水库
蓄水
量V` 弃水量W 弃
(万m 3) 余水
量(万m 3)
缺水量(万m 3) 蒸发(万m 3) 渗漏 总损失W 损=W 蒸+W 渗(万m3)
余水量(万m 3) 缺水量(万m 3) 标准(%) W 渗(万m 3)
7
3988 1240 2748 3048 1674 75 相应月库容的1%计 17 92 1332 2656 2956 8 4994 2000 2994 4513 3781 79 38 117 2117 2877 4982 851 9 997 543 454 4513 4513 73 45 118 661 336 4982 336 10 474 210 264 4513 4513 32 45 77 287 187 4982 187 11 181 985 -804 3709 4111 15 41 56 1041 -860 4122 12 170 1246 -1076 2633 3171 10 32 42 1288 -1118 3004 1 410 210 200 2833 2733 9 27 36 246 164 3168 2 381 210 171 3004 2919 11 29 40 250 131 3299 3 1273 465 808 3812 3408 24 34 58 523 750 4049 4 428 1980
-1552 2260 3036 49 30 79 2059 -1631 2418
5 404 1650 -124
6 1014 163
7 65 16 81 1731 -1327 1091
6 1126 1840 -714 300 65
7 70 6 76 1916 -790 300
合
计
14826 12579 7639 -5392 512 361 873 13452 7101 -5727 1374
(1)首先不考虑损失，计算各时段的蓄水量如表3第（1）-（7）栏。

(2)考虑水量损失，用列表法进行调节计算如表3第（8）-（16）栏
(3)求水库年调节库容。

由上表可知，水库为两次运用的情况，求的:
在不计损失时：兴利库容V`
兴=4213（万m3）总库容V`
总
=4213+300=4513
（万m3）
在计入损失时：兴利库容V
兴=4682（万m3）总库容V
总
=4682+300=4982
（万m3）
(4）水库蓄水量V`反映水库的蓄、泄水过程。

(5）校核。

由水量平衡方程可得：ΣW
来-ΣW
用
-ΣW
损
-ΣW
弃
=0 表明计算无误。

2、正常蓄水位
由表2可得Z~F曲线和Z~V曲线，作图如下表。

在上一题中，已求得总库容V
总
=4982（万m3），查Z~F曲线和Z~V曲线可得，正常蓄水位Z=866.5m
案例二 水库调洪演算
(1)推求拦洪库容； (2)最大泄流量 qm 及相应时刻； (3)水库最高蓄水位； (4)绘制来水与下泄流量过程线
资料：开敞式溢洪道设计洪水过程线如下表1，水库特征曲线如表2，堰顶高程140m ，相应容305×104m 3，顶宽10m ，流量系数m=1.6，汛期水电站水轮机过水流量QT=5m 3/s ，计算时段△t 采用1h 或0.5h 。

表1 洪水过程线 (P=1%)
时间 t/h 0 1 2 3 4 5 6 7 流量/(m 3/s)
5.0
30.3
55.5
37.5
25.2
15.0
6.7
5.0
表2 水库特性曲线
库水位 H/m 140 140.5 141 141.5 142 142.5
143 库容 /(104m 3) 305
325
350
375
400
425
455
1已知，堰顶高程、相应库容、顶宽和流量系数，则溢洪道下泄流量q 溢=M 1B 32/H 为q 溢关于H 的线性关系式，相关结果如下图：
表3水库q-V 关系曲线计算表
通过表可以得知不同库水位H 、q 和V ，由此绘制q-V 关系曲线，如下图所示。

库水位 H/m 140 140.5 141 141.5 142 142.5 143
溢洪道堰顶水头H(m) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 溢洪道泄量q 溢(m 3/s) 0 5.7 16.0 29.4 45.3 63.2 83.1 发电洞泄量q(m 3/s) 5 5 5 5 5 5 5 总泄流量q(m 3/s) 5 10.7 21.0 34.4 50.3 68.2 88.1 库容 /(104m 3) 305 325 350 375 400 425
455
2、确定调洪的起始条件。

由于本水库溢洪道无闸门控制，因此起调水位亦即防洪限制水位取与堰顶高程齐平，即140m 。

相应库容为305x104m 3，初始下泄流量为发电流量5m 3/s 。

时间t(h) 入库洪水流量Q(m3/s) 时段平均入库流量Q`(m3/s) 时段入库水量Q`Δt(万m3) 下泄流量q(m3/s) 时段平均下泄流量q`(m3/s)
时段下泻水量q`Δt(万m3) 时段内
水库存水量变化ΔV(万m3)
水库存
水量V(万m3)
水库水
位
Z(m)
0 5 5 305 140 1 30.3 17.65 6.35 2.16 3.58 1.29 5.07 310.1 140.19 2 50.5 40.4 14.54 9.23 5.70 2.05 12.49 322.6 140.44 3 37.5 44 15.84 15.7 12.47 4.49 11.35 333.9 140.67 4 25.2 31.35 11.29 18.56 17.13 6.17 5.12 339.0 140.77 5 15 20.1 7.24 18.91 18.74 6.74 0.49 339.5 140.78 6 6.7 10.85 3.91 17.37 18.14 6.53 -2.62 336.9 140.73 7 5 5.85 2.11 15.22 16.30 5.87 -3.76 333.1 140.65
3、计算时段平均入库流量和时段入库水量。

将洪水过程划分时段，取Δt=1h=3600s ，逐栏计算流量和水量。

计算结果如表4第（1）-（4）栏。

4、逐时段试算泄流过程q-t 。

计算结果如表4第（5）栏。

5、计算时段平均下泄流量和时段下泻水量。

将下泄过程划分时段，取Δt=1h=3600s ，逐栏计算流量和水量。

计算结果如表4第（6）和（7）栏
6、由表4第（1）、（2）栏可绘制来水流量过程线Q~t ，第（1）、（5）栏可绘制下泄流量过程线q~t 。

如下图所示。

7、由上图可知，由于第一次取的时间段太大，导致最大下泄流量q 并不在量流量过程线的交点，需重新试算。

在4h 到5h 之间取4.5h 进行试算，得下泄流量在t=4.5h 时，最大下泄流量q max =18.99m 3/s
8、推求拦洪库容和水库最高水位。

由q max =18.99m 3/s 查q-V 曲线，得相应库容为
339.9x104m 3，减去堰顶高程一下的库容305x104m 3
，即为拦洪库容V 拦=34.9x104m3，由Z-V 曲线，可得Zmax=141.9m 。

案例三 小型水电站的水能计算
某以发电喂猪的年调节水电站，其设计枯水年各月来水量如表11-10所示，该水库的兴利库容为110（m3/s ）·月，供水器上有平均水位40m ，下游平均水位20m ，A=7，出力倍比系数C=3.0.每月可按30.4d 计算。

（1） 推求水库供水期和蓄水期的调节流量。

（不计损失） （2） 该水电站保证出力是多少？
（3） 水电站的装机容量是多少（100kW 的倍数）？ （4） 3月份发电量是多少？
表11-10 设计枯水年河流各月平均来水流量表
月份 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 流量/(m 3/s) 70 80 80 20 10 5 5 5 5 5 5 10
1、调节流量的计算。

假定供水器为11月份至来年4月份，供水器6个月的调节流量为：
s m T V W Q P /.35226
110
555555=++++++=
+=
供
兴
供供
此流量与天然流量相比，发现，9、10、和来年5月的天然流量均小于Q P 供，应重新算供水期为10月份至次年5月份，共8个月，则调节流量为：
s m T V W Q P /3208
110
1055555510=++++++++=
+=
供
兴
供供
次流量与9月份的天然来水量相同，所以9月份为不蓄不供期，供水期应为10月份到次年5月份，共8个月，调节流量为20m 3/s.
又设6-8月份为蓄水期，按等流量调节，其调节流量为：
s m T V W Q P /3403
110
808070=-++=
-=
蓄
兴
蓄蓄
2、
月份 天然来水流量(m3/s) 发电用水流量
(m3/s) 用水-来水(m3/s)
月末库容积(m3/s)·月 月平均容积(m3/s)·月 月平
均蓄水位/m
下游水位/m 月平均水头/m 月平均
出力/KW
（+） （-）
6 70 40 30 30 30 40 20 20 5600
7 80 40 40 70 50 40 20 20 5600
8 80 40 40 110 90 40 20 20 5600
9 20 20 0 110 110 40 20 20 2800 10 10 20 -10 100 105 40 20 20 2800 11 5 20 -15 85 92.5 40 20 20 2800 12 5 20 -15 70 77.5 40 20 20 2800 1 5 20 -15 55 62.5 40 20 20 2800 2 5 20 -15 40 47.5 40 20 20 2800 3 5 20 -15 25 32.5 40 20 20 2800 4 5 20 -15 10 17.5 40 20 20 2800 5 10 20 -10 0 5 40 20 20 2800 合计 300 300 42000
由于上、下游水位已经给出，所以直接逐月进行水量平衡计算，求出个月平均蓄水量，查库容曲线得个月平均蓄水量，再算出每月平均水头和平均出力。

供水器的平均出力即为水电站的保证出力：
kW kW N P 28008
28002800280028002800280028002800=+++++++=
也可由N P =A ·Q P ·H P 得N P 一样为2800kW
3、装机容量
由N 装=CN P =3.0×2800=8400kW
取N 装=8400kW ，设21台机组，每台400kW 。