工程水文及水利计算复习总结

余水
8.0 14.2 10.9 59.5
缺水

92.6
17.0
17.9 10.3

41.0

28.2
6.1 12.7 15.8 6.4 58.0
3.3 13.7
120.8
早蓄方案 蓄水 弃水 8.0 22.2 33.1 41.0 51.6 37.7 24.0 41.0 0.9 41.0 10.3 34.9 22.2 6.4 0 62.8
迟蓄方案 蓄水 弃水 0 8.0 0 14.2 0 10.9 29.8 29.7 26.5 12.8 30.7 41.0 34.9 22.2 6.4 0 62.8
第六节

设计保证率及代表期选择
1、定义

多年期间用水部门能保持正常供水不受破坏的机率。

2、表示形式

年保证率 历时保证率
Y总 Y破坏 Y正常 P设 100 % 100 % Y总 1 Y总 1

库容较小，只能调节日内天然流量； 上游水位取日内水位平均值，即死水位和正常蓄水位的平均；
调节计算以日为计算单位；水能计算与无调节相同。
3、年调节水电站水能计算
1）在一个调节年内可分为蓄水期、弃水期、不蓄不供期
和供水期等四个时期；
2）年调节水电站在年内能否保证正常工作，一Байду номын сангаас决定于 供水期； 3）计算时段可取月或旬； 4）时段出力与天然流量和 调节方式有关； 5）水能计算方法： 等流量调节方式
0 ZZ ZZ 设 0
Q～t
QQ
c q～t
qq允 允 a a
Q～t QQ Q Q～t Q～t Q～t Q～t g q～t e V拦 e VV拦 f 调 V防 q～t V防 q～t e d c d c qq允 允 d bb c q～t q允 bb cc q～t b qm qm a qm q m qm a a t Z～t Z～t t
V兴 Q调
P设
P
第九节 水电站水能计算
水能：河流中流动的水流蕴藏的能量
水力发电：利用水能生产电能
水能计算内容： 两个动能指标：保证出力、多年平均发电量 三个设计参数：Z蓄、Z死、N装
一、水能资源开发方式
水能基本要素：流量和落差，开发利用水能资源的方式 表现为集中落差和引用流量。
E N 9 . 81 QH T
工程设计、施 工、管理运行
工程设计指标
第十二章 水库兴利调节计算
第二节 水库特征
一、水库及其特性曲线 1、水库

指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集 水的人工湖泊。 作用：兴利、除害（防洪）

2、水库特性曲线：反映水库地形特征的曲线 水库面积曲线：Z～A 水库容积曲线：Z～V
二、水库特征水位及其相应库容
• 年调节水电站动能指标计算
保证出力（符合P设的供水期平均出力）：
设计枯水年法：该年供水期平均出力。
长系列法：求出各年供水期平均出力；按大小排频，绘 制供水期平均出力保证率曲线；由P设查出。 多年平均发电量(年发电量计算须按装机切头)： 设计中水年法：该年发电量。
丰、中、枯三年法：
E年

E丰 E中 E枯 3
Q
Q～t V防 q～t
q允
qm t0 t1 t2 t3 t
T3 后使水位降到汛限水位, 以迎接下次洪水的到来。
第二节 水库调洪计算原理
一、水库泄洪建筑物及泄流能力分析
无闸自由溢流 表面溢洪道 有闸控制泄流 底孔 泄洪建筑物 深水泄洪洞 隧洞 泄水管等
主讲：马 勇
武汉大学水电学院水文水资源系
2011.10
主要内容
研究方法 （第一章） 资料收集整编 （第三章） 由径流资料推求设计年径流 （第五章） 水文统计 （第四章） 由流量资料推求设计洪水 （第七章） 由暴雨资料推求设计洪水 （第八、九章） 洪水调节计算 （第十四章） 兴利调节计算 （第十三章） 径流形成原理 （第二章）
水电站开发方式：坝式、引水式和混合式。
二、水力发电原理及主要动能指标
水流经引水建筑物进入水轮机，使其旋转，并带动发电
机，便可将水能转变为电能。
在发电过程中伴随各种水头损失和能量损失，水电站实 际出力为：
N 9.81 QH 净
或
ΔH H净 H毛
N AQH 净
则时段T内的发电量为：
E NT AQH 净T
三、不计损失的时历列表法
时段
4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 合计
来水
24.0 31.9 28.0 82.8 16.1 15.8 43.9 27.7 13.7 4.4 1.9 11.3 301.5
用水
16.0 17.7 17.1 23.3 19.4 29.5 26.0 17.4 19.8 17.1 17.7 17.7 238.7
防
Z防 Z限 Z限 00
tt
00 0 ZZ Z ZZZ校 设 防 Z设 Z防 ZZ防 限 Z限 Z限 0 00
• 水库特征水位： 表示水库工程规模及运 用要求的各种库水位。 • 作用： 体现水库运用和正常工 作的各种特定要求，是规划 设计阶段确定主要水工建筑 物尺寸、估算工程投资、效
益的基本依据。
三、水库的水量损失
水库建成蓄水后，由于河流天然状况及库内外水力条
件发生变化，从而引起额外水量损失。主要表现为蒸发损 失和渗漏损失的增加，在寒冷地区还有结冰损失。 蒸发损失：指由陆面面积变为水面面积所增加的额外蒸 发量。 渗漏损失：经验系数法，即年或月的渗漏损失相当于水 库蓄水容积的一定百分数来估算。
时历列表法是最常用的方法之一。
Z Z蓄
Z死 V死 V兴 V
第八节 多年调节水库的调节计算
多年调节水库可能要经过
几个丰水年才能蓄满，所蓄水
量分配在几个连续枯水年份里 用掉。调节周期长达若干年， 而且不是一个常数。 兴利库容的确定有长系列 法和试算法等。

设计保证率、兴利库容与调节流量的关系
P设一定，Q调越大，V兴越大； Q调一定，V兴越大，P设越高； V兴一定，Q调越小，P设越高。
拟定水库调洪方式要考虑：
1）有、无闸门控制； 2）有、无区间来水； 3）是否承担下游防洪任务； 4）是否考虑预报调度等。
B A C
一、水库主要调洪方式类型
1）无下游防洪任务的水库调洪方式
溢洪设施不设闸门
2）有下游防洪任务的水库调洪方式
溢洪设施设闸门

水库距下游防护地点近，区间洪水可忽略：

固定泄流调洪方式 分级控制泄量调洪方式 补偿调洪方式：理想的方式 错峰调洪方式：实际的方式
第四节
一、基本原理
兴利调节计算原理与方法
水库水量平衡。将整个调节周期划分若干计算时段， 逐时段进行水量平衡计算：
V Q q t W 入 W出
计算时段内出库平均流量包括各部门用水量、水量损 失及水库弃水等。
二、库容确定——水库运用分析
水库一次运用 水库在一个调节周期内只有一次连续蓄水、供水情况。 水库二次运用 水库在一个调节周期内连续蓄水、供水两次。 1）V1＞V2，V3＞V4 2）V2＜V3＜V4 3）V2＞V3，V3＜V4 水库多次运用 一个调节周期内连续蓄水、供水多次。 （1）逆时序法 （2）分析法
主要动能指标：NP、E多年
三、水电站水能计算基本方法
1、无调节水电站

水电站在任何时刻出力取决于河道中当时天然流量，而且各时段出 力彼此无关；

上游水位基本维持在正常蓄水位不变；
以日为计算时段；计算资料可用长系列或丰、中、枯三个代表年。 计算方法：分组，绘制日平均出力频率（历时）曲线。
2、日调节水电站
调洪演算：逐时段联立求解 上述两个方程，即可得 q～t、qm、Zm及所需Vm。
第三节 水库调洪计算的试算法
1）确定蓄泄曲线q～V；
2）确定调洪起始条件：起调水位、库容、泄量；
3）试算确定各时段末Vt+1和qt+1及下泄过程q～t：
① 假定qt+1，根据水量平衡方程，求出Vt+1；
② 根据Vt+1，查蓄泄曲线得出库流量q； ③ 若|qt+1-q|≤ε，假定正确，继续下一时段；

h年
E年 N装
2、由于多年平均发电量与装机容量
有关，利用上式，需要试算。
3、该法关键在于如何规定水电站设 计年利用小时数。
装机选择的保证出力倍比法
对有调节能力的水电站，最大工作容量占装机容量比重
较大，而最大工作容量决定于保证出力的大小。因此，N装
与NP有密切关系：
N装 cN P
确定倍比系数c要考虑的因素与确定h年考虑的因素相同， 选择相反。一般在2～4之间选取。
P 历时 正常工作历时 日、旬或月 100 % 运行总历时 日、旬或月 1


3、设计代表年和代表期的选择
第七节 年调节水库兴利库容的确定
根据兴利用水要求确定必需的兴利库容，进而确定正常 蓄水位，是水库规划的重要内容之一。 确定年调节水库兴利库容的方法主要有详细计算的长系 列法和简化计算的代表年法。
流量Q
Q～t Qm qm t0 t1 Z～t q～t t2 时间t
水位Z
t2 t0 t1 时间t
• 有闸溢洪道水库调洪作用
汛限水位开始，这时溢洪道 有相当泄洪能力。 t0～t1：闸门控制，来多少 泄多少。直到闸门全开。 t1～t2: 按泄流能力，但小 于下游安全泄量。 t2～t3：泄流能力大于安全 泄量，逐渐关闭闸门以安全 泄量下泄。 t3：入库流量等于安全泄量， 库水位最高。
溢洪道泄洪能力：q M 1 BH 13 / 2
1/ 2 泄洪洞泄洪能力：q M 2 H 2
q f Z
二、水库调洪计算原理
水库水量平衡方程：
Qt Qt 1 qt qt 1 t t Vt 1 Vt 2 2
水库蓄泄方程（泄流曲线）：
q f H f Z f V
装机容量：水电站所有机组额定容量的总和，是水电站主要 参数之一。 装机容量组成： 装机容量
必需容量 重复容量
最大工作容量 负荷备用容量 备用容量 事故备用容量 检修备用容量
装机容量选择：多方案论证，综合分析确定。 装机容量年利用小时数法、保证出力倍比法
装机选择的年利用小时数法
1、水电站多年平均发电量除以装机容量，得机组多年平均 的年利用小时数：
长系列法：各年发电量的平均值。
4、多年调节水电站水能计算
水库能进行年际间水量调配，使电站在连续枯水年组内
得到相同的平均出力和发电量。
保证出力为符合P设要求的连续枯水年组的平均出力。
水能计算与年调节类似。
保证出力：设计枯水年组法 多年平均发电量： 长系列法 设计中水年组法等
四、水电站装机容量的选择
第十四章 水库防洪计算
第一节 水库调洪概述
洪水调节目的：削峰以保障河道防洪及保证建筑物安全。
调洪作用：滞洪、蓄洪、错峰
防洪保护区 水库
A
C
未控区间
B
• 无闸溢洪道水库调洪作用
• t0：洪水来临时，库水位在堰 顶高程。洪水刚入库时，泄流 量为0。 • t0～t1：入库流量大于下泄流量， 库水位不断上升，相应下泄流 量也增加。 • t1：入库流量与溢洪道下泄流 量相等，水位最高, 泄流量最 大。 • t1～t2：入库流量小于下泄流 量, 库水位不断下降。 • t2：库水位下降到堰顶高程， 本次调洪结束。
否则，重新假设qt+1=(qt+1+q)/2，返回①。
4）试算或图解确定qm； 5）确定最大库容Vm和最高洪水位Zm。
第四节、水库调洪方式及特征水位选择
调洪方式：根据水库自身和下游防洪要求，对一场洪水
进行调度时，利用泄洪设施泄放流量的时程变化形
式，也称泄洪方式或防洪调度方式，即制定的调洪 规则。如闸门启闭和非常泄洪设施启用等规则。
等出力调节方式
• 等流量调节方式的水能计算方法
试算确定供、蓄水期引用流量；
Q供调 W供 V兴 T供 Q蓄调 W蓄 V兴 T蓄
从蓄水期死水位开始，逐时段计算时段末蓄水量； 计算时段平均蓄水量； 查库容曲线，求得上游平均水位Z上； 根据时段引用流量，查下游水位流量关系曲线，得下游平 均水位Z下； 计算时段平均净水头H=Z上-Z下-⊿H； 计算时段出力、发电量； 计算动能指标。

水库距下游防护地点远，区间洪水不忽略：

预报预泄调洪方式 3）确保水库安全的调洪方式

二、水库防洪特征值的确定
下游标准洪水：q～V、qm、Z防、V防 设计标准洪水：q～V、qm、Z设、V拦 校核标准洪水：q～V、qm、Z校、V调
Q V防 q允 a 0 Z Z防 Z限 0 t Z～t b qm t