第二讲 水库兴利调节计算

四、库区淹没、浸没和水库淤积 （一）库区淹没、浸没 在河流上建造水库将带来库区的淹没和库区附近土 地的浸没，使库区原有耕地及建筑物被废弃，居民、 工厂和交通线路被迫迁移改建，造成一定的损失。
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淹没通常分为经常性淹没和临时性淹没两类： 经常性淹没区域，一般指正常蓄水位以下的库区； 临时性淹没区域，一般指正常蓄水位以上至校核洪 水位之间的区域。
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三、水库的水量损失 水库建成蓄水后的水量损失，主要包括蒸发损失和渗透损失， 在寒冷地区还有可能有结冰损失。 （一）水库的蒸发损失 计算时段Δt（年、月）水库的蒸发损失：指由陆面面积变为 水面面积所增加的额外蒸发量（以m3计），即
∆ W蒸 = 1000 (E 水 − E陆 )(F库 − f
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（三）防洪限制水位和结 合库容 防洪限制水位：水库在汛 期为兴利蓄水允许达到的 上限水位，又称为汛期限 制水位。 它是在设计条件下，水库 防洪的起调水位。该水位 以上的库容可作为滞蓄洪 水的容积。 若防洪限制水位低于正常 蓄水位，则将这两个水位 之间的水库容积称为结合 库容。 汛期它是防洪库容的一部 分，汛后又可用来兴利蓄 水，成为兴利库容的组成 部分。
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（一）水库面积曲线 绘制：一般可根据 l/10000～l/5000比例尺的库区地形图， 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 成的水库面积(高程的间隔可用l,2或5m)，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， 如图所示。
V渗 = α V库
经验系数法估算渗漏损失：以一年或一月相当于水库蓄水容积 的百分数来估算渗漏损失，即 （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。
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因淹没和浸没而迁移的对象或防护措施都将按规定 标准给予补偿。此补偿费用和水库淹没范围内的各种 资源的损失统称为水库淹没损失，计入水库总投资内。
（二）水库的淤积 建库后，随着库区水位的抬高，水面加宽，水深增大，过水 断面扩大，水力坡降变缓，水流速度减小，降低了水流挟沙能 力，导致大量泥沙在库区沉淀淤积。 1.水库的淤积年限 水库正常工作的年限称为水库寿命，即水库的使用年限。水 库的淤积年限指淤积不影响有效库容和航运的年限，不小于水 库使用年限。 V沙，总 = TV沙，年 2.泥沙淤积量计算 ρ 0 w0 m V沙，年 = 考虑悬移质: (1 − P )γ 考虑悬移质和推移质: (1 + α )ρ 0 w 0 m V 沙，年 = + V塌 (1 − P )γ 式中,T—水库使用寿命；V沙，年—年淤积量；P—空隙率，一般 P=0.3～0.4；Υ— 干容重； m— 沉积率；α─推移质淤积量与 悬移质淤积量之比，一般平原河流α=1％～ 10％，山溪河流 α=15％～30％。V塌─库岸平均年坍塌量，m3/年。
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（六）校核洪水位和调洪 库容 当遇到大坝校核标准洪水 时，水库坝前达到的最高 水位，称为校核洪水位。 它至防洪限制水位间的水 库容积称为调洪库容或校 核调洪库容。 校核洪水位以下的全部水 库容积就是水库的总库容。 设计洪水位或校核洪水位 加上一定数量的风浪高值 和安全超高值，就得到坝 顶高程。
（二）水库容积曲线 绘制：首先将水库面积曲线中的水位分层，其次，自河底向 上逐层计算各相邻高程之间的容积。
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（二）水库容积曲线 假设水库形状为梯形台，则各分层间容积计算公式为： ∆V =(Fi + Fi Fi+1 +Fi+1） ∆Z / 3 ∆V = (Fi + Fi +1 )∆Z / 2 或 式中,△V--相邻高程间库容（m3）; △V--高程间距（m） Fi、Fi+1——相邻两高程的水库水面面积（m2）。
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（二）正常蓄水位和兴利 库容 正常蓄水位：在正常运用 条件下，水库为了满足设 计的兴利要求，在开始供 水时应蓄到的水位。 兴利库容：正常蓄水位到 死水位之间的库容，又称 调节库容或有效库容。 消落深度：正常蓄水位与 死水位之间的深度，又称 为工作深度。 溢洪道无闸门时，正常 蓄水位就是溢洪道堰顶的 高程； 当溢洪道有闸门时，多 数情况下正常蓄水位也就 是闸门关闭时的门顶高程。
第十一章 水库兴利调节计算
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摘
要
兴利调节是水库针对用水部门（如灌溉、发电、 给水、航运等）的需要而进行的调节。在规划设计 阶段，根据水库的来水，在一定的兴利用水和供水 保证率的要求下，经调节计算就可求得水库的兴利 库容。
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第十一章 水库兴利调节计算
目
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（二）水库容积曲线 静库容：在假定入库流量为零时，蓄在水库内的水体为静止 (即流速为零)时，所观察到的水静力平衡条件下的自由水面。 动库容：如有一定入库流量(水流有一定流速)时，静库容相 应的坝前水位水平线以上与洪水的实际水面线之间包含的楔 形库容称为动库容。 动库容曲线：以入库流量为参数的坝前水位与计入动库容的 水库容积之间的关系曲线。 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和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 计水平年和最终稳定情况下的淤积量和淤积形态修正库容曲 线。
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（四）防洪高水位和防洪 库容
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水库遇到下游防护对象的 设计标准洪水时，坝前达 到的最高水位称为防洪高 水位。 该水位至防洪限制水位间 的水库容积称为防洪库容。
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（五）设计洪水位和拦洪 库容 当遇到大坝设计标准洪水 时，水库坝前达到的最高 水位，称为设计洪水位。 它至防洪限制水位间的水 库容积称为拦洪库容或设 计调洪库容。 设计洪水位决定了上游洪 水的淹没范围，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 条件和坝型、枢纽布置等 特点拟定。
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（三）结冰损失 结冰损失：指严寒地区冬季水库水面形成冰盖，随着供水期水 库水位的消落，一部分库周的冰层将暂时滞留于水库周边岸上， 而引起水库蓄水量的临时损失。 这项损失一般不大，可根据结冰期库水位变动范围的面积 及冰层厚度估算。
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)
式中：E水--库区水面蒸发强度（mm）； E陆--库区陆面蒸发强度（mm）； F库--水库平均水面面积（km2）； f-- 建 库 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=103 m3。
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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 式中：E器——水面蒸发皿实测水面蒸发(mm)； α ——水面蒸发皿折算系数，一般为0.65～0.80。 陆面蒸发：尚无较成熟的计算方法，在水库设计中常采用多 年平均降雨量h0和多年平均径流深y0之差，作为陆面蒸发的估 算值。
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录
第一节 水库及其特性 第二节 设计保证率和设计代表年 第三节 径流调节的作用及分类 第四节 径流调节原理 第五节 径流调节时历列表法 小 结
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第一节
水库及其特性
一、水库特性曲线 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。 水库作用：拦蓄洪水，调节河川天然径流和集中落差。 水库类型：河道型、湖泊型。 水库特性曲线：反映水库地形特征的曲线。 水库水位～面积关系曲线，简称为水库面积曲线。 定义：水库面积曲线是指水库蓄水位与相应水面面积的关 系曲线。面积曲线反映了水库地形的特性。 水库水位～容积关系曲线，简称为水库容积曲线。 定义：它是水库面积曲线的积分曲线，即库水位与累积容 积的关系曲线，也称为水库库容曲线。
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二、水库的特征水位及其 相应库容 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。 确定依据：它们是根据河 流的水文条件、坝址的地 形地质条件和各用水部门 的需水要求，通过调节计 算，并从政治、技术、经 济等因素进行全面综合分 析论证来确定的。 这些特征水位和库容各有 其特定的任务和作用，体 现着水库运用和正常工作 的各种特定要求；也是规 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。
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自下而上按
V = ∑ ∆Vi
i =1
n
依次叠加，即可求出各水位对应的库容，
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（二）水库容积曲线 水库总库容的大小是水库最主要指标。通常按此值的大小， 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。 水库容积的计量单位: m3 (m3/s)·Δt 用 (m3/s)·Δt 表示主要是为了能与来水的流量单位直接对 应，便于调节计算。Δt是单位时段，可取月、旬、日、时。 如 1(m3/s)· 月表示 lm3/s 的流量在一个月（每月天数计为 30.4天）的累积总水量，即 l (m3/s)·月＝30.4×24×3600＝2.63×106 m3
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[例] 三峡工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m， 枯季 消落最低水位155m，100年一遇洪水位166.9m，设计洪水 位(1000一遇)175m，校核洪水位180.4m，坝顶高程185m。 总库容393亿m3(175m以下)，兴利库容165亿m3， 防洪库 容221.5亿m3，水库库面面积1084km2。
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第二节 设计保证率和设计代表年 一. 设计保证率的含义 径流调节 : 河川径流的天然变化特性往往与用水部门的需水要 求不相适应，为了解决来用水之间的矛盾，就必须对天然径流 进行人工干预，即将天然径流按用水要求在时间和地区上重新 分配。 对径流调节最有效的工具就是建水库。 为了满足兴利要求，水库的兴利规模V兴应定多大? V兴的大小取决于来水、用水过程的对比。
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（一）死水位和死库容 死水位：水库在正常运用 情况下，允许消落的最低 水位。 死库容：死水位以下的水 库容积。 确定死水位的主要因素： （ 1 ）保证水库有足够的能 发挥正常效用的使用年限 ( 俗称水库寿命 ) ，特别应 考虑部分库容供泥沙淤积。 （ 2 ）保证水电站所需要的 最低水头和自流灌溉必要 的引水高程。 （ 3 ）库区航运和渔业的要 求。
E水 = αE器
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E陆 = h0 − y0
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蒸发资料的选用:蒸发资料充分，应选用与来、用水系列一致 的蒸发损失系列;蒸发资料缺乏时，采用年最大蒸发量，取多 年平均的年内分配。
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（二）渗漏损失 水库的渗漏损失包括： （ l）通过能透水的坝身 ( 如土坝、堆石坝等 ) 的渗漏，以及 闸门、水轮机等的漏水； （2）通过坝基及绕坝两翼的渗漏； （3）通过库底、库周流向较低的透水层的渗漏。