水利水能规划课件-第二章兴利调节复习进程
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水利水能规划-课件——总复习
投资利润率
项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利润总额与项 目投资的比率
年利润总额=年收入－年成本－销售税金附加
投资利税率
项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利税总额与项 目总投资的比率
年利税总额=年收入－年成本+增值税
2019/10/2
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水能计算的目的与内容
多年平均年发电量是指水电站在多年工作 时期内，平均每年所能生产的电能量
2019/10/2
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电力系统及其用户特性
电力系统
若干个电站及用户之间用输电线路联结成为一 个共同的电力网
包括发电厂、变电站、输电中、电力用户
用户特性
工业用电 农业用电 市政用电 交通运输用电
投资回收期（Pt）
t1
项目的净收益抵偿全部投资所需要的时间Pt
财务净现值（FNPV）
(CICO)t 0
t1
按行业的基准收益率或设定的折现率，将项目计算期内各年净现
金大流于量或折等现于到零建的设建期 设初 项的 目在现财值务之上和是可F行N 的 P t n V 1(C IC)O t(1ic)t
多年期间正常工作历时（日、旬、月）占总历时的 百分比
径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用 水部分采用
P'正 运常 行工 总 (日 (作 日 年 、 历 、 数 旬 时 旬 )) 、 1 、 0% 月 0 月
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兴利调节计算
径流调节计算的基本依据 ——水量平衡原理 W 末W 初 W 入 W 出
我国的水资源和水能资源
水利水能规划-课件——总复习
流动性 多用途性 公共性 永续性 利与害的两重性
我国的水资源和水能资源
我国水资源的分布特点
地区分布不均匀 年内分布不均匀 年际变化大
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除水害 兴水利
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水资源的综合利用
水力发电
——只利用水并不消耗水量
灌溉
——消耗大量水量，用水年内变化大，有季节性
W 入 W 出 W 末 W 初 W ( 或 V )
水库兴利调节计算的课题
根据用水要求，确定兴利库容——时历列表法 根据兴利库容，确定设计保证率条件下的供水水
平（调节流量） 根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程
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多年调节计算
2019/11/26
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校核洪水位
设计洪水位 防洪高水位
正常蓄水位 防洪限制水位
死水位
坝顶高程
防洪库容
调洪库容
结合库容 重叠库容
兴利库容
总库容
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死库容
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水库的水量损失
蒸发损失
W 蒸 (h水 h陆 )F (库 f)
渗漏损失
通过坝身及水工建筑物止水不严实处的渗漏损 失
航运
——不消耗水量，要求有一定的水深
给水
——用水较均匀
防洪
——要求水库蓄水，以调节径流
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水力发电
基本原理
E 1 231.6 1H 1 7 2 Q 9 t.8H 1 1 2 Q (ktW h )
水利水能规划总复习 (1)
估算：
Ny
E hy
hy = 3500 ~ 4500 h（年调节）。 多年平均发电量用下式估算：
E 8760N 8760AQ电 H 8760A(利Q)H
或：
E
0.00272W
电
H
0.00272
A 9.81
(利W
)H
式中： Q,W ：坝址断面多年平均流量和多年平均径 流量；
η利 ：水量利用系数，年调节取0.8 ~ 0.9 （季 调节取0.7 ~ 0.8）；
Z (V)
Z限
Z设
④
③
Z蓄
③ ①
③①
②
Z死
t
Ⅰ区：保证出力区或正常
供水区
Z (V)
N N P QH QHP
Ⅱ区：最大出力区或最大 供水区
N N y QH QP
Ⅴ
Z限 Ⅱ
③①
Ⅲ
Ⅲ区：加大出力区或加大供水区
Z设
④
Ⅱ③Ⅲ
Z蓄
Ⅰ
Ⅲ ③Ⅱ ①
②
Ⅳ
Z死
t
N P N N y QHP QH QP
故调节流量为 34.5 m3/s 三回运用，供水期 6 个月
② 保证出力：
N P AQH H 8.0 (34.5 0.5) 75.0 (1 0.05) 19380kW
保证电能：
EP N P T供 730 19380 6 730 8848.44万kW h
Z蓄
E供max
E供
h消 h消
E供 E不蓄 E库蓄
h消 ~ E供
具体步骤： Z蓄 已定，拟定一组 h消 （或Z死 ）
水利水能规划(兴利调节)教学教材
2020年3月17日11时52分
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2.6兴利调节时历列表法 一、根据用水要求确定兴利库容
计算时段内进出水库的水量差，等于水库蓄水量 的变化。
V (Q q)t
♣ 时历列表法调节计算的水量平衡公式如下：
V月初+W来-W用-W损-W弃=V月末
式中：V月初为水库月初库容；W来为水库本月来水量；W用 为本月各用水户的用水量；W损为水库本月蒸发和渗漏损失 水量；W弃为水库本月弃水量；V月末为水库月末库容。 ♣ 根据上述水量平衡公式，以月为计算时段计算水库逐年 净调节水量，对年净调节水量系列进行排序，经频率分析 计算求得不同保证率的可供水量。
2．对于兴利调节，可解决以下三类课题: Ж(1)根据用水要求，确定兴利库容。 Ж(2)根据兴利库容，确定设计保证率条件 下的供水水平（调节流量）； Ж(3)根据兴利库容及水库操作方案，求解 水库运用过程。
2020年3月17日11时52分
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2.6 兴利调节时历列表法
一、根据用水要求（调节流量） 确定兴利库容 二、根据兴利库容确定调节流量 三、根据既定兴利库容和水库操 作方案推求水库运用过程
Ю 数理统计法是应用径流频率特性，按概率论原理 进行调节计算，所得成果是以调节水量(调节流 量)、多余或不足水量以及水库蓄水等的频率形 式给出。数理统计法常用于多年调节水库的计算。
2020年3月17日11时52分
8
2.5径流调节原理
Ω 两类方法的基本原理都是水量平衡。 对某一时段Δt，水库中水量的平衡方程为：
✓为拟建的水利水电工程选定一个合理的工作保证 率，以便为水利水电工程规划设计提供依据，这 一保证程度，通常以正常用水保证率或设计正常
用水保证率表示，简称设计保证率，P设。
水能规划-第二章水库兴利调节与计算
年限计算确定。
相应的水位就是死水位。
估算方法：假定河流中携带的泥沙有一部分
沉积在水库中，而且水库泥沙淤积呈水平状。
第二章 > 第五节 水库设计死水位的选择
三、保证水电站最低水头要求 死水位决定水电站的最低水头。死水位愈 高，电站出力愈大。同时死水位过高，会减少
水库的兴利库容，降低水库的调节能力。
第二章 > 第五节 水库设计死水位的选择
9.求得库容后，再从蓄水期开始时刻3月初的死库容 用同样的方法进行逐时段的水量平衡计算，得水库 每月的调节水量。本例中到6月底水库蓄满并有弃水。
第二章 > 第六节 年调节水库兴利调节计算
考虑损失的列表法年调节计算
①年径流量和需用水量一定时，V兴主要取决 于径流年内分配情况，分配愈不均匀，需要的V兴 愈大。
第二章 > 第三节 水库兴利设计保证率
⑵灌溉设计保证率 根据灌区水、土资源情况，作物组成， 气象与水文条件，水库调节性能，国家对当 地农业生产的要求，以及地区工程建设和经 济条件等因素确定。
第二章 > 第三节 水库兴利设计保证率
⑶供水设计保证率 对有两个以上的水源的情况，当任一 水源停水时，其余水源应满足消防和生产 紧急用水外，尚须保证供应一定数量的生 活用水。
2.首先假定一个2月初的水库蓄水量；
3.分别计算水库月平均蓄水量和水库月平均面积；
4.计算蒸发损失量：
月蒸发强度 月水库平均面积 2 Q蒸 (m / s) 时间
第二章 > 第六节 年调节水库兴利调节计算
5.根据地质情况取一定百分比的水库月平均蓄水量为水库的 渗漏量；
6.对该时段进行水量平衡计算，求2月初的水库蓄水量：
干流
支流
水能规划演示文稿2
四、水库的淤积（sedimentation） 1. 淤积的形成 2. 水库淤积的危害 （1）减短水库寿命。 （2）增加了淹没、浸没损失。 （3）造成水轮机磨损或渠系淤积。 （4）使水库水质受到污染。 （5）增加水库管理运用的困难。
3. 水库淤积简算法
V悬移= （1－P）γ ρ0W0m V推移=βV悬移
h陆 ：可用多年平均降水
量 减 去 多年 平 均 年径流 量 来 估 算， 或 据 陆面蒸 发等值线图查得。
2. 渗漏损失（seepage loss） 渗漏损失的主要途径: （1）坝身渗漏 （2）坝基渗漏 （3）库床渗漏 W渗= k W蓄
W渗——计算时段内水库的渗漏损失（m3）； W蓄——计算时段内水库平均蓄水量（m3）； k——系数，与库床的地质条件有关。 3. 结冰损失 可按结冰期始末水库蓄水面积之差乘以 平均结冰厚的0.9倍估算。
365 时间 t/d
不完全年调节 完全年调节 库容系数：β=V兴/ W年
V兴—兴利库容
β≥30%多属多年调节 8%＜ 均年径流量
β ＜ 8%多属日调节
第三节 设 计 保 证 率（design guarantee
一、工作保证率的含义及其表示形式
ratio）
1.工作保证率的含义 工作保证率指多年期间用水部门正常工作得到 的保证程度。 2.工作保证率的表示形式 （1）年保证率P年
在8%~30%之间，故为年调节水库。
②假设供水期为11月~6月， 月份
3
7
8
9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 4 8 7 6 4
月平均流量（m /s）30 50 25 10 8 6 4 则T供=8个月， W供天=（8+6+4+4+8+7+6+4）×1=47 （m3/s · 月） W供天＋V兴 47＋120×106/（2.63 ×106 ） Q供 = = T供 8
第二章 兴利调节
二、设计保证率的选择
• 水利水电工程设计保证率的选择是复杂的技术经
济问题。设计保证率选得过低，正常工作遭受破坏 的机率加大，给国民经济造成严重损失。相反，设 计保证率选得过高，虽可减轻正常工作破坏带来的 损失，将使工程投资和其他费用增加，或不得不减 小工程的效益。 • 所以，设计保证率应通过技术经济计算，并综合 分析确定。 • 由于设计保证率的选择较复杂，涉及因素多，难 以全用货币表示，计算困难，有待研究。 • 工程实际上是根据经验，参照规范，综合分析确 定。
第三节 设计保证率
一、工作保证率和设计保证率 • 工作保证率：水利水电部门的正常工 作的保证程度。 1、年保证率
正常工作年数
P = ——————— ×100%
运行总年数
运行总年数–工作遭破坏年数 = ——————————————— ×100% 运行总年数 （2-10）
2、历时保证率
正常工作历时（日、旬或月） P'= —————————————×100% 运行总历时（日、旬或月） （2-11）
二、按水库任务分类 • • 1、单一任务径流调节； 2、综合利用径流调节。 三、按供水方式分类 • 1、固定供水 按固定要求供水，与来、蓄 水量无关。 • 2、变动供水 随蓄水量和用水量而变动。
四、其他分类
• 1、反调节 下游水库按需水过程，对上游 水库泄流的再调节。 • 2、单一水库补偿调节 水库与水库下游区间 来水互相补偿，以满足用水要求的调节。 • 3、水库群补偿调节 水库间互相进行水文补 偿，库容补偿，电力补偿，共同满足系统用 水用电的调节。
第一节 水库特性
一、水库面积特性和容积特性 1、水库面积特性 指水库水位与水面面积的关系曲线。[见图2-1]
2、水库容积特性 指水库水位与容积的关系曲线。 [见图22] 可由水库面积特性 推算绘制。两相邻等 高线间的水层容积：
第二章 兴利调节(1-4)
来水 水
1
时间（月）
12
（a）完全年调节
1
时间（月）
12
（b）不完全年调节
§2.2 兴利调节分类
0～1.0 1.0～1.5 1.5～3.0
3、结冰损失
按结冰期库水位变动范围内库面面积之差乘以0.9倍 平均结冰厚度估算。
§2.1 水库特性
四、 水库淤积
水库使用T年后的淤沙总容积V沙，总。
V沙，总＝TV沙，年
其中
V沙，年＝
(1
0W0 m
p)
式中 T----水库正常使用年限。小水库20～30年；中 型水库50年；大型水库50～100年； V沙，年----多年平均淤沙容积（m3/年）；
ρ0----多年平均含沙量（kg/m3）; W0----多年平均年径流量（m3）; m----库中泥沙沉积率（％）; p---- 淤积体的孔隙率（0.3 ～ 0.4）;
γ---- 泥沙颗粒的干容重（kg/m3）;
§2.1 水库特性
五、 水库淹没
水库淹没损失是一项重要的技术经济指标，有时会占 总投资的40％～50％。
（1）水库面积特性指水库水位与相应水面面积的 关系曲线。
（2）水库的水面面积：库区内某一水位高程的等 高线和坝轴线所包括的面积。
§2.1 水库特性
一、水库面积特性和容积特性
1、水库面积特性
干 流
坝
轴
500
线
505 510 515
§2.1 水库特性
1、水库面积特性
高程 数方格、求积仪等
Z(m)
水位（m）
500 505 510 515 …
面积（万m2）
1.58 4.51 9.56 11.87 …
第二章 兴利调节(水利水能规划)讲解
（一）设计枯水系列
T 破 = n - P设（n + 1） 在实测资料中选出最严重的连续枯水年组，从该年组最末一年起逆 时序扣除允许破坏年数T破，余下的即为所选的设计枯水系列。
（二）设计中水系列
代表中等来水条件下的平均兴利情况
①系列连续径流资料至少要有一个以上完整的循环； ②系列年径流均值应等于或接近于多年平均值； ③系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系与长系列大
径流，提高枯水时的供水量或水电站出力。
水库消落深度（工作深度）：正常蓄水位与死水位的高程差。
（三）防洪限制水位（Z限） 防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。它是水库汛
期防洪运用时的起调水位。根据洪水特性和防洪要求，对汛期不同时期分
段拟定，把Z限定在Z蓄以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合，从而减
在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库容和兴利库容有完全 重叠、部分重叠、不重叠（防洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程）
三种形式。
图2-3
图2-4
（五）设计洪水位（Z设洪）和拦洪库容（V拦）
设计洪水位:水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它
是正常运用情况下允许达到的最高库水位，也是挡水建筑物稳定计算的主 要依据。
4、防止或减轻水库淤积的措施
a.做好上游水上保持工作。 b.中小型水库采用长藤结瓜式工程布局。 c.在坝底修建断面较大的底孔，或在坝旁建高程较低的泄洪隧洞。 d.建深水式拦河闸代替拦河坝。 e.大型水库采取蓄清排沙方式运行
五、水库的淹没和浸没
抬高地下水位， 树木死亡、旱田 作物受涝 水库蓄水后，淹没土地、 森林、村镇、交通、电 力和通讯设施及文物古 迹，城市建筑物 2 3
T 破 = n - P设（n + 1） 在实测资料中选出最严重的连续枯水年组，从该年组最末一年起逆 时序扣除允许破坏年数T破，余下的即为所选的设计枯水系列。
（二）设计中水系列
代表中等来水条件下的平均兴利情况
①系列连续径流资料至少要有一个以上完整的循环； ②系列年径流均值应等于或接近于多年平均值； ③系列应包括枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系与长系列大
径流，提高枯水时的供水量或水电站出力。
水库消落深度（工作深度）：正常蓄水位与死水位的高程差。
（三）防洪限制水位（Z限） 防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。它是水库汛
期防洪运用时的起调水位。根据洪水特性和防洪要求，对汛期不同时期分
段拟定，把Z限定在Z蓄以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合，从而减
在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库容和兴利库容有完全 重叠、部分重叠、不重叠（防洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程）
三种形式。
图2-3
图2-4
（五）设计洪水位（Z设洪）和拦洪库容（V拦）
设计洪水位:水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它
是正常运用情况下允许达到的最高库水位，也是挡水建筑物稳定计算的主 要依据。
4、防止或减轻水库淤积的措施
a.做好上游水上保持工作。 b.中小型水库采用长藤结瓜式工程布局。 c.在坝底修建断面较大的底孔，或在坝旁建高程较低的泄洪隧洞。 d.建深水式拦河闸代替拦河坝。 e.大型水库采取蓄清排沙方式运行
五、水库的淹没和浸没
抬高地下水位， 树木死亡、旱田 作物受涝 水库蓄水后，淹没土地、 森林、村镇、交通、电 力和通讯设施及文物古 迹，城市建筑物 2 3
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有效库容：核洪水位与死水位之间的库容。
V总＝V死＋V兴＋V调洪－V共。 V效＝V总－V死＝V兴＋V调洪－V共。
按总 库容 把水 库划 分为 五级
大Ⅰ型——大于10亿m3； 大Ⅱ型——1～10亿m3； 中 型——0.1～1亿m3； 小Ⅰ型——0.01～0.1 亿m3； 小Ⅱ型——小于0.01 亿m3。
（二）正常蓄水位（Z蓄）和兴利库容（V兴） 正常蓄水位：水库在正常运用情况下，为满足设计 兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位。又称正常 高水位或设计兴利水位。它决定水库的规模、效益和 调节方式。
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水利水能规划
第二章 兴利调节
兴利库容（调节库容）：正常蓄水位与死水位间 的库容，用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电 站出力。
水利水能规划
第二章 兴利调节
➢ 第一节 水库特性 ➢ 第二节 兴利调节分类 ➢ 第三节 设计保证率 ➢ 第四节 设计代表期 ➢ 第五节 兴利调节计算 ➢ 第六节 兴利调节时历列表法 ➢ 第七节 兴利调节时历图解法 ➢ 第八节 多年调节的概率法
*
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水利水能规划
第二章 兴利调节
其中：W蒸——一年内水库的蒸发损失量，m3；
E水——一年内水——水库计算面积，km2，即水库实际水面面积与建库
前水面面积之差。
(2)渗漏损失
坝身、闸门、库底及库岸四周向外渗漏，其渗漏量的大 小决定于库区、坝址的地质及水文地质条件与施工质量。其 值可根据水文地质条件，参考已建水库的实际渗漏资料，选 用经验数据，作为估算渗漏损失的依据。
调洪库容：校核洪水位与防洪限制水位之间的库 容，用以拦蓄洪水，确保大坝安全。
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水利水能规划
第二章 兴利调节
（七）总库容（V总）和有效库容（V效） 总库容：校核洪水位以下的全部库容，总库容是
表示水库工程规模的代表性指标，可作为划分水库
等级、确定工程安全标准的重要依据。
水库消落深度（工作深度）：正常蓄水位与死水 位的高程差。
（三）防洪限制水位（Z限） 防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限
水位。它是水库汛期防洪运用时的起调水位。根据洪 水特性和防洪要求，对汛期不同时期分段拟定，把Z 限定在Z蓄以下时，防洪库容与兴利库容将有所结合， 从而减小专用防洪库容。
*
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在水库设计中，根据水库及水文特性，防洪库 容和兴利库容有完全重叠、部分重叠、不重叠（防 洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程）三种形式 。
*
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第二章 兴利调节
图2-3
*
图2-4
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第二章 兴利调节
（五）设计洪水位（Z洪）和拦洪库容（V拦） 设计洪水位:水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到
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第二章 兴利调节
四、水库淤积 1、分类 a.三角洲淤积。 b.带形淤积。
c.锥形淤积。
三角洲淤积（官厅水库） 1.1966.6淤积线 2.1953.9原河床
带形淤积（丰满水库） 1.1958淤积线 2.1943原河床
注意：当汛期各时段具有不同的防洪限制水位 时，防洪库容指最低的防洪限制水位与防洪高水位之 间的库容。
*
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第二章 兴利调节
当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库容与兴 利库容的重叠部分，称重叠库容或共用库容（V共） 。此库容在汛期腾空作为防洪库容或调洪库容的一部 分，在汛末，作为兴利库容的一部分，以增加供水期 的保证供水量或水电站的保证出力。
第一节 水库特性
一、水库的特性曲线 一般用来反映水库地形特性的曲线称为水库特性
曲线，有水库水位与面积关系曲线和水库水位与容积 关系曲线，简称水库面积曲线及水库容积曲线。
(一)水库面积特性曲线
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水利水能规划
第二章 兴利调节
(二)水库容积特性曲线（面积曲线的积分曲线）
特征水位及其相应的库容体现了水库利用和正常 工作的各种特定要求，是规划设计阶段确定水工建筑 物尺寸（如坝高、溢洪道宽度）及估算工程效益的基
本依据。
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水利水能规划
第二章 兴利调节
(一)死水位Z死和死库容V死 死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落的 最低水位。
死库容（垫底库容）：死水位以下的水库容积。 死库容一般用于容纳水库泥沙、抬高坝前水位 和库内水深，一般不参与径流调节。
的最高水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库 水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。
拦洪库容（V拦）Z限与Z设洪 之间的库容。 （六）校核洪水位（Z洪）和调洪库容（V调洪） 校核洪水位：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达 到的最高水位。它是水库非常运用情况下允许达到的 临时性最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全 校核的主要依据。
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第二章 兴利调节
防洪高水位
校核洪水位
设计洪水位
安全超高
正常蓄水位 防洪限制水位
调洪库容
结合库容
防洪库容 拦洪库容
兴利库容
死水位
死库容
放水管
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第二章 兴利调节
三、水库的水量损失 (1)蒸发损失
W蒸=（E水-E陆）A年×1000
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第二章 兴利调节
（四）防洪高水位（Z防）和防洪库容（V防） 防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准洪水
时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前 达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，
才需确定这一水位。
防洪库容：防洪高水位与防洪限制水位间的库 容，用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。
V2Z(F下F上) V 3 Z(F 下 F 下 F 上 F 上 )
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水利水能规划
第二章 兴利调节
二、水库的特征水位和特征库容 特征水位：水库工程为完成不同任务在不同时期
和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库 水位。
特征库容：相应于水库特征水位以下或两特征水 位之间的水库容积。