第二章 兴利调节(水利水能规划)

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。

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。
(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。
（一）不计水量损失的年调节列表计算
根据图可知水库： • 死库容为50×106m3 • 兴利库容152.29×106m3 • W年=1104.60×106m3 • β=V兴/ W年=13.8%
（二）考虑水量损失的年调节列表计算
简化计算方法：
（1）不计水量损失算V兴，V兴/2+V死=V年平均 （2）计算年损失水量，平均分配在每月 （3）V兴+V供损=V兴1
第四节 设计代表期 一、设计代表年
设计枯水年 P设 设计中水年 50% 设计丰水年 1- P设

径流式水电站的设计代表年的径流资料，要给出日平均流量过
程线。

年调节水电站，划分各年一致的供水期，计算各年供水期天然 水量并绘出供水期水量的频率曲线，查出供水期水量保证值及
相应的年份。
二、设计多年径流系列

抗旱天数:指依靠灌溉设施供水，可以抗御连续多少天无雨保丰收的天数。
农田基本建设和一些小型灌区的规划设计中是常被采用的。
（三）供水设计保证率

采用较高的设计保证率，一般按年保证率取值范围为95%~99%，大城 市和重要工矿区取较高值。
（四）通航设计保证率

通航设计保证率一般指最低通航水位的保证程度，以计算时期内通航 获得满足的历时百分率表示。
确保大坝安全。
（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。
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。
大Ⅰ型——大于10亿m3；
比提水灌溉为高；远景规划工程比近期工程为高；大型工程比中小型工
程为高。 地区特点 农作物种类 以旱作物为主 以水稻为主 以旱作物为主 以水稻为主 年设计保证率（%） 50～75 70～80 70～80 75～95
缺水地区
水源丰富地 区
①在F一定的情况下，P灌越 高，所需V兴越大； ②在P灌一定的情况下，F越 大，所需V兴也越大； ③在水库V兴一定的情况下， P灌越高，可灌溉的面积越小。
水系列调节流量）与多年平均流量的比值，用以度量径流调节的
程度。 (4)兴利部门全年用水量不大于设计枯水年来水量时，枯水期不足
水量可由径流年调节解决。

水库运用情况分析
的配合情况，年调节水库可分为：
水库的蓄泄过程称为水库运用，在整个调节周期内，按照来水和用水
拦洪库容（V拦）Z限与Z设洪 之间的库容。
（六）校核洪水位（Z校洪）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。
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，
耕地盐碱化、形 成局部沼泽地、 恶化卫生条件
1 4 5 增加矿井积水， 使原有工程建 筑物的基础产 生坍陷
引起库周塌岸，毁坏 农田和居民点、减小 水库容积
第二节 兴利调节分类
一、按调节周期分类
调节周期，指水库的兴利库容从库空→蓄满→放空的完整的蓄放过程。
（一）日调节
（二）周调节
（三）年调节
（四）多年调节
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
体相同，使设计中水系列的年径流变差系数Cv与长系列的相近。
第五节 兴利调节计算
兴利调节计算：利用水库重新分配天然径流所进行的计算。 基本方法：时历法和概率法 基本原理：W末=W初+W入-W出 式中：W末——计算时段末水库蓄水量； W初——计算时段初水库蓄水量； W入——计算时段入库水量； W出——计算时段出库水量，包括向各用水部门 提 供的水量、弃水量及水库水量损失等。 基本课题: ①已知来水、用水和P设，求V兴； ②已知来水、 V兴和P设，求Q调； ③已知来水、 V兴和P设，求按照一定的运用方式，水库的 运用过程（Q调～t或Z ～t）。
3
由坝底、库 边流向较低 渗水层的渗 漏损失
(三)结冰损失
四、水库淤积
1、分类
a.三角洲淤积。 b.带形淤积。
三角洲淤积（官厅水库） 1.1966.6淤积线 2.1953.9原河床
c.锥形淤积 。
带形淤积（丰满水库） 1.1958淤积线 2.1943原河床
锥形淤积（三门峡水库） 1.1964年汛后淤积线 2.1964年汛前河底线
（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
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。
（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。

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

V兴 W年
日调节：β＜0.08 年调节： 0.08≤ β ≤0.3 多年调节：0.3 ＜ β ≤0.5
二、按水库任务分类
单一任务径流调节、综合利用径流调节
三、按水库供水方式分类
固定供水、变动供水
四、其它分类
反调节、单一水库补偿调节、水库群补偿调节
第三节 设计保证率
一、工作保证率和设计保证率

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。
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。
大Ⅱ型——1～10亿m3； 中 型——0.1～1亿m3；
按总库容把水库 划分为五级
小Ⅰ型——0.01～0.1 亿m3；
小Ⅱ型——小于0.01 亿m3。
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
防洪库容
拦洪库容
调洪库容 结合库容
兴利库容
死水位
放水管
死库容
三、水库的水量损失
(一)蒸发损失
，其工作多按日计算，故多采用历时保证率。
二、设计保证率的选择
（一）水电站的设计保证率
装机容量小于25000 kW的小型水电站，设计保证率一般采用65％～90
％；以灌溉为主的农村小水电工程的设计保证率，常与灌溉设计保证 率取同值；大、中型水电站的设计保证率可参照表2-2选值。
表2-2 水电站设计保证率
小专用防洪库容。
（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。
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。
第六节 兴利调节时历列表法
一、根据用水过程确定水库兴利库容

长系列法
将水库坝址断面河流多年来水过程和用水过程，逐年按时历列表法进
行逐时段（月或旬）的水量平衡计算，求得水库蓄泄过程和兴利库容。
用频率计算求出设计的兴利库容。 代表期法
用设计代表期的径流代替长系列径流进行调节计算的简化方法。
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
(二)水库容积特性曲线
Z V ( F下 F上 ) 2
V Z ( F下 F下 F上 F上 ) 3
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，
p
正常工作历时（日、月 或旬） 100% 运行总历时（日、月或 旬）
年保证率与历时保证率之间的转换：
p 1 1 p / m100%
采用哪种形式计算工作保证率，视用水特性、水库调节性能及设 计要求等因素而定。蓄水式电站、灌溉用水等，一般可采用年保
证率；径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门
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
系统中水电站容量比重（%）
25以下
25～50
50以上
水电站设计保证率（%）
80～90
90～95
95～98
（二）灌溉设计保证率

灌溉设计保证率：指在干旱期作物缺水情况下，由灌溉设施供水抗旱 的保证程度。
正常供水年数 P 100% 总供水年数 1

灌溉设计保证率选用的基本原则：南方地区比北方地区为高；自流灌溉
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第二章 兴利调节
四川水利职业技术学院 史雯雨
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
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
保证率：水利水电部门的正常工作的保证程度，称为工作保证率。 年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比 。
p
正常工作年数 运行总年数 工作遭破坏年数 100% 100% 运行总年数 运行总年数
P设=正常工作年数/（总运行年数+1）×100%
历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历时的百分比 。
W蒸=（E水-E陆）F年×1000
其中：W蒸——一年内水库的蒸发损失量，m3； E水——一年内水面蒸发深度，mm；
E陆——一年内陆面蒸发深度，mm；
F年——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。
(二)渗漏损失 1
通过坝身及 水工建筑物 止水不严实 处
2
通过坝基及 绕坝两翼的 渗漏损失
结论：
(1) 径流来水过程与用水过程差别愈大，则所需兴利库容愈大。
(2) 在一次充蓄条件下，累计整个供水期总不足水量和损失水量之 和，即得兴利库容。
等流量调节：用供水期各月用水量的均值代替各月实际用水量，
即假定整个供水期为均匀供水。 (3)调节系数：设计枯水年供水期调节流量（多年调节时为设计枯
2、水库淤积的不良后果
1
a.减少水库有 效库容，甚至 使水库完全失 效，威胁水库 本身及下游安 全。
2
b.水库淤积使 回水上延，增 加淹没、浸没 损失
3
c.泥沙进入引 水渠或水轮机 等，导致渠系 淤积及水轮机、 泄流设备的磨 损。
4
d.水库淤积会 加大管理上 的困难，影 响正常工作。
3、水库淤积的计算（库容淤积法）