工程水文及水利计算-第21讲.ppt
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工程水文及水利计算-第21讲.ppt
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工程水文及水利计算,门宝辉可再生能源学院,第十章水库的兴利调节计算,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类10-5年调节水库兴利调节计算,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,径流调节:
天然径流在时间、空间上的分布一般不完全符合人类的需要。
为了除水害,兴水利,需要采取人工措施对天然径流进行调节,称为径流调节。
水库兴利调节:
利用水库,以兴利为目的进行的径流调节称为水库兴利调节。
1、水库兴利调节计算原理,水库兴利调节计算:
指利用水库的调蓄作用,将河川径流洪水期(或丰水年)的多余水量蓄存起来,以提高枯水期(或枯水年)的供水量,满足各兴利部门的用水要求所进行的计算,也就是水库蓄水量变化过程的计算。
水库从库空开始,当来水大于用水时水库蓄水,经过一段时间后蓄满;以后当来水小于用水时,水库开始放水,经过一段时间后放空。
水库从放空蓄满放空的循环时间称为调节周期。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,1、水库兴利调节计算原理,水库的时段水量平衡方程:
在任何一时段内,进入水库的水量和流出水库的水量之差,等于水库在这一时段内蓄水量的变化。
用时段平均流量表示:
思考:
出库流量具体应包括哪些方面的流量?
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,1、水库兴利调节计算原理,日调节:
调节周期为一昼夜,即利用水库兴利库容将一天内的均匀来水,按用水部门日内需水过程进行调节。
按调节周期长短分,蓄水,供水,0,6,12,18,24,时间/h,流量,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,周调节:
由于用水部门假日休息,用水量减少,因此,可利用水库将周内假日的多余水量蓄存起来,在其他工作日用。
这种调节称周调节。
调节周期为一周,所需的调节库容一般不超过一天的来水量。
周调节水库一般也可进行日调节,这时水库水位除了一周内的涨落大循环外,还有日变化。
按调节周期长短分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,年调节:
年内河川径流变化甚大,丰水期和枯水期的来水量相差悬殊。
径流年调节的任务是按照用水部门的年内需水过程,将一年中丰水期多余水量蓄存起来,用以提高缺水时期的供水量,调节周期在一年以内。
蓄水,用水过程,时间/月,流量,供水,弃水,供水,天然流量过程,按调节周期长短分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,多年调节:
径流多年调节的任务是利用水库兴利库容将丰水年多余水量蓄存起来,用以提高枯水年份的供水量。
这时,水库兴利库容可能要经过若干丰水年才能蓄满,然后将蓄水量在若干个枯水年份里用掉,其调节周期要超过一年。
按调节周期长短分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,完全年调节:
将设计年内全部来水量完全按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节。
不完全年调节:
仅能存蓄丰水期部分多余水量的径流调节。
按径流利用程度分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,补偿调节:
水库至下游用水部门取水地点之间若有较大的区间面积,区间入流显著而且不受水库控制,为了充分利用区间来水量,水库应配合区间流量变化补充放水,尽可能使水库放水流量与区间入流量的合成流量等于或接近于下游用水要求。
这种视水库下游区间来水流量大小,控制水库补充放水流量的调节方式,称为补偿调节。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,梯级水库:
布置在同一条河流上多座水库,其形状像是由上而下的阶梯,称为梯级水库。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,梯级水库的特点是水库之间存在着水量的直接联系(对水电站来说有时还有水头的影响,称水力联系),上级水库的调节直接影响到下游各级水库的调节。
在进行下级水库的调节计算时,必须考虑到流入下级水库的来水量是由上级水库调节和用水后而下泄的水量与上下两级水库间的区间来水量两部分组成。
梯级调节计算一般自上而下逐级进行。
当上级调节性能好,下级水库调节性能差时,可考虑上级水库对下级水库进行补偿调节,以提高梯级总的调节水量。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,梯级调节:
对梯级水库进行的径流调节,简称梯级调节。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,径流电力补偿调节:
位于不同河流上但属同一电力系统联合供电的水电站群,可以根据它们所在流域的水文特性及各自的调节性能差别,通过电力联系来进行相互之间的径流补偿调节,以提高水库群总的水利水电效益。
这种通过电力联系的补偿调节就叫做径流电力补偿调节。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,反调节:
为了缓解上游水库进行径流调节时给下游用水部门带来的不良影响,在下游适当地点修建水库对上游水库的下泄流量过程进行重新调节,称为反调节,又称再调节。
河流综合利用时,经常出现上游水库为水力发电进行日调节造成下泄流量和下游水位的剧烈变化而对下游航运带来不利影响;水电站年内发电用水过程与下游灌溉用水的季节性变化不一致,修建反调节水库有助于缓解这些矛盾。
按两水库相对位置和调节方式划分,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,2、径流调节的分类,径流调节周期是指水库从死水位开始蓄水,达到正常蓄水位后又消落到死水位的历时。
调节周期中可能只有一次连续蓄水过程和一次供水过程,也可能出现多次蓄水、供水的变化过程。
必须分析调节周期水库的运用情况,以便正确确定水库的兴利库容。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,3、径流调节周期中水库运用情况分析,水库一次运用:
水库在调节周期内只有一次连续蓄水、供水的情况,叫做水库一次运用。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,3、径流调节周期中水库运用情况分析,水库二次运用:
当水库在一个调节周期内连续供水、蓄水有二次时,叫做水库二次运用。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,3、径流调节周期中水库运用情况分析,水库多次运用:
水库多次运用情况更为复杂,调节库容的确定难以通过图形表达。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,3、径流调节周期中水库运用情况分析,【例101】假设图中W1=20万m3,W2=3万m3,W3=4万m3,W4=5万m3,W5=3万m3,W6=4万m3,求兴利库容。
解:
V兴=maxW2,(W4+W6W5)=max3,(5+43)=6(万m3),10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,3、径流调节周期中水库运用情况分析,径流调节的任务就是借助水库的调节作用,按用水要求重新分配河川天然径流。
调节计算主要是研究天然来水、各部门的用水与水库库容三者之间的关系。
调节计算的实质是进行来水和用水的对照和平衡。
当来水大于用水时,水库蓄水;当来水小于用水时,水库供水。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,4、径流调节计算的研究课题,从分析水库水量平衡式可以看出,径流调节计算可概括为如下三类课题:
(1)根据用水部门的要求,求所需兴利库容;,
(2)根据已定的兴利库容,求所能提供的保证调节流量。
(3)找出天然来水、各部门用水与兴利库容三者之间的关系,或是找出保证率、调节流量与兴利库容三者之间的关系。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,4、径流调节计算的研究课题,方法:
可分为时历法和数理统计法两种。
时历法:
根据过去按时历顺序的流量资料进行调节计算,再将调节后的调节流量、水库水位、库容的多年变化情况,绘制成相应的频率曲线,再供设计选择,也就是先调节计算后频率统计的方法。
数理统计法:
先将流量系列进行频率计算,用统计特征值来描述径流系列的多年变化,再按概率论原理和水量平衡进行调节计算,获得调节流量、多余、不足水量及水库蓄水等多年中的变化情况,以供决策,即先频率统计后调节计算的方法。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,5、径流调节计算方法,方法比较:
时历法的特点是利用已出现的径流过程的时序特性反映未来的径流变化。
时历法,时历法的计算结果,给出调节后的利用流量、水库存蓄水量、弃水量以及水库水位等因素随时序的变化过程。
具有简易直观,便于考虑较复杂的用水过程和计入水量的损失等优点。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,5、径流调节计算方法,方法比较:
数理统计法多用于多年调节计算。
数理统计法的计算结果直接以调节水量、水库存水量、多余和不足水量的频率曲线的形式表示出来。
数理统计法,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,5、径流调节计算方法,
(1)径流资料,调节计算所需的径流资料,随调节程度的高低有不同要求。
日和周调节需要有10年左右的历年日平均流量资料;年调节需要有20年以上的历年月平均流量和汛期旬平均流量资料;多年调节需要30年以上的年、月径流资料,以及年径流频率曲线和统计特征值资料。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,6、径流调节计算所需基本资料,
(2)水库特性资料,即水库水位与水库面积、容积关系曲线;,(3)用水资料,包括各部门正常用水保证率,正常用水量及其分配过程。
10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,6、径流调节计算所需基本资料,调节系数由保证调节流量和多年平均来水流量的比值表示:
如果调节流量在年内是变动的,则以保证年供水量与多年平均年水量之比值表示:
调节系数,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,7、径流调节计算中的常用术语,库容系数以调节库容(或称有效库容、兴利库容)与多年平均年年来水量,或年径流量之比值表示:
库容系数,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,7、径流调节计算中的常用术语,年径流量模比系数(年径流量相对值),表示各年径流量与多年平均年径流量之比:
年径流量模比系数,径流利用系数表示径流利用程度,以下式表示:
径流利用系数,M为平均年供水量,10-4水库兴利调节计算原理及调节分类,7、径流调节计算中的常用术语,10-5年调节水库兴利调节计算,
(1)在来水、用水及设计保证率已定的情况下,计算所需要的兴利库容;,
(2)在来水、兴利库容、设计保证率已知情况下,核算水库实际供水能力(灌溉面积);,(3)在来水、兴利库容、供水能力已定的情况下,核算水库供水所能达到的保证率。
1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,年调节水库兴利调节计算的长系列法是:
将水库坝址断面河流多年来水过程系列和用水过程系列,逐年按时历列表法进行逐时段(月或旬)的水量平衡计算。
具体方法有不计水量损失及计入水量损失两种。
10-5年调节水库兴利调节计算,逐年调节计算,【例题102】某水库一回运用时的年调节计算。
1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,早蓄方案是水库在蓄水期有余水就蓄,兴利库容蓄满后还有多余再弃水。
早蓄方案一般采用顺时序计算。
逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,迟蓄方案是水库在蓄水期末水库保证蓄满的前提下,有多余的水先弃后蓄。
迟蓄方案采用逆时序计算较为方便。
逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,【例题103】某水库多回运用时的年调节计算。
由于来水和用水在年内分配不同,一年内可能有若干个余水期和亏水期。
这种情况如何确定该年所需库容呢?
主要看两个亏水期中间余水期的余水量是否大于前后两个亏水期的亏水量。
逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,1)如果余水量不同时小于两个亏水量,则所需库容为两个亏水量中的较大者。
31335,逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,2)如果中间余水期的余水量同时小于前后两个亏水期的亏水量,则库容为三者(两个亏水量和其中余水量)的代数和。
532,31497,V兴=31497+740532=31705,逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,计入水量损失的年调节列表计算法,32410,V兴=32410+1002528=32884,逐年调节计算,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,设计库容的确定,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,【例题104】已知某水库坝址断面的19年各月来水量及灌溉用水量的差值(见下表),已定灌溉设计保证率P=80%,求年调节水库的兴利库容VP。
设计库容的确定,1、年调节水库兴利调节计算的长系列法,10-5年调节水库兴利调节计算,实际代表年法就是选用某种年型的实测来水过程及灌概用水过程为代表,进行调节计算来推求水库的兴利库容及其蓄水、泄水过程的方法。
实际代表年法主要包括单一选年法、库容排频法、实际干旱年法(也叫抗旱天数法)。
实际代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,单一选年法,
(1)单以来水频率曲线为依据,选择符合或接近灌溉设计保证率、年内分配偏于不利的实际年来水过程和同年的年用水过程,作调节计算,推求水库的兴利库容(即设计库容)及该年的蓄、泄水过程;,
(2)单以年用水频率曲线为依据,选择符合或接近灌溉设计保证率、年内分配偏于不利的实际年用水过程和同一年的年来水过程,作调节计算,推求水库的兴利库容及该年的蓄、泄水过程。
实际代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,单一选年法的特点:
单一选年法只考虑了来水(或用水)一个方面的因素,而忽略了另外一个方而的因一用水(或来水),所以成果不稳定,而且库容的保证率概念不明确。
实际代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,库容排频法:
在来水量频率曲线和用水量频率曲线上各选出35个接近灌溉设计保证率的实际年来、用水过程,并对其分别进行调节计算,求出它们所需的兴利库容。
然后在选用频率范围内,各把35个库容按大小次序重新排位,求出对应于设计保证率的库容。
实际代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,实际干旱年法抗旱天数法:
通过对灌区历年旱情、河流水情和“抗早天数”的调查及统计分析,根据规定的设计抗旱天数,选取实际旱情相当(指连续无雨天数与设计抗旱天数比较)或接近的几个年份作为设计典型年,用这些典型年的水库来水量和灌溉用水量进行调节计算,求得各年所需的库容,选取偏于安全的数值作为设计库容,这种方法计算的成果更能符合实际。
但是,不易确定它的保证率。
实际代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,设计代表年法的要点:
是按设计保证率选择一年的来、用水过程线,作为设计代表年,然后根据此设计代表年去进行调节计算,求得库容作为设计的兴利库容。
设计代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,设计代表年法的步骤:
1)先对坝址断面设计站或参证站或灌区各水文年的年来水量及年用水量进行频率计算,求得年来水量及年用水量的经验或理论频率曲线。
2)由年来水、年用水频率曲线求得相应于灌溉设计保证率的设计年来水量W来,P,及设计年用水量W用,P。
设计代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,3)从实测资料中选择年来水量接近W来,P、年用水量接近W用,P,且年内分配具有代表性的一年(或几年)作为典型年,其年来水量为W来,典,年用水量为W用,典。
4)计算缩放比K来及K用,再用此K来、K用值分别乘该典型年各月来水量及各月用水量,即得设计代表年的来、用水过程。
设计代表年法的步骤:
设计代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,5)对所推求的设计代表年进行调节计算,求得兴利库容(即设计库容)。
如由所选择的几个设计代表年求得的结果不一致,为安全起见,可选对工程较为不利的一年,即调节计算得出较大库容的一年作为设计代表年。
设计代表年法的步骤:
设计代表年法,2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,年调节计算的代表年法和长系列法比较,在调节计算的原理和方法上是基本相同的,只是在设计代表年法中计算蒸发损失标准时略有一些差别。
在长系列法和实际代表年法中,E皿是水文站或气象站当年所观测到的蒸发皿蒸发量,而在设计代表年法中,E皿则应采用符合设计条件的年蒸发量,一般是采用实测系列中最大的或较大的年蒸发量,其年内分配则常采用多年平均的年内分配。
2、年调节水库兴利调节计算的代表年法,10-5年调节水库兴利调节计算,3、正常蓄水位的确定,10-5年调节水库兴利调节计算,小结,水库兴利调节的计算原理水量平衡原理,径流调节的分类,按调节周期,日调节,年调节,多年调节,按径流利用程度,完全年调节,不完全年调节,周调节,径流调节的分类,按水库相对位置和调节方式,补偿调节,径流电力补偿调节,反调节,梯级调节,径流调节周期中水库运用情况分析,水库的一次运用、二次运用、多次运用。
小结,水库兴利调节计算的方法时历法、数理统计法,径流调节计算中的常用术语,调节系数、库容系数、年径流量模比系数、径流利用系数。
小结,年调节水库兴利调节计算方法,长系列法,不计水量损失的年调节列表计算法,计入水量损失的年调节列表计算法,代表年法,实际代表年法,设计代表年法,单一选年法,实际干旱年法抗旱天数法,库容排频法,小结,10.1不计入损失的年调节计算为帽儿山水库工程设计作兴利调节计算,推求兴利库容和正常蓄水位(兴利水位),该水库的设计保证率为80%。
(1)基本资料帽儿山水库坝址断面的设计年径流及其年内分配(见表10.1)。
水库设计灌溉面积为3800公顷,作物比例为水田占30%,旱田占70%,毛灌溉定额为6546m3/hm2,各旬用水量分配见表10.2。
水库库区的水位库容关系及水位水面面积关系见表10.3。
根据水库自流灌溉控制高程,水库淤积、养鱼、结冰等条件综合考虑,选定水库死水位为150m,相应的死库容为400万m3。
作业,作业,作业,
(2)计算要求采用不计入损失时的时历列表法推求兴利库容。
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