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第十一章 水库兴利调节第一节 水库及其特性一、水库特性曲线水库就是指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水得人工湖泊。
水库得作用就是拦蓄洪水,调节河川天然径流与集中落差。
一般地说,坝筑得越高,水库得容积(简称库容)就越大。
但在不同得河流上,即使坝高相同，其库容相差也很大，这主要就是因为库区内得地形不同造成得。
如库区内地形开阔,则库容较大;如为一峡谷,则库容较小。
此外,河流得坡降对库容大小也有影响，坡降小得库容较大,坡降大得库容较小。
根据库区河谷形状,水库有河道型与湖泊型两种。
一般把用来反映水库地形特征得曲线称为水库特性曲线。
它包括水库水位~面积关系曲线与水库水位~容积关系曲线,简称为水库面积曲线与水库容积曲线,就是最主要得水库特性资料。
(一)水库面积曲线水库面积曲线就是指水库蓄水位与相应水面面积得关系曲线。
水库得水面面积随水位得变化而变化。
库区形状与河道坡度不同,水库水位与水面面积得关系也不尽相同。
面积曲线反映了水库地形得特性。
绘制水库面积曲线时,一般可根据 l/10 000～ l/50 ０0比例尺得库区地形图,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得水库得面积（高程得间隔可用 l,2或5 m)，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２-１所示。
图2-1 水库面积特性曲线绘法示意(二)水库容积曲线水库容积曲线也称为水库库容曲线。
它就是水库面积曲线得积分曲线,即库水位与累积容积得关系曲线。
其绘制方法就是:首先将水库面积曲线中得水位分层,其次,自河底向上逐层计算各相邻高程之间得容积。
Z (m )１２△△0水面面积（１06 m２)水库容积(10６ｍ3)图2-2水库容积特性与面积特性1-水库面积特性；２－水库容积特性假设水库形状为梯形台,则各分层间容积计算公式为:(2-１）式中:——相邻高程间库容（m3)；、——相邻两高程得水库水面面积(m2）;——高程间距（ｍ)。
第十一章水库兴利调节第一节水库及其特性一、水库特性曲线水库是指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水的人工湖泊。
水库的作用是拦蓄洪水，调节河川天然径流和集中落差。
一般地说，坝筑得越高，水库的容积(简称库容)就越大。
但在不同的河流上，即使坝高相同，其库容相差也很大，这主要是因为库区的地形不同造成的。
如库区地形开阔，则库容较大；如为一峡谷，则库容较小。
此外，河流的坡降对库容大小也有影响，坡降小的库容较大，坡降大的库容较小。
根据库区河谷形状，水库有河道型和湖泊型两种。
一般把用来反映水库地形特征的曲线称为水库特性曲线。
它包括水库水位～面积关系曲线和水库水位～容积关系曲线，简称为水库面积曲线和水库容积曲线，是最主要的水库特性资料。
（一）水库面积曲线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。
水库的水面面积随水位的变化而变化。
库区形状与河道坡度不同，水库水位与水面面积的关系也不尽相同。
面积曲线反映了水库地形的特性。
绘制水库面积曲线时，一般可根据l/10 000～l/50 00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的面积(高程的间隔可用l，2或5 m)，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2－1所示。
图2－1水库面积特性曲线绘法示意（二）水库容积曲线水库容积曲线也称为水库库容曲线。
它是水库面积曲线的积分曲线，即库水位Z与累积容积V的关系曲线。
其绘制方法是：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。
0 i F 1+i F 水面面积库F (106 m 2)水库容积V (106 m 3)图 2－2 水库容积特性和面积特性1－水库面积特性; 2－水库容积特性假设水库形状为梯形台，则各分层间容积计算公式为：()2/1Z F F V i i ∆+=∆+ （2－1） 式中：V ∆——相邻高程间库容（m 3）;i F 、1+i F ——相邻两高程的水库水面面积（m 2）;Z ∆——高程间距（m ）。
6.7 多年调节水库兴利调节计算由年调节水库的兴利调节计算可知，当设计年用水量小于设计年来水量时，只要将当年汛期的部分多余水量蓄起来，就能满足枯水期所缺的水量，即水库只需进行年内调节。
但当设计年来水量小于设计年用水量时，说明设计年来水量不够用，需要将丰水年的余水蓄存在水库中，跨年度补给枯水年使用，这种跨年度的径流调节称为多年调节。
多年调节与年调节的不同之处，在于它不仅能重新分配年内来水量，而且同时能重新分配年与年之间的来水量。
因此，多年调节所需的调节库容也大，调节程度高，对来水的利用也较充分。
多年调节计算，要考虑年径流系列中各种连续枯水年组成的总缺水情况，其兴利库容的大小将决定于连续枯水年组的总亏水量，故对年径流系列要求更长些。
兴利调节计算的基本原理与方法，则与年调节计算相类似。
本节仅对长系列时历列表法与数理统计法作扼要的介绍。
1．长系列时历列表法当实测年径流系列较长，包含一个或几个枯水年组时，可根据多数年份的来、用水情况，划分水利年度，列表计算各年余缺水期的余缺水量，判定各年所需的调节库容，然后绘出库容保证率曲线，由设计保证率在库容保证率曲线上查得多年调节的兴利库容。
此法即为长系列时历列表法。
这种方法与年调节水库的长系列法基本相同。
需要注意的是，多年调节时有些年份的调节库容不能只以本年度缺水期的缺水量来定，而必须与前一年或前几年的余缺水量统一考虑。
【实例6-5】长系列时历列表法兴利调节计算某水库坝址处有30年实测年径流资料，经分析能代表多年的变化情况。
各年的用水量过程也已知。
根据大多数年份的来、用水情况确定水利年度为当年的6月1日至次年的5月31日。
各年的余缺水期的余缺水量经统计计算，成果如表所示。
当设计保证率=90％时，试确定多年调节的兴利库容。
【解答】(1)判定各年度所需的调节库容根据各年度的余缺水量情况，用类似年调节计算判定调节库容的方法，判定各年所需的调节库容，填入表内，并在备注栏内注明“年调节”字样。
第十三章中小型水库的兴利调节计算控制和调节径流的措施，称为“径流调节”"水库，是最常见的蒂水工程之一；建造水库调节河川径流,是解决來水与需水之间矛盾的一种常用的、积极的方法。
第一节水库特性曲线、特征水位及特征库容1.水库特性曲线库容，既与坝高有关,又与库区内的地形有关。
用來反映水库地形特性的曲线，称为"水库特性曲线”；分为“水库水位与面枳关系曲线”和'‘水库水位与容枳关系曲线”，简称“水库面积曲线”及"水库容积曲线”，它们是径流调节计算不町或缺的基本资料1）水库特性曲线面积曲线町根据库区地形图，用求枳仪或数方格法，在等高线与坝轴线所由成的闭合地形图上最计不同高程的水库面积，并以水位为纵坐标，以水库面积为横坐标，点绘成水位~面枳关系曲线。
在平原河流及山区河流上建水库，因库盆形状及河道坡度不同，其Z~A曲线的性质也不相同一一平原河流水库而积随水位增加而很快埔加，面积曲线的坡度较小；山区河流水库面积随水位增加较慢，面枳曲线的坡度较大。
2）水库容积曲线•静库容水库容积曲线，是而积曲线的枳分曲线,即水位Z与累积容枳（原容）V的关系曲线。
分别计算齐相邻高程间隔内的部分容积，自河底向上累加得相应水位的累计容积，即可绘制出水位~容积曲线。
用上述方法计算的水库容积，是假定入库流量为零时，水库水面为水平的情况，称为“静水容枳（简称静库容）”。
静库容，能满足一般水库规划设计要求,对于大的湖泊式水库,流速甚小时，水面曲线接近水平，仅回水尾端上翅，故以静库容计算，误差不大。
•动库容对于大型河川式水库,回水影响哄远，在洪水调节计算及淹没计算中，因入库流鼠人、流速人而形成的水面面积并非水平，故不町按静库容方法计算；动水容枳，除静库容外，还何一部分楔形蓄量。
由这样上翘的实际水面线与坝前水位水平线所构成的容积为动水库容（即楔形蒂量）,简称"动库容”。
动库容曲线的绘制方法：在町能出现的洪水范闱内拟定各种入库流量，对某一入库流量假定不同的坝前水位，根据水力学公式，推求出一组以入库流量为参数的水面曲线，并计算相应的库容，计算至回水末端止，然后以水位为纵坐标，以入库流量为参数，以库容为横坐标，绘制动库容曲线。
2.水库的特征水位和特征库容反映水库工作状况的水位，称为特征水位特征水位及其相应库容，体现行水斥利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（如坝高、溢洪道宽度）及估算工程效益的基本依据这些特征水位和相应库容如卜•: • 死水位（Z死）和死库容（V死）死水位：正常运行情况下，允许水库消落的最低水位。
死水位以下的库容，为死库容死库容，一般不能动用;除非特殊干早年份，为保证紧要供水或发电，经慎重研究，才允许临时动用死库容部分存水• 正常蓄水位（Z M）和兴利库容（V兴）止常蒂水位:指水库在正常运行的情况卜，为满足兴利部门枯水期的正常用水，在供水期开始时应蒂到的水位。
正常营水位与死水位之间的库容，是水库实际町用于调节径流的库容，称为“兴利库容”。
正常幫水位与死水位Z间的深度，称为"消落深度”。
• 防洪限制水位（Z限）和结合库容（V结）水库在汛期洪水未到前允许眷水的上限水位，称为“防洪限制水位”。
这个水位以上的库容，是作为滞舊洪水的库容, 只冇在发生洪水时，为了滞洪，水库水位才允许超过防洪限制水位，当洪水消退时，如汛期未过，水库应尽快泄洪，使水库水位迅速回降到防洪限制水位。
在进行水库设计时，通常应根据洪水特性和水文预报条件，尽可能把防洪限制水位定在正常當水位之卜，腾出部分兴 利库容以容纳洪水，并在汛末拦蓄部分洪水尾巴以蓄满兴利库容.在这种情况2 防洪限制水位y 正常蕃水位之问的 库容，称为“结合库容”,兼做防洪与兴利之用，以减少专门的防洪库容。
这样，水库溢洪道上装设闸门是设置结合库容的必要条件。
• 防洪高水位（Z 防）和防洪库容（V 防）当水库下游有防洪要求时，卜•游防洪要求的设计洪水从防洪限制水位经水库调节后所达到的最高库水位，称为“防洪 高水位”。
它至防洪限制水位之间的库容，称为“防洪库容”。
• 设计洪水位（Z 设）当发生大坝设计标准洪水时，从防洪限制水位经水库调节后所达到的坝前最高水位，称为设计洪水位。
• 校核洪水位（Z 校）和调洪库容（V 调〉当发生大坝校核标准设计洪水时，水库坝前所达到的最高水位，秋为“校核洪水位”。
它至防洪限制水位之间的库容, 称为“调洪库容”。
校核洪水位加上风浪高及安全超高，便是坝顶的高程。
• 总库容在防洪与兴利部分结合的情况卜，水库总库容为V 总= %+v 兴-V 结+ V 调小型水库，特别是溢洪道上不设闸门的水库，正常器水位与防洪限制水位相同，没有结合库容，这时总库容为V 总讥+V 兴+ V 调第二节中小型水库设计标准为了避免不合理的耗费，一般不要求在将来水库使用的全部时间内都保证绝对正常用水；所以，确定水库规模必须令 一个设计标准。
我国现行的灌溉标准有以下两种一一灌溉设计保证率和抗早天数1. 灌溉设计保证率灌溉设计保证率，是当前灌溉工程规划设计采用的主要标准。
它的倉义是，在干旱期作物缺水情况卜•，由灌溉设施供 水抗早的保证程度，可用灌溉用水全部得到满足的年数占计算总年数的百分数表示，即灌溉设计保证率，是规划设计中一个极其重要的指标，它反映需要工程供水的保证程度，直接影响工程规模及农业增 产，因此必须慎重对待，全而考虑政治、经济和对人民生活的影响，结合灌区的水利及土壤资源情况、作物种类、气 象水文条件、水量调节程度及国家对半地农业生产的规划等因素分析决定。
一般对灌溉设计保证率选用的情况是：南 方地区比北方地区为高；自流灌溉比提水灌溉为高；远景规划工程比近期工程为高；人型工程比小中型工程为高。
对于一个具体水库的规划，往往是在灌溉面枳一定的情况卜•，先根据上述原则确定灌溉设计保证率，然后再通过水文 水利计算确定水库兴利库容。
冇时，为了进行方案比较及技术、经济论证，还必须做出兴利库容•■灌溉面积“灌溉设计 保证率三变量关系曲线图，作为选定灌溉设计保证率的参考。
2. 抗旱天数抗旱天数，是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。
由丁•无雨口的天数确定，确实冇一定的困难，以及这个标准还不便于与其他用水部门的保证率标准对照比较，一般人 型灌区和综合利用工程的设计中较少使用。
第三节水库水量损失及水库死水位选择1. 水库的水量损失水库建成后，改变了天然河流的情况，形成人工湖泊，增加的蒸发损失和渗漏损失，统称为“水库水量的损失”。
1）水库的蒸发损失水库的蒸发损失，是指由陆面面枳变为水面面枳所增加的额外蒸发最，以W 蒸表示W 蒸=（E 水- E 陆）A 库）＜100%式中，W 煎 ---- 年内水库的蒸发损失量，m ＞；己/或脇） --------- 年内水面（陆面）蒸发深度，mm ：正常供水年数总年数+ 1x 100%A库一水库计算而积，km2,即水库实际水而面枳与建库前水面面积之差。
2）水库的渗漏损失建库后，由于水位抬高，水压力增人，水苦中的曙水通过能透水的坝身、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。
2.水库死水位的选择在以灌溉为主的水库规划设计中，一般是先确定死水位，然后通过兴利调节计算，求得兴利库容和正常舊水位。
死水位选择时，应考虑的因素主要是：1）保证自流灌溉必要的引水高程自流灌溉，水渠首的水面高程有一定要求，这个高程（即水库放水建筑物的卜游水位）可根据灌区控制高程及引水渠的纵坡和渠道长度推算而得。
根据放水建筑物的型式（有压涵管或无压隧洞）进行水力学计算，推求维持放水建筑物泄放渠道流量的最小水头Hn^,加上A点高程（即水库放水建筑物的下游水位），就得到水库死水位。
2）考虑水库泥沙淤积的需要在河道上筑坝形成后，水深增大，水面坡度变缓，水流流速减小，水流挟沙能力降低，导致水流中的部分悬疑质和推移质泥沙在库区内沉淀，使水库库内不断淤枳。
在含沙量较人的河流上修建水库调节径流，必须考农泥沙淤积对水库效益的影响。
在水土流失严重的地区兴建中小型（特别是小型）水库，如果爭先没有考虑泥沙问题，后果可能导致水库因泥沙淤满而报废。
第四节水库兴利调节1.水库兴利调节计算原理水库兴利调节计算，是指利用水库的调蓄作用，将河川径流洪水期（或丰水年）的多余水量蒂存起來，以提高枯水期（或枯水年）的供水最，满足各兴利部门的用水要求所进行的计算，也就是水库蒂水量变化过程的计算。
水库从“放空——蓄满一一放空”的循环时间，称为“调节周期”。
调节计算时，将整个调节周期划分为若干个计算时段，按吋段进行水量平衡计算。
水库的时段水量平衡方程是：在任何一个时段内，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。
对于某一时段At的水库水量平衡方程可用下式表示：AV =（QA-（l|B）At计算时段，町根据调节周期的长短及径流和用水变化的剧烈程度而定。
根据水量平衡进行调节计算的方法，可以分为“时历法”和“数理统计法”。
时历法，是根据过去按时历顺序的流最资料进行调节计算，再将调节后的调节流最、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，也就是先调节后频率统计的方法。
数理统计法，是先将流量系列进行频率统计，用统计特征值來描述径流系列的多年变化，再按照概率论原理和水量平衡进行调节计算，获得调节流量、多余、不足水量及水库希水等多年变化情况，以供决策，也就是先频率统计后调节计算的方法。
2.径流调节的分类1）按调节周期长短分•日调节河川径流在一昼夜间的变化基本上是均匀的，而某些部门的用水（如发电、灌溉等）则在白天和夜晚差异共人。
有了水库，就可把当天负荷少时的多1商水量调用到负荷多时。
其调节周期为一天。
•年调节河川径流在丰水期和枯水期的水量相差悬殊；而用水部门如发电、灌溉等，在枯水期水最不足，丰水期过剩。
这就要求在一年内进行天然径流的重新分配，这种分配称为“年调节或季调节”。
其调节周期为一年。
•多年调节针对的是丰水年和枯水年相对于一定的河流來说，如果蒂水容积越大，它调节的周期就越长，调节径流的程度也越完善。
多年调节的水库可同时进行年调节和日调剂。
2）按径流利用程度來分类•完全年调节将设计年内全部来水最完全按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节•不完全调节仅能存蓄丰水期部分多余水量的径流调节完全调节和不完全调节，是相对的。
例如，对同一水库而言，可能在一般年份能进行完全调节，而在丰水年发生弃水。
第五节年调节水库兴利调节计算兴利调节计算所要解决的问题是：人來水、用水及灌溉设汁保证率一定的怙况卜，计算所需要的兴利库容（本章介绍的内容）：或在來水、兴利库容、灌溉设计保证率已知情况下，核算水库实际供水能力（灌溉面积）：或在來水、兴利库容、供水能力（灌溉面积）己定的情况下，核算水库供水所能达到的保证率。
