水利水能规划课件第二章兴利调节解读.ppt
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- 水利 水能 规划 课件 第二 章兴利 调节 解读
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1、西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 第一节第一节 水库特性水库特性 第二节第二节 兴利调节分类兴利调节分类 第三节第三节 设计保证率设计保证率 第四节第四节 设计代表期设计代表期 第五节第五节 兴利调节计算兴利调节计算 第六节第六节 兴利调节时历列表法兴利调节时历列表法 第七节第七节 兴利调节时历图解法兴利调节时历图解法 第八节第八节 多年调节的概率法多年调节的概率法西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院一、水库的特性曲线一、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一般用来反映水库地形特性的曲线称为水库特性曲线,
2、有水库水位与面积关系曲线和水库水位与容积曲线,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。关系曲线,简称水库面积曲线及水库容积曲线。(一一)水库面积特性曲线水库面积特性曲线西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院(二二)水库容积特性曲线水库容积特性曲线(面积曲线的积分曲线)(面积曲线的积分曲线))(2上下FFZV)(3上上下下FFFFZV西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 二、水库的特征水位和特征库容二、水库的特征水位和特征库容 特征水位:特征水位:水库工程为完成不同任务在不同时期水库工程为完成
3、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和各种水文情况下,需控制达到或允许消落的各种库水位。库水位。特征库容:特征库容:相应于水库特征水位以下或两特征水相应于水库特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。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)及估算工程效益筑物尺寸(如坝高、溢洪道宽度)及估算工程效益的基本依据。的基本依据。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 (一
4、一)死水位死水位Z Z死死和死库容和死库容V V死死 死水位:在正常运用的情况下,允许水库消落死水位:在正常运用的情况下,允许水库消落的最低水位。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(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。和库内水深,一般不参与径流调节。(二)正常蓄水位(二)正常蓄水位(Z Z蓄蓄)和兴利库容()和兴利库容(V V兴兴)正常蓄水位:水库在正常运用情况下,为满足设正常蓄水位: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
5、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。和调节方式。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 兴利库容(调节库容):兴利库容(调节库容):正常蓄水位与死水位间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的库容,用以调节径流,提高枯水时的供水量或水电站出力。站出力。水库消落深度(工作深度):水库消落深度(工作深度):正常蓄水位与死水正常蓄水位与死水位的高程差。位的高程差。(三)防洪限制水位(三)防洪限制水位(Z Z限限)防洪限制水位:水库
6、在汛期允许兴利蓄水的上限防洪限制水位: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水位。它是水库汛期防洪运用时的起调水位起调水位。根据。根据洪洪水特性水特性和和防洪要求防洪要求,对汛期不同时期分段拟定,把,对汛期不同时期分段拟定,把Z Z限限定在定在Z Z蓄蓄以下时,防洪库容与兴利库容将有所结合,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。从而减小专用防洪库容。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 (四)防洪高水位(四)防洪高水位(Z Z防防)和防洪库容()和防洪库容(V V防防)防洪高水位:当遇下游防护对象的设计标准防洪高水位:当
7、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。坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任只有当水库承担下游防洪任务时,才需确定这一水位。务时,才需确定这一水位。防洪库容:防洪库容:防洪高水位与防洪限制水位间的库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容,用以拦蓄洪水,满足下游防护对象的防洪要求。注意:注意:当汛期各时段具有不同的防洪限制水位当汛期各时段具有不同的防洪限制水位时,防洪库容指时,防洪库容指最低最低的防洪限制水位与防洪高水位的防洪限制水位与防洪高水位之间的库容。之
8、间的库容。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 当防洪限制水位低于正常蓄水位时,防洪库容与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,称兴利库容的重叠部分,称重叠库容或共用库容(重叠库容或共用库容(V V共共)。此库容在汛期腾空作为防洪库容或调洪库容的一。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。期的保证供水量或水电站的保证出力。在水库设计中,根据水库及水文特性,防洪库在水库设计中,根据水库及水文特性,防洪库容和兴利库容
9、有容和兴利库容有完全重叠、部分重叠、不重叠完全重叠、部分重叠、不重叠(防(防洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程)三种形式洪限制水位与正常蓄水位处于同一高程)三种形式。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院图图2-32-3图图2-42-4西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 (五)设计洪水位(五)设计洪水位(Z Z洪洪)和拦洪库容()和拦洪库容(V V拦拦)设计洪水位设计洪水位:水库遇大坝设计洪水时,在坝前达到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的最高水位。它是正常运用情况下允许达到的最高库水
10、位,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。水位,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。拦洪库容(拦洪库容(V V拦拦)Z Z限限与与Z Z设洪设洪 之间的库容。之间的库容。(六)校核洪水位(六)校核洪水位(Z Z洪洪)和调洪库容()和调洪库容(V V调洪调洪)校核洪水位:水库遇大坝校核洪水时,在坝前达校核洪水位: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。校核的主要依据。调洪库容:调洪库容:校核洪水位与防洪限制水位之间
11、的库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。容,用以拦蓄洪水,确保大坝安全。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 (七)总库容(七)总库容(V V总总)和有效库容()和有效库容(V V效效)总库容:校核洪水位以下的全部库容,总库容总库容: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。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。有效库容:核洪水位与死水位之间的库容。V V总总V V死死V V兴兴V V调
12、洪调洪V V共共。V V效效V V总总V V死死V V兴兴V V调洪调洪V V共共。大大型型大于大于1010亿亿m m3 3;大大型型111010亿亿m m3 3;中中 型型0.10.11 1亿亿m m3 3;小小型型0.010.010.1 0.1 亿亿m m3 3;小小型型小于小于0.01 0.01 亿亿m m3 3。按总按总库容库容把水把水库划库划分为分为五级五级西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院安全超高安全超高放水管放水管死水位死水位正常蓄水位正常蓄水位校核洪水位校核洪水位设计洪水位设计洪水位死库容死库容兴利库容兴利库容结合库容结合库容拦洪库容拦洪库容调
13、洪库容调洪库容防洪限制水位防洪限制水位防洪库容防洪库容防洪高水位防洪高水位西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院三、水库的水量损失三、水库的水量损失(1)(1)蒸发损失蒸发损失 W W蒸蒸=(E E水水-E-E陆陆)A A年年10001000 其中:其中:W W蒸蒸一年内水库的蒸发损失量,一年内水库的蒸发损失量,m m3 3;E E水水一年内水面蒸发深度,一年内水面蒸发深度,mmmm;E E陆陆一年内陆面蒸发深度,一年内陆面蒸发深度,mmmm;A A年年水库计算面积,水库计算面积,kmkm2 2,即水库实际水面面积与建库,即水库实际水面面积与建库 前水面面积之差。
14、前水面面积之差。(2)(2)渗漏损失渗漏损失 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。用经验数据,作为估算渗漏损失的依据。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院四、水库淤积四、水库淤积 1 1、分类、分类 a.a.三角洲淤积。三角洲淤积。b.b.带形淤积。带形淤积。c.
15、c.锥形淤积。锥形淤积。三角洲淤积(官厅水库)三角洲淤积(官厅水库)1.1966.6淤积线淤积线2.1953.9原河床原河床带形淤积(丰满水库)带形淤积(丰满水库)1.1958淤积线淤积线2.1943原河床原河床锥形淤积(三门峡水库)锥形淤积(三门峡水库)1.1964年汛后淤积线年汛后淤积线2.1964年汛前河底线年汛前河底线西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 2 2、水库淤积的不良后果、水库淤积的不良后果 a.a.减少水库有效库容,甚至使水库完全失效,威胁水库减少水库有效库容,甚至使水库完全失效,威胁水库本身及下游安全。本身及下游安全。b.b.水库淤积使回水
16、上延,增加淹没、浸没损失。水库淤积使回水上延,增加淹没、浸没损失。c.c.泥沙进入引水渠或水轮机等,导致渠系淤积及水轮机、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。泄流设备的磨损。d.d.水库淤积会加大管理上的困难,影响正常工作。水库淤积会加大管理上的困难,影响正常工作。3 3、防止或减轻水库淤积的措施、防止或减轻水库淤积的措施 a.a.做好上游水上保持工作。做好上游水上保持工作。b.b.中小型水库采用长藤结瓜式工程布局。中小型水库采用长藤结瓜式工程布局。c.c.在坝底修建断面较大的底孔,或在坝旁建高程较低的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。泄洪隧洞
17、。d.d.建深水式拦河闸代替拦河坝。建深水式拦河闸代替拦河坝。e.e.大型水库采取蓄清排沙方式运行大型水库采取蓄清排沙方式运行西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院一、按调节周期分类一、按调节周期分类 调节周期,指水库的兴利库容从调节周期,指水库的兴利库容从库空库空蓄满蓄满放空放空的完整的蓄放过程。的完整的蓄放过程。西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院二、按水库任务分类二、按水库任务分类 三、按水库供水方式分类三、按水库供水方式分类 四、按径流利用程度分类四、按径流利用程度分类五、其它分类五、其它分类年兴WV日调节:日调节:0.08
18、年调节:年调节:0.08 0.3多年调节:多年调节:0.3 0.5西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院一、工作保证率和设计保证率一、工作保证率和设计保证率 保证率:在多年期间,各个用水部门能够按照保证率:在多年期间,各个用水部门能够按照正常用水的需要,正常工作的概率。正常用水的需要,正常工作的概率。年保证率:指多年期间正常工作年数占运行总年保证率:指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比年数的百分比。P P设设=正常工作年数正常工作年数/(总运行年数(总运行年数+1+1)100%100%100%100运行总年数工作遭破坏年数运行总年数运行总年数正常工作年数p西
19、北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院 历时保证率:指多年期间正常工作历时占总历历时保证率:指多年期间正常工作历时占总历时的百分比时的百分比。年保证率与历时保证率之间的转换:年保证率与历时保证率之间的转换:采用哪种形式计算工作保证率,视采用哪种形式计算工作保证率,视用水特性用水特性、水库调节性能水库调节性能及及设计要求设计要求等因素而定。蓄水式电站等因素而定。蓄水式电站、灌溉用水等,一般可采用年保证率;径流式电站、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,其、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门,其工作多按日计算,故多采用
20、历时保证率。工作多按日计算,故多采用历时保证率。%100p旬)运行总历时(日、月或或旬)正常工作历时(日、月%100/11mpp西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院二、设计保证率的选择二、设计保证率的选择 (一)水电站的设计保证率(一)水电站的设计保证率 装机容量小于装机容量小于25000 kW的小型水电站,设计保的小型水电站,设计保证率一般采用证率一般采用6590;以灌溉为主的农村小水;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;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大、中型水电站的设计保证率可参
21、照表2-2选值。选值。表表2-2 2-2 水电站设计保证率水电站设计保证率系统中水电站容量比重(系统中水电站容量比重(%)2525以下以下252550505050以上以上水电站设计保证率(水电站设计保证率(%)808090909090959595959898西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院(二)灌溉设计保证率(二)灌溉设计保证率 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,: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。由灌溉设施供水抗旱的保证程度。100%1总供水年数正常供水年数P 灌溉设计保证率选用的基本原则:南方地区比北灌溉设计保
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