发布时间 : 星期五 文章《工程水文及水利计算》11第十一章 水库兴利调节计算更新完毕开始阅读aa5ccad7c1c708a1284a443f
远景治理效果作为近期规划的依据；其次在坝底或坝身的不同高程上设置泄水孔，以便把较细的沙粒，在未来得及沉淀于库底前，就随水流排往下游。此外，结合水库运行调度，可采取蓄清排浑的运行方式，即在汛期主要来沙季节，选择一段时间作为排沙期，排沙期后蓄水兴利；或抓住洪峰前后出现高含沙量的特点，采取洪峰前后排沙，洪峰过后蓄水。以避开拦截沙峰入库，减轻淤积数量。这些都是多沙河流水库调度的专门问题。
第二节 设计标准和设计代表期
任何水资源工程从规划设计到投入使用，总有一个时间过程。较大的工程往往长达几年或十几年，工程投入使用后的正常使用期一般可达几十年或上百年。在这期间随着社会生产力的发展和人们生活水平的提高，生产和生活对水资源的需求量也随之扩大，而水资源本身又是随机多变的。因此，在规划设计水资源工程时，首先要解决的是，在什么样的来水情况下满足不同时候的需水要求，以及满足这种需水要求的保证程度。这就是所谓设计代表期、设计水平年和设计保证率的问题。其中设计水平年和设计保证率可概括为兴利方面的设计标准问题。
一、设计水平年
设计水平年是指与电力系统的电力负荷水平相应的未来某一年份，并以该年的国民经济状况与社会背景下的综合用水需求作为水利水电枢纽规划设计的依据。各用水部门的需水量随着国民经济的发展而逐年增长；而水利工程从规划到建成，再从投入运行到正常运行，往往需要长达十几年或更长的时间。因此，必须通过论证，合理选定未来的某一年份作为设计水平年，对该年各用水部门的用水量作出预测，并以此作为确定水利工程规模的依据。
水利工程的设计水平年，应根据其重要程度和工程寿命确定。一般的水利工程，可采用设计水平年和远景水平年两种需水量水平。设计水平年作为水利工程的依据，并按远景水平年进行校核。对于特别重要工程规模的确定，应尽量考虑得更长远一些。水电工程一般采用第一台机组投入后的5～10年作为设计水平年。所选设计水平年应与国民经济五年计划分界年份相一致。
综合利用水利枢纽应先论证、拟定各需水部门的设计水平年。对于以发电为主的综合利用枢纽，设计水平年的选择应根据地区的水力资源比重、水库调节性能及水电站的规模等情况综合分析确定。例如对于水力资源不丰富、水电比重小的地区，当设计水电站的规模较大，调节性能较高时，考虑到远景系统调峰的需要，设计水平年应适当选得远一些。承担灌溉任务的水利枢纽，在考虑其设计水平年时，必须结合灌区规划考虑其近期水平及灌区达到最终规模的需水水平。对于航运和给水部门的设计水平年的确定，主要是考虑航运最终发展的客运、货运规模和船只的吨位、城市人口发展和工矿企业的最终生产能力等因素。确定综合利用工程规模应以主要需水部门的设计水平年为依据，并考虑其他需水部门在该水平年的需水要求，然后再结合远景水平年的确定，适当考虑各需水部门的远景需水要求。
二、设计保证率
由于河川径流具有多变性，如果在稀遇的特殊枯水年份也要保证各兴利部门的正常用水需要，势必要加大水库的调节库容和其他水利设施。这样做在经济上是不合理的，在技术上也不一定行得通。为了避免不合理的工程投资，一般不要求在将来水库使用期间能绝对保证正常供水，而允许水库可适当减少供水量。因此，必须研究各用水部门允许减少供水的可能性和合理范围，定出多年工作期间用水部门正常工作得到保证的程度，即正常供水保证率，或简称设计保证率。由此可见，设计保证率是指工程投入运用后的多年期间用水部门的正常用水得到保证的程度，常以百分数表示。
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设计保证率通常有年保证率和历时保证率两种形式。
年保证率P设指多年期间正常工作年数（即运行年数与允许破坏年数之差）占总运行年数的百分比， 即
P设?正常工作年数?100%运行总年数 （2－14）
所谓破坏年数，包括不能维持正常工作的任何年份，不论该年内缺水时间的长短和缺水数量的多少。
?是指多年期间正常工作的历时(日、旬或月)占总运行历时的百分比，即 历时保证率P设正常工作时间（日、旬 P设??或月）月）?100% （2－15）
运行总时间（日、旬或采用什么形式的保证率，可视用水特性、水库调节性能及设计要求等因素而定。如灌溉水库的供水保证率常采用年保证率；航运和径流式水电站，由于它们的正常工作是以日数表示的，故一般采用历时保证率。
设计保证率是水利水电工程设计的重要依据，其选择是一个复杂的技术经济问题。若选得过低，则正常工作遭破坏的机率将会增加，破坏所引起的国民经济损失及其不良影响也就会加重；相反，如选得过高，用水部门的破坏损失虽可减轻，但工程的效能指标就会减小(如库容一定时，保证流量就减小)，或工程投资和其他费用就要增加(如用水要求一定时，库容要加大)。所以，应通过技术经济比较分析，并考虑其他影响，合理选定设计保证率。由于破坏损失及其他后果涉及许多因素，情况复杂，难以确定，目前在设计中主要根据生产实践积累的经验，并参照规范选用设计保证率。
选择水电站设计保证率时，要分析水电站所在电力系统的用户组成和负荷特性、系统中水电容量比重、水电站的规模及其在系统中的作用、河川径流特性及水库调节性能，以及保证系统用电可能采取的其他备用措施等。一般地说，水电站的装机容量越大，系统中水电所占比重越大，系统重要用户越多，河川径流变化越剧烈，水库调节性能越高，水电站的设计保证率就应该取大一些。可参照表2－1提供的范围，经分析选定水电站的设计保证率。
表2－1 水电站设计保证率
50以上 95～98 注：表中数据引自我国水利部颁布的《水利水电工程水利动能设计规范》SDJ 11－77 选择灌溉设计保证率，应根据灌区土地和水利资源情况、农作物种类、气象和水文条件、水库调节性能、国家对该灌区农业生产的要求以及工程建设和经济条件等因素进行综合分析。一般地说，灌溉设计保证率在南方水源较丰富地区比北方地区高，大型灌区比中、小型灌区高 ，自流灌溉比提水灌溉高 ，远景规划工程比近期工程高。可参照表2－2，适当选定灌溉设计保证率。
表2－2 灌溉设计保证率
年设计保证率（%） 50～75 缺水地区 70～80 70～80 水源丰富地区 75～95 注：表中数据引自我国水利部颁布的《灌溉排水渠系设计规范》SDJ 217－84
由于工业及城市居民给水遭到破坏时，将会直接造成生产上的严重损失，并对人民生活有
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 电力系统中水电站容量比重（%） 水电站设计保证率（%） 25以下 80～90 25～50 90～95 － 22 －
极大影响，因此，给水保证率要求较高，一般在95%～99%（年保证率），其中大城市及重要的工矿区可选取较高值。即使在正常给水遭受破坏的情况下，也必须满足消防用水、生产紧急用水及一定数量的生活用水。
航运设计保证率是指最低通航水位的保证程度 ，用历时(日)保证率表示。航运设计保证率一般按航道等级结合其他因素由航运部门提供。一般一、二级航道保证率为97%～99%，三、四级航道保证率为95%～97%，五、六级航道保证率为90%～95%。
三、设计代表年和代表期的选择
由设计保证率的概念可知，正常供水的保证程度是相对某一水库多年运用结果而言的。在详细设计阶段，一般可根据长系列水文资料，通过逐时段的调节计算求得正常供水量、调节库容及相应设计保证率之间的关系。但在初步规划阶段，未定因素较多，为了减少进行多方案比较的计算工作量，常从长系列的水文资料中选择一些代表年或代表期的径流资料进行调节计算。
（一）设计设表年
在规划设计中常用的设计代表年有设计枯水年、中水年和丰水年。设计枯水年是指与设计保证率P设有一定对应关系的年份，即用该年的径流资料进行调节计算求得的成果（所需的兴利库容或所提供的调节流量）可反映设计保证率的要求；设计中水年指年径流接近于多年平均情况的年份，对该年径流资料进行调节计算所得的成果用于反映水利工程的多年平均效益。设计丰水年一般选年径流频率相当于1－P设的年份为代表，对该年径流资料进行调节计算所得的成果反映丰水条件下的兴利情况。
设计枯水年的选择，视计算要求和简化程度的不同，通常可采用下列方法之一。
1. 水量选年法
以设计枯水年为例，根据历年径流资料，分别绘制年水量（或枯季水量）频率曲线，在曲线上查得与设计保证率P设相应的年水量（或枯季水量）。用《工程水文学》的方法可从实测径流系列中选出年水量接近的年份推出设计枯水年年内分配情况。一般地讲，枯水期水量的多少与供水期正常供水的情况关系更为密切。
类似地，对设计中水年和丰水年，则可分别以多年平均水量（或p＝50%）和（1－P设）相应的年水量选择年内分配。
2. 调节流量选年法
因为供水期起始日期除与径流年内分配有关外，还与有效库容的大小有关，因此，按每年固定划分的枯水期径流频率曲线选择设计枯水年可能不确切。按水库供水期的调节流量选择设计枯水年，可以更准确地反映设计保证率。当水库兴利库容为已知量时，采用径流调节简化计算法对年径流系列可求得各年的供水期调节流量，经统计计算求得与各年调节流量相应的经验频率值，绘出调节流量与经验频率的关系曲线。据此曲线即可选出频率相当于设计保证率P设 的年份作为设计枯水年，相应的调节流量即为设计调节流量。
(二)设计代表期
设计代表期是指一个长达若干年的代表性时期，可用该时期径流资料进行径流调节计算的成果来近似地反映长系列径流调节计算的结果。与设计代表年类似，设计代表期也是径流调节的一种简化法，它适用于多年调节水库。设计枯水年组及中水代表期是常采用的两种代表期。
1. 设计枯水年组
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多年调节水库调节周期为若干年。一般情况下，由于水文资料的限制，能获得的完整调节周期数是不多的。因此，很难通过枯水年系列频率分析来选定设计枯水年组，通常采用扣除允许破坏年数的方法加以确定，即
T破?n?P设（n?1) （2－l6） 式中：T破——允许破坏年数；
n——水文系列总年数； P设——设计保证率。
按式（2－l6）计算在设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数，然后在实测水文系列中选出最严重的连续枯水年组，逆时序从该枯水年组末扣除允许破坏年数，余下的即为所选的设计枯水年组。还必须对其他枯水年组进行校核，若其他年组出现破坏，则应从T破中扣除其他年组的破坏年数。用设计枯水年组进行多年调节水库的调节计算可近似地反映兴利库容、调节流量与供水保证率之间的关系。 2. 中水代表期
采用中水代表期进行径流调节计算的目的是推求水库的多年平均效益指标。选择中水年组时应考虑以下条件：
（1）代表期应有丰、中、枯水年，至少有一个完整的调节周期； （2）代表期的平均流量与长系列径流资料的多年平均流量相近； （3）代表期的年径流变差系数Cv与长系列相近。
第三节 径流调节的作用及分类
一、径流调节的涵义
广义的径流调节是指整个流域内，人类对地面及地下径流的自然过程的一切有意识的干涉。例如，群众性的农田水利工程，包括塘堰、闸坝、河网等蓄水、拦水、引水措施，以及各种农、林措施和水土保持工程等。这些措施改变了径流形成的条件，对天然径流起一定的调节作用，有利于防洪兴利。
狭义的径流调节是指河川径流在时间和地区上的重新分配，即通过建造和运用水资源工程(枢纽等)，将汛期过多的河川径流量蓄存起来，待枯水期来水不足时使用；在地区上根据需要进行水量余缺调配，如引黄(河)济卫(海河支流卫河)、引滦(河)济津(天津)以及正在研究并已局部实施的南水北调工程等。地区间的径流调配调节 ，其影响范围和经济意义更大，工程投资也更为可观。
二、径流调节的作用
众所周知，河川径流在一年之内或者在年际之间的丰枯变化都是很大的。我国河流年内洪水季的水量往往要占全年来水总量的70%～80%。河川径流的剧烈变化，给人类带来很多不利的后果，如汛期大洪水容易造成灾害，而枯水期水少，不能满足兴利需要。因此，无论是为了消除或减轻洪水灾害，还是为了满足兴利需要，都要求采取措施，对天然径流进行控制和调节。
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