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广义的水资源:指人类在一定的技术经济条件下能够直接或间接使用的地球上的各种水体。包括海洋、地下水、冰川、河流等各种水体的总称(气态,液态,固态) 狭义的水资源:指人类在一定的技术经济条件下能够直接使用的淡水。 3、水资源与人口、耕地、矿产资源分布不匹配 三峡水库   世界最大水利枢纽中国长江三峡水库大坝二00三年六月一日上午下闸蓄水成功。十五天后,三峡库区水位将达到135米高程。 全球水平衡(数据来自John Mbugua et al,1995) 2.3降水 一、降水的基本概念   从云雾中降落到地面的液态水或固态 水,如雨、雪、霰、雹、露、霜等称为降水。 降水是气象要素之一,也是自然界水循环和 水量平衡的基本要素之一,降水量时空分布 的变化规律直接影响河川径流情势,所以在 水文水利计算中必须研究降水,特别是降雨。 2. 降水的分类   按空气抬升形成动力冷却的原因可以把降水分为4种类型: (二)降雨的基本要素和表示方法 1.降雨的基本要素   降雨的性质和特征用以下几个基本要素 表示。       降雨量       降雨历时、降雨时间       降雨强度       降雨面积        1) 降雨量x   降雨量是指一定时段内降落在某一点或 某一流域面积上的水层深度,以mm为单位。 在表明降雨量时一定要指明时段,如次降雨 量、日降雨量等。 2) 降雨历时和降雨时间   降雨历时是指一次降雨自始至终所经历 的实际时间;降雨时间是根据需要人为划分 的时段,如1h、3h、6h、12h、24h、和1d、3d、 5d等,用以计算各时段内的降雨量。降雨历 时内的降雨是连续的;而降雨时间内的降雨 可能是连续的,也可能是间歇的。 3) 降雨强度i    降雨强度表示单位时间内的降雨量,以mm/min或mm/h计,简称雨强。雨强大小反映了一次降雨的强弱程度,故常用雨强进行降雨分级,常见分级标准见下表: 2. 降雨资料的图示   为了表示降雨在时间上的变化及空间上 的分布,常用以下图示方法: 降雨过程线 降雨累积曲线 降雨量等值线图法 1. 降雨过程线   降雨在时程上的分配可用降雨强度过程线表示。 常以时段雨量为纵坐标,时段时序为横坐标,采用 柱状图表示。 2. 降雨累积曲线   降雨过程也可用降雨量累积曲线表示。此曲线 横坐标为时间,纵坐标代表自降雨开始到各时刻降 雨量的累积值,如图示: 3. 降雨量等值线图法   降雨量等值线图是表示某一地区或流域 的次降雨量或时段(如小时、天、月、年) 降雨量地理分布的常用工具。它的具体做法 是:在地形图上将各雨量站相同起讫时间内 的时段雨量标注在相应的地理位置上,根据 直线内插的原理,考虑地形对降雨的影响, 勾绘出等值线。 (三)流域平均降雨量的计算      流域内各站降雨量是不同的,分析流域 降雨与径流关系时,需要由降雨量计算流域 平均面雨量,根据流域内雨量资料,常用以 下方法: 1. 算术平均法 2. 泰森多边形法 3. 等雨量线法 §2-4 蒸发与下渗 一、蒸发      蒸发是水文循环及水量平衡的基本要素 之一,对径流有直接影响。蒸发过程是水由 液态或固态转化为气态的过程,是水分子运 动的结果。流域的蒸发分为以下几种:    (一) 水面蒸发   水面蒸发是指江、河、水库、湖泊和沼 泽等地表水体水面上的蒸发现象。水面蒸发 是最简单的蒸发方式,属于饱和蒸发。影响 水面蒸发的主要原因是温度、湿度、风速和 气压等气象条件。   水面蒸发常用蒸发器进行观测。换算关 系为: (二) 土壤蒸发   土壤蒸发比水面蒸发要复杂得多。湿润 的土壤,其蒸发过程一般可以分为三个阶段。 (三)植物散发   土壤中的水分经植物根系吸收后,输送 至叶面,再从叶面散发到大气中,称为植物 散发。 (四) 流域总蒸发   流域总蒸发是流域内所有的水面、土壤以及植被蒸发与散发的总和。目前采用的方法是从全流域综合角度出发,用水量平衡原理来推算流域总蒸发量。 二、下渗   下渗是指降落到地面上的地下水从地表 渗入土壤的运动过程,作为降雨径流形成过 程中的一项重要因素,下渗不仅直接影响到 地面径流量的大小,也影响到土壤含水量及 地下径流量的消长。 下渗过程   下渗过程按水分所受的作用力及运动特征,可分为三个 阶段:   ①润阶段:下渗水分主要是在分子力的作用下,被土壤颗粒吸附而成为薄水膜。   ②毛管力,重力作用,在土壤孔隙中向下作不稳定流动,并逐步充填土壤孔隙,直到全部孔隙为水充满而饱和。   ③渗透阶段:当土壤孔隙被水充满而饱和时,水分在重力作用下呈稳定流动。 水文现象大多属于正偏,Cs>0 (PIII曲线)。统计参数对频率曲线的影响 为了避免适线时调整 参数的盲目性,必须了解 统计参数对频率曲线的影 响。 (1)均值 对频率 曲线的影响。CV 、 CS不 变, 越大,则频率曲 线越高,越陡。 (2)变差系数CV对频率曲线的影响。 、 CS不变,CV越大,频率曲线变幅越大,左上方向高处上 升,右下方向低处下 降。 (3)偏态系数CS对 频率曲线的影响。 、 CV不变,CS>0 ,若CS增大,曲线左 上端逐渐变陡,右下 端变缓,中间段下 凹。 1. 相关的种类 根据变量之间相互关系的密切 程度,变量之间的关系有三种情况: (1)完全相关(函数关系)。两个变量x与y之间,如果每给定一个x值,就有一个完全确定的y值与 之对应,则这两个变量之间的关系就是完全相关(或称函数相关)。完全相关的形式有直线关系和曲线 关系两种(如图所示) 。 (3)相关关系。若两个变量之间的关系界于完全相关和零相关之间,则称为相关关系或统计相关(如图所示)。 3. 相关分析的内容 相关分析的内容一般包括三个方面: (1)判定变量间是否存在相关关系,若存在,就建立 它们之间的相关关系的方程式并计算其相关系数,以判断相 关的密切程度。 (2)根据自变量的值,预报或延长、插补倚变量的 值,并对该估值进行误差分析。 (3)进行因素分析。在对于共同影响一个变量的许多 因素中,确定哪些是主要因素,哪些是次要因素,并找出这 些因素间的关系。 二、 简单直线相关 1. 相关图解法 设xi、 yi 代表同步系列的观测值,共有n对,以自变量xi 为横坐标值,以倚变量yi为纵坐标值,把它们的对应值点绘 于方格纸上,得到很多相关点。如果相关点的平均趋势近似 直线,则判定为简单直线相关。用图解法或计算法求出两变 量的直线方程式: y=a + bx (4-50) 式中 x——自变量; y——倚变量; a、b——待定常数, a表示直线在纵轴上的截距, b为 直线的斜率。 2. 相关计算法 为避免相关图解法在定线上的任意性,常采用相关计算法来确定的方程,待定常数a、b由计算公式确定。 第五章 设计年径流分析计算 5.1 概述 5.2 有长期资料时设计年径流量及年内分配分析计算 5.3 具有短期实测资料时设计年径流量计算 5.4 缺乏资料时设计年径流量计算 5. 5流量历时曲线 第六章 小流域设计洪水的计算 6.1 概述 6.2 由流量资料推求设计洪水 6.3 由暴雨资料推求设计洪水 6.4 小流域设计洪水估算 §6.1 概 述 一、洪水与设计洪水 流域内发生暴雨或融雪时所形成的大量地 面径流汇入河流,使河流中流量激增,水位 猛涨,这便形成了洪水。 减少洪水威胁或根治洪灾,主要措施有两类: (1)工程措施。采用一系列水利工程来防止或减轻洪灾损失,常见的工程措施有: 蓄洪滞洪工程:湖泊、库、分滞洪区 挡水防潮工程:闸、坝、堤防、防洪墙 排水泄洪工程:河道、排水渠、管道、泵站 伴 水 工 程:桥梁、码头、沿河建筑 (2)非工程措施。指防洪工程以外的各种防止和减轻 洪灾损失的措施。 为了解决一个地区或流域的防洪问题,需要作全流域的 防洪规划,包括选定各种工程或非工程措施的布设方案以及 每项防洪工程的规模尺寸,为此,在规划设计和运用管理这 些措施时就会遇到一些水文问题。 总的来说,设计洪水计算的目的是通过对暴雨、洪水等 资料分析,寻求它们的规律,从而对未来长时期内的洪水情 势作出切实可靠的预估,推求出在设计地点将来可能出现的 符合设计标准的洪水。 对于水利枢纽工程的防洪问题,可分作两类。一 类是水库下游地区的防洪问题,另一类是水库本身 安全的防洪问题。为考虑自身的安全要进行防洪计 算,以确定水库的设计洪水位、校核洪水位、调洪 库容和坝高等。 二、设计洪水和设计标准 设计洪水是指符合设计频率并用于工程设计的 一次洪水。 设计洪水包括洪峰流量、洪水总量和洪水过程 线三部分。 设计标准就是工程遭受破坏的风险。用洪水发 生的频率或重现期来定义。 水利水电工程建筑物的设计标准取决于建筑物 的等级,并分为正常应用(设计标准)和非常应用 (校核标准)两种情况。按正常运用的洪水标准算 出来的洪水称为设计洪水。 当河流发生比设计洪水更大的洪水时,选定一 个标准称为校核标准。 三、设计洪水计算的内容和方法 设计洪水计算内容一般包括设计洪峰流量、不同时段的设计洪水总量和设计洪水过程线三项。工程特点不同,需要计算的设计洪水内容和重点也不同。 §6.2 由流量资料推求设计洪水 一、洪水资料的选样与审查 采用洪峰流量和洪水总量作为特征值进行频率 计算,应采用年最大值原则选取洪水系列,即从资 料中逐年选取一个最大流量和固定时段的最大洪水 总量,组成洪峰流量和洪量系列。 ◆洪水资料的审查与处理 洪水资料包括实测洪水资料和调查的历史洪水 资料,是洪水频率计算的基础,是决定计算成果精 度的关键。在频率计算前一定要对它们的可靠性、 一致性和代表性进行审查和处理。 1. 洪水资料可靠性审查与修正 2. 洪水资料一致性审查与还原 3. 洪水资料系列的代表性分析与展延 ◆洪水资料的插补延长 根据短系列洪水资料进行频率计算,成果可能有相当大 的误差,满足不了洪水分析计算的要求,为扩大样本容量, 减小抽样误差,常用途径是插补展延洪水资料系列,插补延 长的方法一般有以下几种。 1. 根据上下游站的洪水特征值相关关系进行插补延长 2. 利用本站峰量关系进行插补延长 3. 利用暴雨径流关系进行插补延长 4. 根据相邻河流测站的洪水特性特征值进行延长 二、设计洪峰流量和洪量系列的频率计算 ◆历史特大洪水调查的意义 我国河流的实测流量资料系列一般不长,通过 插补延长的系列也极有限。若只根据短系列资料做 频率计算,所得成果很不稳定。往往出现一次新的 大洪水以后,就使设计数值发生变动,如果在频率 计算中能够正确利用特大洪水资料,所得成果就比 较稳定。 所谓特大洪水是指比系列中一般洪水大得多的 洪水,并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其 重现期。 特大洪水可以发生在实测流量期间的n年之内, 也可以发生在实测流量期间的n年之外,前者称资料 内特大洪水,后者称资料外特大洪水(历史特大洪 水)。 ◆历史特大洪水的调查方法 历史洪水调查的主要内容有:洪水发生时间、 洪水位、洪水过程、主流方向、断面冲淤变化及影 响河道糙率的因素,并了解雨情、灾情、洪水来 源、有无漫流、分流、壅水、死水,以及流域自然 条件等情况。在此基础上,还要进行洪水痕迹高程 测量及行洪断面测量。 洪水调查的方法是进行访问、实地查勘和查阅 历史文献档案。 ◆历史特大洪水大调查考证期中的排位分析 大历史特大洪水的洪峰、洪量定量以 后,要对历史洪水大某一时期内的以分析, 即确定它们的排位期N和排位序号M,以计算 它们的经验频率。 排位分析时常可分出三种排位期。 (1)考证期N1。 (2)调查期N2 。 (3)实测期n。 (三)洪峰流量经验频率的计算 ◆ 经验频率的计算 洪水系列(洪峰或洪量)有两种情况。一是系 列中没有特大洪水值,大频率计算时各项数值直接 按大小顺序统一排位,各项之间没有空位,序数m 是连序的,称为连序系列。二是系列中有特大洪水 值,特大洪水值的重现期(N)必然大于实测系列 年数n,而大N-n年内各年的洪水数值无法查得, 它们之间存在一些空位,由大到小是不连序的,称 为不连序系列。 不连序系列的经验频率,有两种估算方法。 1. 独立样本法 一般洪水的经验频率为: 特大洪水的经验频率为: 2. 统一样本法 n项实测一般洪水中第m项的经验频率为: 式中 m=1,2,…,n 若实测系列中有l项作为特大值处理,则为: 式中 m=l+1,l+2,…,n (四) 统计参数的计算 用目估配线法确定统计参数,计算公式 如下: ◆推求设计洪峰、洪量 根据上述方法计算的参数初估值,用适线法求 出洪水频率曲线,然后 大频率曲线上求得相应于设计频率的设计洪峰和各统计时段的设计洪量。 【例6-1】 三、 设计洪水过程线 设计洪水过程线是指具有某一设计标准的洪水 过程线。 为了适应工程设计要求,目前采用放大典型洪 水过程线的方法,使其洪峰流量和时段洪水总量的 数值等于设计标准的频率值,即认为所得的过程线 是待求的设计洪水过程线。 放大典型洪水过程线时,可选用同频率放大法 和同倍比放大法。 (一)典型洪水过程线的选择 典型洪水过程线是放大的基础,从实测洪水资 料选择典型时,资料要可靠,同时考虑下列条件: (1)选择峰高量大的洪水过程线。 (2)要求洪水过程线具有一定的代表性。 (3)从水库防洪安全着眼,选择对工程防洪运用较为不利的大洪水典型。 (二)典型洪水过程线的放大 1. 同倍比放大法 放大系数k的计算公式如下: 2. 同频率放大法 各种放大倍比的计算公式如下: §6-3 由暴雨资料推求设计洪水 我国大部分地区的洪水主要由暴雨形成。 在实际工作中,中小流域常因流量资料不足 无法直接用流量资料推求设计洪水而暴雨资 料一般较多,因此可用暴雨资料推求设计洪 水。 二、设计暴雨计算 (一)设计暴雨的推求 1)推求设计洪水。 2)推求设计洪水过程线。由求得的设计暴雨, 利用产流方案推求设计净雨过程,利用流域汇流方 案由设计净雨过程求得设计洪水过程。 由暴雨资料推求设计洪水,其基本假定是设计 暴雨与设计洪水是同频率的。 ◆暴雨资料的收集 暴雨资料的主要来源是国家水文气象部门所刊 印的垣站网观测资料,但也要注意收集有关部门专 用雨量站和社队群众雨量站的观测资料。强度特大 的暴雨中心点雨量,往往不易为雨量站测到,因此 必须结合调查收集暴雨中心范围和历史上特大暴雨 资料,了解当时雨情,尽可能估计出调查地点的暴 雨量。 ◆暴雨资料的审查 我国暴雨资料按其观测方法及观测次数不同, 分为日雨量资料、自记雨量资料和分段雨量资料三 种。 暴雨资料应进行可靠性审查,重点审查特大或 特小雨量观测记录是否真实,有无错记或漏测情 况,必要时予以纠正。检查自记雨量资料有无仪器 故障的影响,并与相应时段雨量观测记录比较,尽 可能审定其准确性。 ◆统计选样 在收集流域内和附近雨量站的资料并进行分析审查的基础上,先根据当地雨量站的分布情况, 选定推求流域平均(面)雨量的计算方法(如算术 平均法、泰森多边形法或等 雨量线法等),计算每 年各次大暴雨的逐日面雨量;然后选定不同的统计 时段,按独立选样的原则,统计逐年不同时段的年 最大面雨量。 对于大、中流域的暴雨统计时段,一般取1d、 3d、7d、15d、30d,其中1d、3d、7d暴雨是一次暴雨的核心部分,是直接形成所求设计洪水的总分 而统计更长时段的雨量则是为了分析暴雨核心总分起始时刻流域的蓄水状况。 ◆面雨量资料的插补展延 一般来说,以多站雨量资料求得的流域平均雨 量其精度较少站雨量资料求得的为高。为提高面雨 量资料的精度,需设法插补展延较短系列的多站面 雨量资料。一般 可利用近期的多站平均雨量x多与同期少站平均雨量x少建立相关关系。基相关关系好,可利用相关线展延多站平均雨量作为流域面雨量。 ◆暴雨的时面深关系 1. 平均雨量——面积曲线 如图所示,可以看出平均雨量随笼罩面积的增 大而减小。 2. 平均雨量——历时——面积曲线 由图可知,当降雨历时一定时,暴雨所笼罩的 面积愈大,则平均雨量愈小;当暴雨笼罩面积一定 时,历时愈长,雨量愈大。 ◆点面关系 暴雨的点面关系在设计计算中,有以下两种区别和用法。 1. 定点定面关系 对于一次暴雨某种时段的固定暴雨量,有一个相应的固定面暴雨量,则在定点定面条件下的点面折减系数α0: 2. 动点动面关系 在缺乏暴雨资料的流域上求设计面暴雨量时, 以暴雨中心点面关系代替定点定面关系,即以流域 中心设计点暴雨量及地区综合的暴雨中心点面关系 去求设计面暴雨量。这种暴雨中心点面关系是按照 各次暴雨的中心与暴雨分布等值线图求得的,各次 暴雨中心的位置和暴雨分布不尽相同,所以说是动 点动面关系。 三、 设计净雨的推求 ◆特大值的处理 特大值处理的关键是确定重现期。对特大暴雨 的重现期必须作深入细致的分析论证,若没有充分 的依据,就不宜作特大值处理,若误将一般大暴雨 作为特大值处理会使频率计算成果偏低,影响工程 安全。 ◆直接法求设计面雨量 面雨量统计参数的估计,一般采用适线法。 ◆间接推求设计面暴雨量 1. 设计点暴雨量的计算 推求设计点暴雨量,此点最好在流域的形心 处,如果流域形心处或附近有一观测资料系列较长 的雨量站,则可利用该站的资料进行频率计算,推 求设计暴雨量。若长系列站不在流域中心附近,可 先求出流域内各测站的设计点暴雨量,然后绘制设 计暴雨量等值线图,用地理插值法推求流域中心站 的设计暴雨量。 2. 设计面暴雨量的计算 流域中心设计点暴雨量求得后,要用点面关系 折算成设计面暴雨量。 ◆设计暴雨时程分配的计算 1. 典型暴雨的选择和概化 典型暴雨过程应在暴雨特性一致的气候区内选 择有代表性的面雨量过程,若资料不足也可由点暴 雨量过程来代替。 2. 缩放典型过程,计算设计暴雨的时程分配 选定了典型暴雨过程后,就可有同频率设计暴 雨量控制方法,对典型暴雨分段进行缩放。 ◆设计净雨计算 净雨量是指降雨扣除损失后剩余的雨量,又称 为产流量。设计净雨的推求也就是设计条件下产流 量的推求,是从设计暴雨中扣除损失量的计算过 程。通常用间接的方法来确定,其常用方法有降雨 径流相关图法和初损后损法两种。 (二)降雨径流相关法 1. 降雨径流相关图 降雨径流相关图是指流域面雨量与所形成的径 流深及影响因素之间的相关曲线。 一般以次降雨量H为纵坐标,以相应的径流深Y为横坐标以流域前期影响雨量Pa为参数,然后按点群分布的趋势和规律,定出一条以Pa 为参数的等值线。如图所示。 2. 降雨径流相关图的应用 利用降雨径流相关图由设计暴雨及过程可查出 设计净雨及过程。其方法是由时段累加暴雨量查降 雨——径流相关图曲线得相应的时段累加净雨量, 然后相邻累加净雨量相减得到各时段的设计净雨 量。 由实测降雨径流资料建立起来的降雨——径流 相关图,应用于设计条件时,必须处理如下两方面 的问题: (1)降雨径流相关图的外延。 (2)设计条件下PαP的确定。 设计产流过程的推求:利用降雨——径流相关 图和PαP值,推求产流过程的具体步骤如下: 1)雨量过程按时序逐时段累加起来,求得时段累 积雨量H1=ΔH1,H2=H1+ΔH2 ,H3=H2+H3 ,…。 2)在y = f(H1 + PαP )图上,用时段累积雨 量加PαP值为纵坐标值,查读横坐标值,求得时段 累积径流深Y1、Y2、Y3 …。 3)将各时段累积径流深相减,即求得各时段径 流深,从而也就求得了产流过程,即ΔY1=Y1, ΔY2=Y2-Y1 ,…。 3. 设计净雨的划分 对于湿润地区,一次妊所产生的径流量包括地 面径流和地下径流两部分。由于地面径流和地下径 流的汇流特性不同,在推求洪水过程线时要分别处 理。为此在由降雨径流相减图求得设计净雨过程 后,需将设计净雨划分为设计地面净雨和设计地下 净雨两部分。按蓄满产流方式,当流域降雨使包气 带缺水得到满足后,全部降雨形成径流,其中按稳 定入渗率fc入渗的水量形成地下径流fg,降雨强度i超过的那部分水量形成地面径流fs。 高时段为Δt,时段净雨为h,则 1)当i>fc时,hg=fcΔt , hs = h- hg=(i- fc )Δt 。 2)当i≤fc时,hg=h= iΔt , hs = 0。 (三)初损后损法 初损后损法把实际的下渗过程简化为初损和后损两个阶段。产流以前的总损失水量成为初损,记为I0,后损是流域产流以后下渗的水量,以平均下渗率 表示。 四、 设计洪水过程线 由径流形成过程可知,流域上各点产生 的净雨,经过坡地和河网汇流形成出口断面 流量过程线的整个过程为流域汇流。设计洪 水过程线的推求,就是设计净雨的汇流计 算。一般中小流域的设计地面洪水过程线采 用综合单位线法来推求。设计地下洪水过程 线采用简化的方法推求。综合单位线又分为 综合时段单位线和综合瞬时单位线两种。 ◆时段单位线及其应用 1. 单位线的基本概念 单位线是指在给定的流域上,单位时段内均匀 降落单位深度的地面净雨,在流域出口断面形成的 地面径流过程线称为单位线(如图所示)。单位净 雨一般取10mm,单位时段可取1h、3h 、6h 、12h、 24h等,依流域大小而定。 单位线包围的面积W(径流量)换算成径流Y应 为10mm,可据此校核单位线。 由于实际的净雨不一定正好是一个单位和一个时段,所以分析使用时有如下两条假定: 1)倍比假定 2)叠加假定 2. 单位线的推求 (1)直接分析法。 (2)试错优选法。 3. 单位线的时段转换 单位线应用时,往往因实际降雨历时和书籍单 位线的时段长不相符合,不能任意移用。另外,在 对不同流域的单位线进行地区综合时,各流域的单 位线也应取相同的时段长才能综合。解决上述问题 的方法就是进行单位线的时段转换,最常用的方法 是S曲线法。如图所示。 4. 单位线的应用 根据单位线的设计净雨过程可推求流域出口断 面处的地面流量过程线,将此过程加上相应基流过 程,即可得到设计洪水过程线。计算步骤如下: 1)将设计暴雨过程经产流计算后求得设计净雨 过程,并将各时段净雨深化为单位净雨(10mm)的 倍数。 2)以各时段净雨倍数分别乘以单位线的坐标 值,并按时序以此错开一个时段相加,即求得设计 净雨过程产生的地面流量过程。 3)将所求得的地面满州里过程线加上相应的地 下径流过程,即为流域出口断面的设计洪水流量过 程线。 5. 单位线法存在的问题及处理方法 (1)净雨强度对单位线的影响及处理方法。 (2)净雨地区分布不均匀的影响及处理方法。 一、小流域设计洪水的特点 小流域设计洪水计算方法主要有经验公式法、 推理公式法、综合单位线法以及水文模型等方法。 推理公式法采用暴雨公式推求设计暴雨,并以 洪水形成原理为基础,对流域的产流汇流各环节进 行概化,建立推理公式计算设计洪峰流量。 小流域设计洪水主要是确定洪峰流量,即暴雨 过程中强度最大的核心部分(造峰暴雨)。 小流域汇流时间较短,可假定造峰暴雨在时程 上分布均匀。因此小流域设计暴雨计算,实际上是 计算设计时段内某种频率的平均暴雨强度。也可用 点雨量代替面雨量。 二、 暴雨公式 常用暴雨公式如下: 或 第七章 径流调节计算 §7-1 概述 §7-2 水库特性 §7-3 兴利调节分类 §7-4 兴利调节计算 §7-5 水库防洪调节计算及防洪调度 设计兴利库容的推求 (1)长系列法 对n年用水资料进行兴利调节计算,可求得n个V兴,按递增顺序(从小到大)排列, V兴1, V兴2, V兴3,……,计算其频率P1, P2, P3,……,绘制V兴~P曲线,在曲线上查得设计频率P设对应的V兴就是所求的设计兴利库容。 设计兴利库容的推求 (2)设计代表年法 在n年用水资料中,根据频率分析选一个符合P设的代表年(设计枯水年),对此进行调解计算,所得出的V兴就是所求的设计兴利库容。 【例题1】某水库坝址多年平均流量为510m3/s,设计枯水年的月平均流量如下表所示,当兴利库容为20×108m3时,求设计枯水年的调节流量和调节系数。 【例题2】某年调节水电站的正常蓄水位Z蓄=760m,死水位Z死=720m。已知水库水位容积曲线和设计枯水年入库径流资料;按等流量调节方式,计算设计枯水年水电站的蓄水量的变化过程和出库流量过程。 7.5水库防洪调节计算及防洪调度 一、水库的调洪作用 如图所示,Q-t为入库设计洪水流量过程, q-t为下泄流量过程, Z-t为水库水位变化过程。 二、水库防洪调节计算的任务与基本原理 1. 水库防洪调节计算的任务 (1)规划设计阶段:根据水文计算提供的设计洪水资料,通过调节计算和工程的效益投资分析,确定水库的调洪库容、最高洪水位、最大泄流量、坝高和泄洪建筑物尺寸。 (2)运行管理阶段:求出某种频率洪水(或预报洪水)在不同防洪限制水位下水库洪水位与最大下泄流量的定量关系,为编制防洪调度规程制订防洪措施提供科学依据。 水库防洪调节计算主要有三个步骤: 1)拟定比较方案:根据地形、地质、施工条件 和洪水特性,拟定若干个泄洪建筑物型式、位置、 尺寸以及起调水位方案。 2)调洪计算:求得每个方案相应于各种安全标 准设计洪水的最大泄流量、调洪库容和最高洪水 位。 3)方案选择:根据调洪计算成果,计算各方案 的大坝造价、上游淹没损失、泄洪建筑物制冷、下 游堤防造价及下游受淹损失等,通过技术经济分析 与比较,选择最优方案。 2. 水库防洪调节计算的基本原理 水库调洪计算的基本原理是逐时段联立求解水 库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程。水库的水量平衡方程表示为:(如图所示) 水库的泄洪建筑物主要是指溢洪道和泄洪洞, 水库的泄流量已经它们的过水流量。在溢洪道无闸 门控制或闸门全开的情况下,其泄流量可按堰流公 式计算: 泄洪洞的泄流量可按有压管流计算: 在水库的泄洪建筑物型式和尺寸一定的情况 下,其泄流量只取决于水头H。而根据水库的水 位—库容曲线Z—V可知,泄流水头H是水库蓄水量 V的函数,所以泄流量q也是水库蓄水量V的函数, 即 联立求解方程式可求得时段末的水库蓄水量V2 和泄流量q2。逐时段联解可求得与入库洪水过程相 应的水库蓄水过程和泄流过程。 三、 无闸门控制的水库防洪调节计算 1. 列表试算法 其主要步骤如下: 1)确定水库的入库洪水过程线。 2)根据水位—库容曲线和拟定的泄洪建筑物类型尺寸,用水力学公式计算并绘制水库的下泄流量与库容的关系曲线q=f(V)。 3)选取合适的计算时段Δt,由设计洪水过程 线摘录Q1、 Q2 、 Q3等。 4)确定计算开始时刻的q1 、 V1 ,然后列表试 算。试算方法:由起始条件已知的V1 、 q1和入库流 量Q1 、 Q2 ,假设时段末的下泄流量q2 ,就能求出 时段末水库的蓄水变化量ΔV , V2 = V1 + ΔV ; 用V2查q—V曲线得q2 ,若与假设的q2相等,则q2即 为所求,若两者不等,则说明假设的q2与实际不 符,需重新假设,直到两者相等为止。 5)将上一时段末的q2 、 V2作为下一时段的 ql 、 V1 ,重复上述计算,求出下一时段的q2 、 V2 。这样,逐时段试算就可求得水库泄流过程线和 相应的水库蓄水量过程线。 6)将入库洪水过程线Q—t和计算的水库泄流量 过程线q—t点绘在一张图上,若计算的最大泄流量 qm正好是两线的交点,则计算的qm是正确的。否 则,应缩短交点附近的计算时段,重新进行试算, 直至计算的qm正好是交点为止。 2. 半图解法 用图解和计算相结合的方式求解,这种方法称 为半图解法,常用的有双辅助线法和单辅助线 法。

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