水利水文计算探讨

水利工程建设目的在于通过各种施工调节、改变区域水量分布状况和地区水利条件，使之符合工业、农业及其他各部门的需要。水利工程从修建到运用，一般要经过规划设计、施工、管理三个阶段，每一个阶段都需要进行水文水利计算工作。水文工作中的水利计算、水文预报及水资源评价都为工程在各阶段提供了所需数据，而水文水利计算就是这些数据的基础，通过分析，定出工程规模和建筑尺寸，编制水量调度方案，并对工程的经济性和安全性连个方面进行权衡并制定对策，力求在复杂的问题中得到规划设计和调度运行的最优方案。本次设计就是从这一方面出发，通过对兴利调节、防洪调节和水能计算等各种任务的运算，求得死库容、兴利库容、防洪库容和保证出力等，使得到的成果能运用到生产当中。 　　

1流域概况 　　

某水库位于黄河某支流的中游，控制面积为5370km2。坝址以上流域大部分属于石山区和山路丘陵地，川地甚少。坝址以下大部分属黄土丘陵地区，河道开阔，滩地多。 　　

该地区气候多变，完全受季风支配，每年六月以后夏季季风开始活跃，南方暖湿空气不断北迁，形成多雨气候。多年平均年降雨量一般为600～800mm，主要集中于七、十月，其降雨量占全年降水量的60%以上，大洪水主要集中在七、八月。由于降水量在年内分配极不均匀，容易造成春秋两季干旱。 　　

该区工农业发展缓慢，工业在公民经济中比重较小，农业一种职业为主，约占农业总产值的59.6%。 　　

为提高该地区工业和农业生产，解决经济发展中的需水问题，急需修建此水库。 　　

2水库兴利调节计算 　　

天然情况下的河川径流，有着年内和年际的变化，且地区间的分布也不平衡，因此无法满足国民经济各用水部门对水资源利用的要求。为解决这种供与需的矛盾，人们通过修建各种水利工程（如水库、引水渠、分洪蓄洪工程等）对河床径流进行控制，并按各用水部门的要求对其进行时间和空间上的重新分配，已解决来水与用水在时间上不相适应的矛盾，这就是所谓的径流调节。 　

为兴利目的进行的径流调节称为兴利调节；为防洪进行的调节称为防洪调节或洪水调节。水库来水、用水和蓄水都是经常变化的，水库由库空（死水位）到库满（正常蓄水位）再到库空，循环一次所经历的时间，称为调节周期。按调节周期的长短来分，兴利调节可划分为日调节、周调节、年调节和多年调节等类型。以灌溉为主的水库常为年调节或多年调节。 　　

3设计年径流的分析与计算 　　

在一个年度内通过河流某一过水断面的水量，称为这个断面以上流域的年径流量，简称年径流。年径流可以用年平均流量Q（通常以sm/3计）、年径流总量W（通常以万3m计）。根据水量的大小，大致可分为三种年型：年水量接近多年平均年径流量的年份称为平水年，年水量较多的年份称为丰水年，年水量较少的年份称为枯水年。 　　

年径流分析计算的目的就是为满足国民经济各用水部门的需水要求，提供在设计条下的年径流资料。就是推求在各种径流资料情况下的设计年径流量及其年内分配过程，用来预估未来工程进行期间的径流情势，并以此作为水库兴利调节计算的基本资料。 　　

对于有充分实测径流资料的情况，经过审查、分析、还原修正等一系列工作符合要求，即可运用频率计算方法来分析年径流量的年际变化规律。 

3.1.1统计参数的意义及其对频率曲线的影响 　　

从对国内外大量的年径流系列分析的实践表明，皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ型）分布能和经验频率分布较好的配合，故我国目前大多数采用P-Ⅲ型曲线的分布来分析研究年径流两大额年际变化规律，众所周知，P-Ⅲ型分布的三个参数通常可用矩法公式计算，其公式如下： 　　

均值x、变差系数Cv和偏态系数Cs是P-Ⅲ型频率曲线方程式中的三个参数，参数值的变化，必然会影响频率曲线的形状和位置。因此，有必要对这三个参数的意义及其对频率曲线的影响加以说明。 　　

（1）年径流流量的均值x一般称为正常径流量，它反映了设计断面所在流域蕴藏的水资源的多少。均值的大小影响到频率曲线位置的高低。Cv、Cs不变时，均值越大，则频率曲线越陡、越高；反之，均值越小，频率曲线越平、越低。 　　

（2）年径流量变差系数Cv反映年径流量的年际变动程度或相对离散程度。相对离散程度大，则Cv大。当x、Cs不变时，Cv值越大，则频率曲线的变化幅度越大，及频率曲线越陡；反之频率曲线越平。 　　

（3）偏态系数Cs反映系列中各种大小数值偏离均值的分布情况。具体来说，其表示这些数值在均值两边的分布是否对称。当系列对于均值对称时，Cs=0，此时随机变量大于均值与小于均值的出现机会相等，亦即均值所对应的频率为50%。当系列对于均值不对称时，0Cs，若正离差的立方占优势时，0Cs，称为正偏；反之则成为负偏。正偏情况下，随机变量大于均值比小于均值的出现机会小，亦即均值所对应的频率小于50%；副负偏情况下恰好相反。在水文系列中，通常是丰水年出现的机会较枯水年出现的机会多，所以多属于正偏系列。当x和vC不变时，在正偏情况下，Cs值越大，曲线上部变得越陡，中部下凹，下部变得越平缓。 　　

4径流量年内分配的分析和计算 　　

天然河流的径流在一年内的分配是很不均匀的。即便是在同一个河流断面，各年的径流年内分配亦不尽相同。同时，河川径流的年内分配特征在不同的地区之间有很大的差别。由于同一年径流值的不同分配形式对工程设计成果的影响不同，因此在求得设计年径流量或设计年时段径流量之后，还需要根据设计断面的径流分配特征和水利计算的要求，确定它的分配过程。 　　

4.1设计洪水线的推求 　　

设计洪水过程线是具有某一设计标准的洪水过程线。洪水过程是一种随机过程，目前，水文学中尚无完善的方法求得一定频率的过程线。但是却有推求设计洪水过程的思路：为适应工程要求，在实测洪水过程中寻找一次与设计的条件最为接近的洪水过程，称为典型洪水，通过一定的方法处理后，使它的一些特征值恰好符合设计标准，这条洪水过程线就成为设计洪水过程线 　　

4.2 水库调洪计算的任务和基本原理 　　

4.2.1水库防洪调节计算的任务 　　

根据设计洪水计算成果，通过调洪计算，确定水库防洪库容、最高洪水位、坝高和泄洪建筑物尺寸。其计算过程大体归纳以下几点： 　

（1）基本资料的收集 　　

资本资料收集包括：设计洪水资料、泄洪能力资料、库容曲线及有关淹没损失、淹没控制高程等社会经济资料。 　　

（2）拟定比较方案 　　

根据地形、工程地质、施工能力和施工设备等条件，拟定不同方案的泄洪建筑物型式、位置、尺寸及其可供选择的几种起调水位。 　　

（3）防洪调节计算 　　

根据下游防洪要求和泄洪建筑物特性的不同，水库调洪计算也有所区别：下游无防洪任务时，泄洪建筑物的尺寸和水库的调洪库容，主要由大坝等水工建筑物对防洪安全的要求确定。 　　

下游有防洪任务时，水库的防洪库容和相应的泄洪建筑物尺寸，应在确保水库主要建筑物防洪安全的前提下，同时满足下游防洪要求。所谓下游防洪要求，就是在一定标准的洪水前提下，通过水库调洪和选定的闸门操作方式，控制其最大下泄量，使之不超过下游河道的安全泄量，以保证下游防护对象的安全。

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