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综合利用水库调节计算

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所属类别:水利计算

基本信息

中文名称:综合利用水库调节计算
外文名称:

对担负两种或两种以上水利任务的水库进行的径流调节计算。其主要任务是在按照各部门要求进行的有关水库调节计算的基础上,进一步协调各部门的关系,合理拟定水库规模和水库特征水位,妥善安排各部门的用水量,并拟定相应的水库调度方式,以充分发挥水库的综合效益(参见水库调洪计算、水库供水调节计算、水库灌溉调节计算、水能计算)。在处理各部门的关系时,需首先研究和明确:开发任务及其主次关系;各部门的要求(包括设计保证率、用水量及其在时间和空间上的分布,防洪要求等);各部门的配合情况和协调矛盾的可能方式以及替代措施等。

20世纪50年代以来,许多学者先后将系统分析方法应用于多目标水资源规划的研究。1962年美国A.马斯等人所著的《水资源系统设计》是这一研究的代表作。80年代以来,中国在应用系统分析方法进行综合利用水库参数选择、水量分配和调度运行等方面的研究也取得了初步成效。

防洪和兴利的结合

兼有防洪和兴利任务的水库在进行径流调节计算时,首先要确定防洪库容和兴利库容结合的形式,即防洪高水位、防洪限制水位与正常蓄水位、死水位的相对位置。一般可归纳为3类典型:①防洪库容与兴利库容完全分开,即防洪限制水位和正常蓄水位重合,防洪库容置于兴利库容之上(图1)。②防洪库容与兴利库容部分结合,即防洪限制水位在正常蓄水位和死水位之间,防洪高水位在正常蓄水位之上(图2)。防洪限制水位和正常蓄水位之间,为防洪和兴利结合的重叠库容,该库容在汛期腾空防洪,汛后充蓄,用于兴利。③防洪库容与兴利库容完全结合,又可分为以下3种形式:如防洪库容是兴利库容的一部分,见图3(a);兴利库容是防洪库容的一部分,见图3(b);防洪和兴利库容完全重叠,见图3(c)。

图1 防洪库容与兴利库容完全分开示意图

图2 防洪库容与兴利库容部分结合示意图

图3 防洪库容与兴利库容完全结合示意图

防洪与兴利库容能否结合,要在充分研究水库特性、水文特性以及上游淹没限制和下游防洪要求等条件的基础上确定。除对洪水形成无明显时间界限,或丰枯水期很不稳定的水库,不能保证汛后有水充蓄而难以考虑结合外,通常都要尽可能使其部分或全部库容结合使用,以达到一库多用的目的。研究时可按各自要求分别绘制防洪调度线和兴利调度线(防破坏线),然后进行分析、协调,求出两者可能结合的程度;再根据水库承担水利任务的主次和工程开发条件,通过技术经济等综合分析比较,合理确定库容结合方案(参见水库调度图)。实际调度中,还可根据洪水在不同时期的分配规律,拟定分期防洪限制水位,以及利用水文预报进行预泄及汛末提前蓄水等措施,达到防洪和兴利库容的最佳结合。

各种兴利任务的结合

发电与供水或灌溉的结合

调节计算的基本方法,原则上与单一任务水库相同。对各部门用水量的处理方法,常用的有以下两种。

按主要部门的要求进行调节计算

这是一种简化计算方法,适用于开发任务主次关系明确,次要部门用水量比重较小的情况。如次要部门自上游不同地点引水(用水量在时间上和空间上不能结合),其用水量可自入库径流量中预先扣除,然后按主要部门的用水量要求进行一级调节计算;如次要部门自坝下引水,则先按主要部门要求进行一级调节计算,再检查次要部门的用水要求是否得到满足,如不满足可适当修正。

两级调节计算

这是较广泛采用的解决两个部门设计保证率不同的调节计算方法。这种方法适用于两部门并重,或用水量比重相差不大的情况。具体的调节计算有时历法、概率法、化算保证率法。

(1)时历法。首先根据拟定的两部门不同设计保证率的正常供水要求,计算遭遇不同水文情况的年内需水过程。其计算原则是:当遭遇低设计保证率P2(例如80%)以内的年份时,两部门均按正常要求供水,总供水量为Q2;当遭遇高、低设计保证率之间的年份时,适当降低低设计保证率部门的用水量,供水量为Q1(Q1<Q2);当遭遇高设计保证率P1(例如95%)以外的年份时,即属于正常供水破坏年份,需同时降低两者的供水量。然后再以确定的需水过程与实测入库径流量进行长系列逐时段(月或旬)水量平衡计算,求出所需的调节库容。

(2)概率法。适用于多年调节水库,基本原理与一级调节计算相同,但需通过两级调节的蓄水保证率曲线逐年试算(参见径流调节的概率法)。

(3)化算保证率法。属概率法的一种简化方法。根据两级调节蓄水保证率曲线和水量平衡原理,将两种设计保证率按下式化算为一个相当的保证率P,然后按高供水量及化算所得保证率采用一级调节的概率法(例如查多年径流调节线解图)求得多年调节库容,按时历法求得年库容。

发电或供水与航运的结合

水库发电或供水(含灌溉)与航运要求的矛盾,主要表现在:水库在供水期末的消落水位不能满足库区航深的要求;耗水部门(灌溉及工业和城市供水)引水后不能满足水库下游航运的要求;发电日调节引起下游水流波动,与航运要求的水位变幅、最小流量、最大表面流速等限制条件之间不协调等。解决问题的一般原则是根据各任务的主次关系,分析各方面的影响及经济效益,权衡利弊,选择合适的水库特征水位及有利的调度方式。例如,在选择死水位时需考虑库区航运发展的要求,合理调整耗水部门的引水过程,使之尽量满足航运对最小航深的要求;对于重要航道,必要时需限制水电站日调节,如规定水电站带一定基荷,或降低其在电力系统日负荷图上的工作位置;对于航运梯级,需在满足上下游航运要求的前提下,尽量发挥发电和供水的作用等。

其他任务的结合

拟定径流调节方式时,还应尽可能考虑到水库养殖以及改善水库下游水质、卫生、旅游、防凌等方面对水位、流速、泄量或调度方式的要求。在协调各部门的矛盾时,要充分考虑对社会和环境的影响,并以整体利益最大为准则,拟定合理的调度方案,必要时应对拟定方案进行综合经济评价。

对于多沙河流水库或库容较小(相对入库沙量而言)的水库,为了保持水库长期使用,减免库尾淤积和回水交替上延对重要防护对象造成淹没、浸没及盐碱化等影响,满足库区通航要求等,需拟定水沙双重调节方式。一般需在充分分析研究水沙地区组成、时间分布以及入库沙量和级配等情况的基础上,根据水库特性(包括河床坡降、滩地库容和主槽库容的比重等)和综合利用要求,拟定切实可行的调水调沙方式,以达到预期的目的(参见水库水沙调度)。

  
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