兴利库容

兴利库容

泳笔顺-农业机械化

2023年2月18日发(作者：班徽怎么设计)

6.6年调节水库兴利调节计算

1．兴利调节计算的任务和原理

根据国民经济各有关部门的用水要求，利用水库重新分配天然径

流所进行的计算，称兴利调节计算。

对单一水库，计算任务是求出各种水利水能要素的时间过程及调

节流量、兴利库容和设计保证率三者间的关系，作为确定工程规模、

工程效益和运行方式的依据。

不同的阶段，具体的计算情况是有所差别的。

在规划设计阶段，往往是根据来水、用水和设计保证率，确

定所需要的兴利库容；

在水库运行阶段，一种情况是根据来水、兴利库容和设计保

证率，核定水库的供水能力即可供水量，另一种情况是根据来

水、用水和兴利库容，校验水库供水的保证率。

按照对原始径流资料描述和处理方式的差异，兴利调节计算方法

主要分为时历法和概率法（也称数理统计法）两大类。

时历法是以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水

库水量蓄泄平衡的径流调节计算方法，其计算结果（调节流量、

水库蓄水量等）也是按历时顺序给出

概率法是应用径流的统计特性，按概率论原理，对入库径流

的不均匀性进行调节的计算方法，成果以调节流量、蓄水量、

弃水量、不足水量等的概率分布或保证率曲线的形式给出。

水库兴利调节计算过程，实质上是水库蓄泄水量的计算过程。

其计算原理是水量平衡原理。即计算时段内进出水库的水量差，等于

水库蓄水量的变化。可用如下水量平衡方程式表示：

式中——计算时段内水库蓄水量的变化，蓄为正，泄为负；

Q——计算时段内的平均入库流量；

——计算时段内从水库取用及消耗的平均流量，包括各

兴利部门的用水流量、蒸发损失及渗漏损失流量、以及水库蓄满后的

无益弃水流量等；

——计算时段，应根据调节周期的长短和来用水的变化

情况而定。年调节水库，一般取一个月。当来水或用水变化剧烈时，

也可取一旬。时段划分越短，计算精度越高，计算工作量也越大。

注意：具体计算时，年调节水库是将调节周期划分为若干个计算

时段进行的。调节周期一般不按日历年度，而采用调节年度（即水利

年度）。所谓调节年度，是指自蓄水之日起至放空之日止，以蓄泄周

期划分的年度。调节年度一般是12个月，但也有个别年份超过或不

足12个月的，视连续缺水的情况而定。

水库的蓄泄过程称水库的运用。在整个调节年度内，按照来水和

用水过程的配合情况，年调节水库可分为一回运用、两回运用和多回

运用。

（1）一回运用

水库在调节年度内充蓄一次和泄放一次，称为一回运用。如下图,

水库自调节年度开始的t0时刻起，来水Q大于用水q，至t2时刻止，

共有余水V1。自t2时刻起，来水Q小于用水q，至t3时刻止，缺水

总量为V2。且V1大于V2。于是，水库只要在余水期蓄满V2的水

量，就能保证该年的用水要求。所以该年度所需的调节库容V调=V2。

由于V1大于V2，水

库可保证蓄满，且

有部分余水量

（V1-V2）要弃掉。

（2）两回运用

水库在一个调节年度内充蓄两次和泄放两次，则称为两回运用。

在总余水量大于总缺水量的条件下，调节库容的判断可根据余缺水量

的情况进行。

如图（a），V1>V2，V3>V4，则V调=max｛V2，V4｝。图中，V2>V4，

于是V调=V2。即当两个余水量分别大于其后的两个缺水量时，水库的

两回运用是相互独立的，此时，调节库容为两个缺水量中的大者。

如图（b），V1>V2，V

3

4

，则V调=max｛V2，V4，V2+V4-V3｝。

图中，当V

2

4

，V3>V2，则V调=V4。即水库在t0～t1时段蓄满调节库

容（即V4），在t1～t2时段内供水V2，在t2～t3时段内，由于V3>V2，

故水库又可回蓄满调节库容，并正好满足t3～t4时段内的缺水需求。

如图（c），V1>V2，V

3

4

，则仍有V调=max｛V2，V4，V2+V4-V3｝。

由图可知V

3

2

，则V调=V2+V4-V3。即由于V

3

2

，所以水库在t0～

t1时段内除应蓄满V2水量外，尚应再多蓄（V4-V3）的水量，才能满

足t3～t4时段内的缺水需求。

（3）多回运用

当水库在一个调节年度内，蓄泄次数多余两次时，称多回运用。

此时，调节库容的判定可采用逆时序累加余缺水量的方法进行。

即由调节年度末水库放空时刻起，逆时序往前进行水量平衡计算，也

就是见缺水就加，见余水就减，减后若小于零即取零，求出各时段末

的应蓄水量，其中的最大值，为累积最大缺水量，也就是该年度所需

的调节库容。这种确定调节库容的方法，同样可用于一回运用和两回

运用。

2．年调节水库兴利调节计算的时历列表法

时历列表法调节计算是年调节水库兴利调节计算的方法之一。该

法是在来水、用水已知的情况下，用列表的方式，逐时段求解水量平

衡方程，以求得水库蓄泄过程和所需的兴利调节库容。由于它可以较

为严格细致地考虑各种水量损失，因此是一种最常用的方法。根据是

否计入水量损失，又可分为以下两种情况。

（1）不计损失列表法

【实例6-3】不计入损失水库列表法年调节计算

某年调节水库调节年度的来水与用水过程如表中第（1）、（2）、

（3）栏。死水位已确定为122m，相应死库容为210×104m3。水库的

特性曲线如图。试求调节库容和水库蓄泄过程。调节计算采用列表法

进行，见表。计算时段取为一个月。

（动画演示某水库列表法年调节计算Word-Flash版本）

（资源下载某水库列表法年调节计算Word版本）

水库列表法年调节计算表

表中（1）、（2）、（3）栏为已知。（4）、（5）栏为来水量与

用水量的差值。由余缺水量情况可知，该水库为三回运用，集中供水

期为5、6月份，供水期末库空时刻为6月末。采用前述逆时序累加

余缺水量的方法可以判定所需调节库容为2520×104m3，参见表中（8）

栏。由于总余水量大于总缺水量，水库有弃水量1420×104m3。显然

（2）、（3）两栏之差等于（4）、（5）栏之差。这可以用来检验计

算是否正确。由于该调节年度内水库有弃水，因此是不完全年调节。

水库的蓄泄过程，随水库操作调度的方式不同，而有所区别。其

主要差别是在蓄水期。为了保证该年的正常供水，要求水库在蓄水期

末（即供水期初）蓄满调节库容。但蓄水期的蓄水和弃水可以有多种

方式。最极端的两种方式，就是所谓的早蓄和晚蓄方案。

早蓄：从调节年度初库空起，即蓄水期一开始，顺时序有余水即蓄，

直到蓄满调节库容后，多余水量才作为弃水。到缺水时就供水，库水

位降落，直至调节年度末水库重新放空。后者则由蓄水期的某一时刻

起才开始蓄水，在此之前，有余水即为弃水。但也到供水期初蓄满调

节库容。

晚蓄：可以由调节年度末库空开始，逆时序反向用水量平衡方程

式进行水库蓄水与弃水计算，直至蓄水期开始蓄水时止而得到。采用

晚蓄方案，得出的水库最大蓄水量，即为调节库容。采用早蓄方案与

晚蓄方案的水库蓄水、弃水过程如上表中（6）、（7）、（8）、（9）

栏。利用水库水位～容积曲线可绘出水库调节蓄水的库水位过程如上

图。可以看出，早蓄、晚蓄方案的水库蓄水过程在集中供水期5、6

月份并无区别，但在蓄水期则不一样。

无论早蓄还是晚蓄，均要求月末水库蓄水量不超过（V死+V兴）

（2）计入损失列表法

水库在兴利调节过程中，不可避免地会产生水量损失。因此水库

必须适当增大库容，以抵偿损耗的水量，来保证正常供水。

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由于水量损失无论是蒸发还是渗漏都与库水位有关，所以严格来

讲，计入损失的调节计算应进行试算。鉴于试算过程十分繁琐，故采

用逐次逼近的方法来进行。该方法是在不计损失计算的基础上，先近

似求得各时段的蓄水情况，然后以时段平均蓄水量（包括死库容）求

出各时段的损失水量，并将各时段损失水量由来水过程中减掉，或加

入用水过程，再以水量平衡原理逐时段求得余缺水量，求得考虑水量

损失的调节库容和水库蓄水过程

【实例6-4】计入损失水库列表法年调节计算

仍用上例的资料，考虑水库水量损失求调节库容和水库调节蓄水

过程。

（动画演示计入损失水库列表法年调节计算word-flash版本）

（资源下载计入损失水库列表法年调节计算word版本）

（3）计入损失的简算法

当水量损失占总水量比重不大，或初步规划时，可采用简化的

方法来考虑水量损失。即将不计损失求得的调节库容的一半，加上死

库容，得到供水期的平均库容，由平均库容得相应的平均水面面积，

以此平均库容与平均水面面积可计算供水期的渗漏与蒸发损失水量，

将损失水量与原得的调节库容相加，即为计入水量损失的调节库容。

如上例，不考虑水量损失的调节库容为2520×104m3，死库容为210

×104m3，调节库容一半加上死库容得平均库容（2520×104/2+210×

104=1470×104m3），相应该平均库容得水面面积为340×104m2，水库

主要集中供水期5、6月的蒸发损失水量为（162.1+134.1）×340÷

1000=101×104m3，渗漏损失水量为1470×2×1%=29×104m3，总损失

水量为130×104m3。于是计入损失后的调节库容为2650×104m3。与上

例详算结果2687×104m3十分接近。

需要说明的是蓄水期的水量损失也应该考虑在内，以检验扣除损

失的余水量是否可以在供水期初（即蓄水期末）蓄满调节库容。本例

中，自7月至4月的蓄水期和两个供水期中，蒸发与渗漏损失水量总

计为355万m3，总的余水量为4740-730-70=3940万m3，可见，余水

量扣除总损失水量后，足够蓄满调节库容。

3．设计兴利库容与正常蓄水位的确定

在某一年的来水与用水过程给定的情况下，可以采用前述的列表

法确定当年所需的调节库容。但由于天然来水量各年不同，年内分配

也不一样，因此即便用水过程完全相同，每年所需的调节库容也不一

样。那末水库的兴利库容究竟要多大才合适呢？这就是如何推求水库

的设计兴利库容的问题。通常可根据资料情况及对成果要求的不同，

采用长系列法或代表年法来确定水库的设计兴利库容。

（1）长系列法

当水库坝址有N年长系列来水资料，即设计的长期年、月径流量

系列时，可以根据给定的用水过程，对每一年进行年调节计算，得到

N个年调节库容。将此N个调节库容，由小到大排列，用公式

（M为序号）进行库容保证率计算，并绘保证率曲线

如图。根据设计保证率P设，由图中查得得调节库容，即为符合设计

保证率要求的年调节兴利库容V兴。

同样道理，在来水与兴利库容已定的情况下，也可以绘出调节流

量保证率曲线（注意调节流量应由大到小排列）。由P设查得符合设

计保证率得保证调节流量。

用长系列法推求年调节兴利库容，保证率的概念十分明确。但需

要有足够长的年、月径流量系列，且工作量较大。在缺乏长期的年、

月径流量资料时，或初步规划阶段，常常采用代表年法。

（2）代表年法

所谓代表年法，指的是选择一个合适的年型作为代表年，以该代

表年的来水过程和用水过程进行年调节计算，求得的年调节库容即为

设计兴利库容。根据代表年来、用水过程的不同选择，又可分为实际

代表年法与设计代表年法两类。

1)实际代表年法

实际代表年法，所选择的代表年来、用水过程是符合设计保证率

的某种年型的实测来水过程和用水过程。

根据代表年的选择方法不同，又分为单一选年法、库容排频法和

实际干旱年法。

单一选年法，是单以来水频率曲线或单以用水频率曲线为依

据，选择符合或接近设计保证率、年内分配偏于不利的实际年

来水过程与同年的用水过程，或实际年用水过程与同一年的年

来水过程。

库容排频法，是简化了的长系列法，它是在来水频率曲线或

用水频率曲线上各选出3～5个调节库容在选用的频率范围

内，按大小次序重新排列，求出对应于设计保证率的库容，即

为设计兴利库容。这种方法，在一定程度上避免了单一选年法

只选一个代表年的任意性。

实际干旱年法，是通过旱情与水情的调查分析，选择某一实

际发生的干旱年的来、用水过程。实际干旱年法虽然保证率的

概念不明确，但成果更能符合实际，因而在灌溉水库的规划设

计中用得较多。

2)设计代表年法

设计代表年法，所选择的代表年来、用水过程是符合设计保证率

的设计年径流过程与设计年用水过程。设计代表年法在水电站水库的

规划设计中用得较多。

（3）正常蓄水位的确定

求得兴利库容后，与死库容相加后，再查水库水位～容积曲线，

所得水位即为正常蓄水位。计入损失和不计入损失的正常蓄水位分别

位132.3m和132.0m。

4．兴利库容、调节流量与设计保证率的关系

水库规划设计时，往往需要进行兴利库容、效益和设计保证率的

多方案比较，以选择技术上可行、经济上合理的较好方案。水库修得

大些，即兴利库容大些，可以提供的调节水量就大些，兴利效益或兴

利保证率也就高些。但相应水库工程的投资也就大些，淹没损失也要

增加。反之，则调节水量小些，保证率也低些，但相应工程投资可小

些，淹没损失也会减小。为了给方案比较提供依据，往往要给初兴利

库容、调节水量与设计保证率三者的关系。

于是，可以根据长系列的来水资料，由给定的用水过程，用长系

列法或库容排频法，进行调节计算，得到如图所示的兴利调节库容保

证率曲线。当用水过程有所变化，或者是灌区的灌溉面积待定，有多

种方案时，可以用同样的方法，求出相应的兴利调节库容保证率曲线

综合绘在同一张图上，如图，即得到已知来水情况下的兴利库容、调

节水量与保证率三者之间的关系。图中，调节水量Q调，当假定用水

过程均匀时，即为均匀的调节流量。当用水过程不均匀时，则可用年

平均流量或年总用水量来表示。