水利计算案例分析2

要求：根据已给资料推求兴利库容和正常蓄水位。 

资料:

 (1) 设计代表年(P=75%)径流年内分配、综合用水过程及蒸发损失月分配列于下表1，渗漏损失以相应月库容的1%计。 

 (2) 水库面积曲线和库容曲线如下表2。 

 (3) V死 =300万m3。 

表1 水库来、用水及蒸发资料 (P=75%)

表2 水库特性曲线

解：（1）先不考虑损失,计算各时段的蓄水量:

    V1=60(万m3)，V2=1880（万m3），

V3=1179（万m3）V4=3512（万m3）

V兴=V2+V4-V3=4213（万m3）

采用早蓄方案，水库月末蓄水量分别为：2748、4213、4213、4213、3409、2333、2533、2704、3512、1960、714、0

经检验弃水量=余水-缺水，符合题意

水库蓄水量=水库月末蓄水量+V死，见统计表1-3。

（2）考虑水量损失，用列表法进行调节计算：

,即各时段初、末蓄水量平均值,

，即各时段初、末水面积平均值。

查表2 水库特性曲线,即图1-1与图1-2

由查出填写于表格。蒸发损失标准等于表一中的蒸发量。

蒸发损失水量:     W蒸=蒸发标准月平均水面面积1000。

渗漏损失水量=月平均蓄水量渗漏标准。

损失水量总和=蒸发损失水量+渗漏损失水量。

考虑水库水量损失后的用水量M=W用+W损。

多余水量与不足水量，当W来-M为正和为负时分别填入。

（3）求水库的年调节库容，根据不足水量和多余水量可以看出为两次运用

V兴= V2′+V4′-V3′=4462（万m3）

总库容=4462+300=4762（万m3）。

（4）求各时段水库蓄水以及弃水，其计算方法与不计损失方法相同。

（5）校核：由于表内数字较多，多次运算容易出错，应检查结果是否正确。水库经过充蓄和泄放，到6月末水库兴利库容应放空，即放到死库容300万m3。V′到最后为300，满足。另外还需水量平衡方程：，进行校核14826-12579-443-1805=0，说明计算无误。

图1-2       水库Z-V关系曲线

图1-1       水库Z-F关系曲线

(6)计算正常蓄水位，就是总库容所对应的高程。表2 水库特性曲线，即图1-1,1-2。得到Z～F，Z～V关系。得到水位865.10m，即为正常蓄水位。表1-3计入损失的年调节计算表见下页。

        表1-3       计入损失的年调节计算表

案例二  水库调洪演算    

要求:

 (1)推求拦洪库容；  (2)最大泄流量 qm 及相应时刻； (3)水库最高蓄水位； (4)绘制来水与下泄流量过程线

资料：开敞式溢洪道设计洪水过程线如下表1，水库特征曲线如表2，堰顶高程140m，相应容305×104m3，顶宽10m，流量系数m=1.6，汛期水电站水轮机过水流量QT=5m3/s，计算时段△t采用1h或0.5h。

表1 洪水过程线 (P=1%)

应用，M1=1.6，B=10m，

根据不同库水位计算H与q，再由表2 水库特性曲线得相应V并将结果列于下表，绘制q=f（V）关系曲线如2-2图。

       曲线计算表中第一行为堰顶高程140m以上的不同库水位；第二行堰顶水头H，等于库水位Z减去堰顶高程；第三行溢洪道下泄流量由，求得；

 第四行为发电量5m3/s；

第五行为总的下泄流量；

第六行为相应的库水位Z的库容V，

由表2 水库特性曲线查得,即图2-1。

图2-1       水库Z-V关系曲线

图2-2       某水库q=f（V）关系曲线

 表2-3   某水库q=f（V）关系曲线计算表

（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量。将洪水过程线划分计算时段，初选计算时段填入第一列，表中第二列为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算时段平均入库流量，和时段入库水量，分别填入三四列。例如第一时段平均入库流量

(Q1+Q2)/2=(5+30.3)/2=17.65。

入库水量为。

（4）逐时段试算求泄流过程q～t。因时段末出库流量q2与该时段内蓄水量变化有关，  

假设 q2=6.05 m3/s，   则

第一时段蓄水量变化值

时段末水库蓄水量

查V=f（Z）曲线得Z2=140.13（m），查上图q=f（V）

关系曲线，得q2=6.05 m3/s。与原假设相符。如果不等需要重新假设，只到二者相等。

     以第一时段末V2，q2作为第二时段初V1,，q1，重复类似试算过程。如此连续试算下去，即可得到以时段为1h作为间隔的泄流过程q～t。由V查图2-1V=f（Z）关系分别将试算填入表2-5中。第0～1h试算过程见表2-4。

表2-4       （第0～1h）试算过程

（5）根据表2-5中（1）、（5）栏可绘制下泄流量过程线；第（1）、（9）栏可绘制水库蓄水过程线；第（1）、（10）栏可绘制水库调洪后的水库水位过程。

(6)绘制Q～t，q～t曲线，推求最大下泄流量qmax。

按初步计算时段以表2-5中第（1）、（2）、（5）栏相应数值，绘制Q～t，q～t曲线，如图2-6。由图可知，以求得的qm=17.06m3/s并不正好落在Q～t曲线上（见图虚线表示的q～t段），也就是说在Q～t与q～t两曲线得交点并不是qm值。说明计算时段在五时段取得太长。

将计算时段在4h与5h之间减小为0.4h与0.2h，重新进行试算。则得如表2-5中的第（6）栏相应t=4.4h、4.6h、4.8h的泄流过程。以此最终成果重新绘图，即为图2-6以实线表示的q～t过程。最大下泄流量qm发生在t=4.8h时刻，正好是q～t曲线与Q～t曲线得交点即为所求。

表2-5       水库调洪计算表

（7）推求设计调洪库容V设和设计洪水位Z设。利用表2-5中的第（9）栏各时段末的库容值V，由库容曲线上即可查得各时段末的相应水位Z，即表中第（10）栏。，即为V设=36.41万m3。而相应于341.41万m3的库水位，即为V设=140.80（m）。

案例三  小型水电站的水能计算

11-15.某以发电为主的年调节水电站，其设计枯水年各月来水量如表11-10所示，该水库的兴利库容为110，供水期上游平均水位40m,下游平均水位20m.A=7,出力倍比系数C=3.0。每月可按30.4d计算。

(1)推求水库供水期和蓄水期的调节流量(不计损失)。

(2)该水电站保证出力是多少？

(3)水电站的装机容量是多少(100kw的倍数)？

(4)3月份发电量是多少？

表11-10  设计枯水年河流各月平均来水流量表

   水库按等流量调节，先假定供水期为9月至次年4月份，供水期8个月的调节流量为：

此供水期的调节流量与来水流量相比发现其明显大于5月份的来水流量，故假设供水期为9月至次年5月份，供水期9个月的调节流量为：

此供水期的调节流量与来水流量相比发现其与9月的来水流量相等，所以

根据：      

那么，供水期为9月至次年5月份，供水期的调节流量为：。

      现假设蓄水期为6至8月份，蓄水期3个月的调节流量为：

s

此蓄水期的调节流量与来水流量相比发现其均小于来水流量，故满足要求，      所以蓄水期的调节流量为：。

(2)由已知：供水期上游平均水位40m,下游平均水位20m。所以

由此可得保证出力：

(3)水电站的装机容量可以由保证出力倍比法来确定。根据题设可得倍比系数：C=3.0,那么初步确定装机容量为：

所以，设28台机组，每台100kw。

(4)3月份的发电量可由：

3月的发电用水流量为：，月平均水头为：，所以月平均出力

所以：                

所以3月的发电量为：。