水利水電工程師進(jìn)行水利水文計(jì)算探討

水利工程建設(shè)目的在于通過各種施工調(diào)節(jié)、改變區(qū)域水量分布狀況和地區(qū)水利條件，使之符合工業(yè)、農(nóng)業(yè)及其他各部門的需要。水利工程從修建到運(yùn)用，一般要經(jīng)過規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、管理三個(gè)階段，每一個(gè)階段都需要進(jìn)行水文水利計(jì)算工作。水文工作中的水利計(jì)算、水文預(yù)報(bào)及水資源評(píng)價(jià)都為工程在各階段提供了所需數(shù)據(jù)，而水文水利計(jì)算就是這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，通過分析，定出工程規(guī)模和建筑尺寸，編制水量調(diào)度方案，并對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性連個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡并制定對(duì)策，力求在復(fù)雜的問題中得到規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行的最優(yōu)方案。本次設(shè)計(jì)就是從這一方面出發(fā)，通過對(duì)興利調(diào)節(jié)、防洪調(diào)節(jié)和水能計(jì)算等各種任務(wù)的運(yùn)算，求得死庫(kù)容、興利庫(kù)容、防洪庫(kù)容和保證出力等，使得到的成果能運(yùn)用到生產(chǎn)當(dāng)中。

1流域概況

某水庫(kù)位于黃河某支流的中游，控制面積為5370km2。壩址以上流域大部分屬于石山區(qū)和山路丘陵地，川地甚少。壩址以下大部分屬黃土丘陵地區(qū)，河道開闊，灘地多。

該地區(qū)氣候多變，完全受季風(fēng)支配，每年六月以后夏季季風(fēng)開始活躍，南方暖濕空氣不斷北遷，形成多雨氣候。多年平均年降雨量一般為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。由于降水量在年內(nèi)分配極不均勻，容易造成春秋兩季干旱。

該區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，工業(yè)在公民經(jīng)濟(jì)中比重較小，農(nóng)業(yè)一種職業(yè)為主，約占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的59.6%。

為提高該地區(qū)工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的需水問題，急需修建此水庫(kù)。

2水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算

天然情況下的河川徑流，有著年內(nèi)和年際的變化，且地區(qū)間的分布也不平衡，因此無法滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各用水部門對(duì)水資源利用的要求。為解決這種供與需的矛盾，人們通過修建各種水利工程(如水庫(kù)、引水渠、分洪蓄洪工程等)對(duì)河床徑流進(jìn)行控制，并按各用水部門的要求對(duì)其進(jìn)行時(shí)間和空間上的重新分配，已解決來水與用水在時(shí)間上不相適應(yīng)的矛盾，這就是所謂的徑流調(diào)節(jié)。

為興利目的進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)稱為興利調(diào)節(jié);為防洪進(jìn)行的調(diào)節(jié)稱為防洪調(diào)節(jié)或洪水調(diào)節(jié)。水庫(kù)來水、用水和蓄水都是經(jīng)常變化的，水庫(kù)由庫(kù)空(死水位)到庫(kù)滿(正常蓄水位)再到庫(kù)空，循環(huán)一次所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為調(diào)節(jié)周期。按調(diào)節(jié)周期的長(zhǎng)短來分，興利調(diào)節(jié)可劃分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)等類型。以灌溉為主的水庫(kù)常為年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)。

3設(shè)計(jì)年徑流的分析與計(jì)算

在一個(gè)年度內(nèi)通過河流某一過水?dāng)嗝娴乃?，稱為這個(gè)斷面以上流域的年徑流量，簡(jiǎn)稱年徑流。年徑流可以用年平均流量Q(通常以sm/3計(jì))、年徑流總量W(通常以萬(wàn)3m計(jì))。根據(jù)水量的大小，大致可分為三種年型：年水量接近多年平均年徑流量的年份稱為平水年，年水量較多的年份稱為豐水年，年水量較少的年份稱為枯水年。

年徑流分析計(jì)算的目的就是為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各用水部門的需水要求，提供在設(shè)計(jì)條下的年徑流資料。就是推求在各種徑流資料情況下的設(shè)計(jì)年徑流量及其年內(nèi)分配過程，用來預(yù)估未來工程進(jìn)行期間的徑流情勢(shì)，并以此作為水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本資料。

對(duì)于有充分實(shí)測(cè)徑流資料的情況，經(jīng)過審查、分析、還原修正等一系列工作符合要求，即可運(yùn)用頻率計(jì)算方法來分析年徑流量的年際變化規(guī)律。

3.1.1統(tǒng)計(jì)參數(shù)的意義及其對(duì)頻率曲線的影響

從對(duì)國(guó)內(nèi)外大量的年徑流系列分析的實(shí)踐表明，皮爾遜Ⅲ型(P-Ⅲ型)分布能和經(jīng)驗(yàn)頻率分布較好的配合，故我國(guó)目前大多數(shù)采用P-Ⅲ型曲線的分布來分析研究年徑流兩大額年際變化規(guī)律，眾所周知，P-Ⅲ型分布的三個(gè)參數(shù)通?？捎镁胤ü接?jì)算，其公式如下：

均值x、變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs是P-Ⅲ型頻率曲線方程式中的三個(gè)參數(shù)，參數(shù)值的變化，必然會(huì)影響頻率曲線的形狀和位置。因此，有必要對(duì)這三個(gè)參數(shù)的意義及其對(duì)頻率曲線的影響加以說明。

(1)年徑流流量的均值x一般稱為正常徑流量，它反映了設(shè)計(jì)斷面所在流域蘊(yùn)藏的水資源的多少。均值的大小影響到頻率曲線位置的高低。Cv、Cs不變時(shí)，均值越大，則頻率曲線越陡、越高;反之，均值越小，頻率曲線越平、越低。

(2)年徑流量變差系數(shù)Cv反映年徑流量的年際變動(dòng)程度或相對(duì)離散程度。相對(duì)離散程度大，則Cv大。當(dāng)x、Cs不變時(shí)，Cv值越大，則頻率曲線的變化幅度越大，及頻率曲線越陡;反之頻率曲線越平。

(3)偏態(tài)系數(shù)Cs反映系列中各種大小數(shù)值偏離均值的分布情況。具體來說，其表示這些數(shù)值在均值兩邊的分布是否對(duì)稱。當(dāng)系列對(duì)于均值對(duì)稱時(shí)，Cs=0，此時(shí)隨機(jī)變量大于均值與小于均值的出現(xiàn)機(jī)會(huì)相等，亦即均值所對(duì)應(yīng)的頻率為50%。當(dāng)系列對(duì)于均值不對(duì)稱時(shí)，0Cs，若正離差的立方占優(yōu)勢(shì)時(shí)，0Cs，稱為正偏;反之則成為負(fù)偏。正偏情況下，隨機(jī)變量大于均值比小于均值的出現(xiàn)機(jī)會(huì)小，亦即均值所對(duì)應(yīng)的頻率小于50%;副負(fù)偏情況下恰好相反。在水文系列中，通常是豐水年出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較枯水年出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，所以多屬于正偏系列。當(dāng)x和vC不變時(shí)，在正偏情況下，Cs值越大，曲線上部變得越陡，中部下凹，下部變得越平緩。

4徑流量年內(nèi)分配的分析和計(jì)算

天然河流的徑流在一年內(nèi)的分配是很不均勻的。即便是在同一個(gè)河流斷面，各年的徑流年內(nèi)分配亦不盡相同。同時(shí)，河川徑流的年內(nèi)分配特征在不同的地區(qū)之間有很大的差別。由于同一年徑流值的不同分配形式對(duì)工程設(shè)計(jì)成果的影響不同，因此在求得設(shè)計(jì)年徑流量或設(shè)計(jì)年時(shí)段徑流量之后，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)斷面的徑流分配特征和水利計(jì)算的要求，確定它的分配過程。

4.1設(shè)計(jì)洪水線的推求

設(shè)計(jì)洪水過程線是具有某一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水過程線。洪水過程是一種隨機(jī)過程，目前，水文學(xué)中尚無完善的方法求得一定頻率的過程線。但是卻有推求設(shè)計(jì)洪水過程的思路：為適應(yīng)工程要求，在實(shí)測(cè)洪水過程中尋找一次與設(shè)計(jì)的條件最為接近的洪水過程，稱為典型洪水，通過一定的方法處理后，使它的一些特征值恰好符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這條洪水過程線就成為設(shè)計(jì)洪水過程線

4.2 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的任務(wù)和基本原理

4.2.1水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的任務(wù)

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，通過調(diào)洪計(jì)算，確定水庫(kù)防洪庫(kù)容、最高洪水位、壩高和泄洪建筑物尺寸。其計(jì)算過程大體歸納以下幾點(diǎn)：

(1)基本資料的收集

資本資料收集包括：設(shè)計(jì)洪水資料、泄洪能力資料、庫(kù)容曲線及有關(guān)淹沒損失、淹沒控制高程等社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料。

(2)擬定比較方案

根據(jù)地形、工程地質(zhì)、施工能力和施工設(shè)備等條件，擬定不同方案的泄洪建筑物型式、位置、尺寸及其可供選擇的幾種起調(diào)水位。

(3)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù)下游防洪要求和泄洪建筑物特性的不同，水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算也有所區(qū)別：下游無防洪任務(wù)時(shí)，泄洪建筑物的尺寸和水庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容，主要由大壩等水工建筑物對(duì)防洪安全的要求確定。

下游有防洪任務(wù)時(shí)，水庫(kù)的防洪庫(kù)容和相應(yīng)的泄洪建筑物尺寸，應(yīng)在確保水庫(kù)主要建筑物防洪安全的前提下，同時(shí)滿足下游防洪要求。所謂下游防洪要求，就是在一定標(biāo)準(zhǔn)的洪水前提下，通過水庫(kù)調(diào)洪和選定的閘門操作方式，控制其最大下泄量，使之不超過下游河道的安全泄量，以保證下游防護(hù)對(duì)象的安全。

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