水资源规划及其利用课程复习资料.doc

-* 第1章 绪论 1、 水资源的概念 水资源（Water Resources）：通常指地球上目前和近期人类可直接和间接利用的淡水储量。 2、 水资源的特性 （1） 循环性与有限性 （2） 时空分布不均匀性 （3） 用途广泛性和不可替代性 （4） 有利性和有害性 3、水 利： 人类为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防止水旱灾害，开发利用和保护水资源。 4、水利工程： 用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利的目的而修建的工程。 5、水利事业： 防治水害 （1）防洪 （2）排水 （3）水土保持 （4）沉滓控制 增加水源 （5） 引水 （6） 蓄水 （7） 地下水开发 （8） 海水淡化 （9） 水污染防止 用 水 （10）公共给水 （11）工业用水 （12）灌溉 （13）水力发电 （14）内河航运 （15）水产养殖 （16）土壤改良 （17）旅游 6、我国水资源的特点 (1) 总量可观，人均亩均占有量少，水资源供需矛盾突出 (2) 地区分布不均，水土资源组合失衡 (3) 时程变化大，年内、年际分布不均，水旱灾害频繁 (4) 水土流失严重，河流泥沙问题突出 (5) 水资源污染问题严重，水环境状况不容乐观 (6) 水资源与生产力布局不相匹配。 7、我国目前水利建设的主要任务 （1） 治理黄河 黄河可能是世界上问题最多、最复杂的一条河流，问题的关键是泥沙。目前黄河可以说是集断流、溃堤、淤积、污染诸问题于一身。 近期治理黄河的要求主要有以下几条： ①堤防不决口；②河道不断流；③水质量不超标；④河床不抬高。 治理黄河我们要做的工作有： ① 坚持开展中上游水土保持工作，进一步减少入黄泥沙。 ② 通过全力节水治污和引入外流域调水，千方百计增加黄河水量，并对全流域全部水资源统一管理调度，这样才有可能治理黄河。 ③ 通过工程和管理措施，在中下游形成一条相对稳定的“中水河槽”，使中小洪水不上滩，消灭“二级悬河”，解决不决堤的问题，而且用“人造洪峰”、“调水调沙”，配合清淤放淤，解决黄河泥沙在中下游的冲淤平衡问题。 ④ 在河口适当修建工程，稳定流路，降低高程，引起溯源冲刷，改善下游河道淤高情况。 （2） 长江防洪 采取工程措施和非工程措施解决长江洪灾这一心腹大患。 在工程措施方面，要依靠堤防、水库和分洪区三大项； 在非工程措施方面，要实现精确预报、科学调度、全流域统一管理和推行洪灾保险制度等。 以下有几个值得探讨的问题： ①长江流域已建并将建大量水库，但各水库都有其开发目标，不能全为防洪服务。如何才能在遇到特大洪水统一调度。 ②分洪区是长江防汛的主要手段之一，目前分洪区内居住大量群众，是生产基地，分洪一次，风险和损失巨大，实际上很难下决心启用，形同虚设。 ③长江干流和支流间的洪水关系（尤其是洞庭四水流域）极为复杂；要研究在不同洪水下，如何做到江河互补互利，需采取何种措施，获得最大效益，恢复洞庭的青春。 ④各种非工程措施的研究和实施。 ⑤长江口的整治工程等。 （3） 全国水资源合理配置 中国水资源在空间上分布很不均匀，与各地区的经济发展情况更不适应，因此在全面实行节水、挖潜的同时，仍有必要实施跨流域调水。 （4） 全方位节水工程 实行“节水为先”的基本战略。 （5） 治污与生态环境治理工程 （6） 水电大开发 （7） 建立与完善水资源管理体制 形成法规，以法治水 本课程的内容及水利水能规划的主要内容 本课程的内容：水资源及其综合利用的基本概念，水资源评价，水资源供需平衡分析，水库及兴利调节计算，防洪减灾规划，水能利用及水电站主要参数选择，河流综合规划及水库群水利水能规划，水库调度，水资源管理与保护，水资源系统分析。 水资源规划和设计与施工具有同等重要的地位。 进行规划工作的主要步骤： 1、收集、整理、分析和研究水利勘察和水利调查所获得的资料、数据和图幅等。 2、进行水文分析计算。 3、拟定水资源综合利用开发方式和工程总体布置初步方案，粗略拟定各主要水工建筑物和主要设备的型式和主要尺寸。 4、拟定待建水资源工程主要参数的若干个可能方案，并对其进行水利计算。 5、对上述参数的各方案进行经济计算和评价。 6、对上述参数的各方案进行非货币指标的社会效益、环保、政治、社会等方面的定性评价，选出最佳方案作为选用方案。 7、对选定方案，制定工程综合利用优化调度初步方案和水电站运行的初步计划，供运行管理单位参考。 拟定水资源开发方式与选择主要参数是水利水能规划工作的核心。各水利部门的主要参数有： 1、 水力发电的主要参数：设计蓄水位、水库死水位和装机容量。 2、灌溉的主要参数：水库蓄水库容、渠首或抽水站的设计流量、多年平均供水量。 3、城市供水的主要参数：与灌溉类似。 4、防洪的主要参数：水库设计蓄洪库容和下泄流量、河道整治后各河段的设计洪水位和设计流量、堤防各段的堤距和堤顶高程等。 5、治涝的主要参数：排涝站设计流量和围堤顶高程。 第2章 水资源评价 1、水资源评价： 对某一地区或流域水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件、开发利用现状和供需发展趋势作出分析估价。它是合理开发利用和保护管理水资源的基础工作，为水利规划提供依据。 水资源评价的主要任务:科学分析区域或流域水资源特点，准确把握其数量、质量等方面的特性，展望水资源开发利用前景，合理开发利用和保护水资源，达到以水资源可持续利用支撑社会经济可持续发展的目标。 ２、水资源评价的内容 水资源评价是水资源规划的前期工作，在规划中遇到的问题在评价中要仅可能考虑。水资源评价比水资源规划可行性研究更具普查和宏观意义。 (1) 水资源评价的背景与基础 水资源评价的背景与基础：水资源评价区的自然情况、社会经济现状、水利工程及水资源利用现状以及水资源系统等。 (2)水资源数量评价 也称为基础水资源评价，对评价区内的地表水资源、地下水资源及总水资源进行估算和评价，是水资源评价的基础部分。 (3) 水资源质量评价 包括对河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况等的调查和评价。 (4) 水资源开发利用及其影响评价 包括：社会经济及供水基础设施现状调查分析，供用水现状调查分析，现状供用水效率分析，现状供用水存在问题分析，水资源开发利用现状对环境的影响分析。 (5) 水资源综合评价 包括：水资源供需发展趋势分析、评价区水资源条件综合分析，分区水资源与社会经济协调程度分析。 ３、水资源评价分区 水资源评价分区的原则: （1）尽量按流域水系划分，保持大江大河干支流的完整性。 （2）同一区内自然地理、水资源特点、水资源开发利用条件和水利建设方向基本相同或相似。 （3）应充分考虑水资源供需特点，将供需矛盾相对突出的地区予以区分。 （4）尽可能保持行政区划完整。 （5）根据工作需要、评价工作量大小、现有资料情况确定分区大小和分区级数。 （6）各种级别的水资源评价分区原则上应一致。 ４、水平年、典型年和系列法 水平年：基准年、近期水平年、中期水平年、远期水平年。 要根据水资源评价的任务和所具备的条件来选择使用水平年，一般应有现状和近期两个水平年。 未来降水有随机特点，目前不能准确预测，而水资源量、供水量和需求量总要根据一定的水情和雨情进行分析，为处理这一问题，常用： 典型年法（代表年）： 根据已有资料频率分析结果，确定平水年和枯水年等不同典型年的雨情和水情，在此基础上对各水平年的水资源供需情况进行分析。典型年选择要合理确定年总水量和年内分配，使其确有平水年、枯水年及特枯水年的代表性。 典型年又可分为日历年、水文年和水利年。日历年自1月1日至12月31日，水文年从一年汛初至次年汛初，水利年按农作物灌溉期末划分起讫时间（如每年10月1月至次年9月30日）。 典型年的选用——统计：用日历年，供水：水文年，农业用水：水利年。 系列法（水资源供需平衡动态模拟法）： 根据所选水文气象系列逐年逐时段对未来的水资源供需情况进行计算分析。能较好地反映未来水资源量、供水量和需水量的动态变化特点，考虑了水资源多年调节以丰补枯的作用，是比较合理的方法。 系列法有： 1、 一次历史系列法 2、 历史系列循回组合法 3、 随机系列模拟法 典型年法：计算简单、工作量少，克服无长系列资料的困难； 系列法：计算工作量大，要用计算机计算。 5、水质评价 水质：水质泛指水体的物理、化学和生物学的特征和性质，受自然因素和人类活动的双重影响。水资源评价时，必须开展水资源污染状况的调查与评价，包括污染源调查与评价，地表水资源质量状况评价，地表水污染负荷总量控制分析，地下水资源质量现状评价，水资源质量变化趋势分析及预测，水资源污染危害及经济损失分析，不同质量的可供水量估算及适应性分析。 符合要求的水质和充足的水量是进行水资源开发利用的两个必要前提，缺一不可。 水资源评价工作要做到“水量和水质并重”， 水质评价要包括河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况调查评价等内容。 1）河流水质 1、河流泥沙 包括：河流输沙量、含沙量及其时程分配和地区分配。 2、河流水化学特性 包括：天然水化学类型及地区分布，天然水化学成分的年内、年际变化，河流离子径流量（包括出海、出境、入境离子径流量），河流离子径流模数及地区分布。 天然水化学分析参数一般 pH值、矿化度、总硬度、钾、钠、钙、镁、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物。 2）水体的污染及其危害 水体的自净能力：指受污染的水体在一定的条件下具有逐渐恢复其原有水质状态的能力。 合理利用水体的自净能力，减少水污染控制费用，是水资源保护规划中应当考虑的一个重要原则。 一、水体污染物质的主要来源： 可分为：自然污染和人为污染。 二、水中的主要污染物及其危害： (1) 需氧污染物及其危害 需氧污染物：碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸和脂类等有机物。 常采用下列指标表示水中需氧有机物的含量： 1) 生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand，简称BOD）:表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（以mg/L为单位），生化需氧量越高，表示水中需氧的有机污染物越多。 2) 化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，简称COD）:表示用化学氧化剂氧化水中的有机污染物所消耗的氧量，测定方法有高锰酸钾法和重铬酸钾法。 3) 总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）: 总有机碳包括水体中所有的有机污染物的含碳量，是评价水体中需氧有机污染物的一个综合指标。 总需氧量：有机物完全氧化所需要的氧量。 (2) 植物营养物及其危害 藻类大量繁殖。 (3) 水体重金属污染及其危害 重金属不能被降解，只会分散或富集，对人和生物有毒性。 (4) 水体油类物质污染及其危害 破坏生物正常生活环境，造成生物机能障碍。 ①油膜阻碍海水蒸发，改变海面反射，减少日光辐射，使海面温度下降，影响水体绿色植物光合作用，同时阻隔大气和水体间气体交换，减少水体氧气来源；②分散油和乳化油对一切水生生物都是致命的，会破坏海洋浮游植物体内的叶绿素，阻滞细胞分裂而造成大量死亡。 (5) 水体热源污染及其危害 导致水环境发生一系列物理、化学及生物学变化。 ①溶解氧降低，微生物分解能力增强，生化耗氧量增加，水体缺氧；②化学反应速度加快，有毒物质毒性加大；③生物群落和种群变化；④某些鱼类正常生活受到影响。 (6) 水体农药污染及其危害 来自于：①生产农药工厂直接排放②悬浮于空气中的农药通过降雨③农、林区地表径流和农业排水 水体农药污染造成鱼类、鸟类大量死亡，对人类健康有严重威胁。 6、水质标准 为保证供水质量，有必要根据不同部门对水质的要求制定相应的标准，对水体各种成分尤其是有害成分的含量给出一定的界限，从而可以根据水的物理、化学、生物学特性检测分析结果进行水质的评价。 ★ 我国（GB3838-2002）《地表水环境质量标准》依据地表水环境功能和保护目标，按功能高低将水划分为五类。 Ⅰ类：主要适用于源头水，国家自然保护区； Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等； Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区； Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； Ⅴ类：主要适用于一般农业用水区及一般要求水域。 2．4．4水质评价方法 水质的评价方法可分为 监测指数法和生物评价法两种 一、监测指数法 利用表征水体水质的物理、化学参数的相对污染程度值，通过统计数学处理，得到一个简单的数值，用以表征水体的污染程度。 1、 单因子评价指数法： 对各类指标进行分析。 当污染物危害程度随浓度增加而增加时： 当污染物危害程度随浓度增加而减少时： 对于具有最低和最高允许限度的污染物（如pH值）： 2、 多因子评价指数法： 应用数学模型得出一个概括性的指数以综合表征水体的污染程度。 平均迭加法：； 加权平均法：； 内梅罗指数法：；：参与评价的最大单因子指数；：参与评价的单因子指数均值。 一般地说：，环境质量状况优于评价标准； ，环境质量状况优于评价标准； ，环境质量状况处于临界状态。 3、 模糊数学评价法：先对单项参数进行评价，同时考虑各参数在总体中的地位，配以适当权重，然后运用模糊矩阵复合运算法，得出综合评价结果。 二、生物学水质评价方法 由于水环境系统中污染物质之间存在复杂关系，对环境质量的影响程度不一；水质标准难以统一；对水体质量的综合评判有一定模糊性；因此，不同水质评价方法差别较大。好的评价方法应当具有：准确性、可比性、实用性。 目前常用： 1、 指标生物法：利用指示生物可以对水污染程度作出综合判断。 生物是反映环境质量优劣的一个综合指标，它与环境构成统一的整体。每一种生物都要求一定的生活环境，环境一旦发生变化，生物种类、数量、生物群的组合及结构均发生变化。 指标生物：在一定水质条件下，对水环境质量变化反映敏感的生物。 2、 生物指数法： 依据水体污染影响水生生物群落结构的原理，用数学形式表示群落结构变化情况，从而指示水体质量情况。如贝克生物指数法。 贝克生物指数法： ：对有机污染缺乏耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数； ：对有机污染有中等耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数。 根据的计算值来判断水质污染程度： ：水体严重污染； ：水体中等污染； ：水体轻度污染； ：水体清洁。 2.5水资源综合评价 2．5．1区域总水资源概念及水资源总量计算 地表调蓄 土壤水调蓄 地下水调蓄 降水P 植物截 流损失 地表水 体蒸发 非饱和 土壤腾发 SE 总腾发量ET 入渗(P-RS) WRR 坡面流 河川基流WG 地表径流 RS 河川径流 R 地下水其他净排泄WC 潜水蒸发WE 图2-1 区域水循环概念模型 总水量平衡方程： 对于非饱和带的土壤水，水量平衡方程： 其中总腾发量： 则有：，说明入渗的水转化为地下水补给和作物的直接利用。 对于地下水，水量平衡方程： 定义降水扣除作物、土壤及水面直接利用和消耗后的全部水量为总水资源量，则： 将代如上式， 则：，说明总水资源量为地表径流量与地下水补给量之和。 将代入 则：，由于 所以有： 因此计算总水资源量有四个公式： 受实际情况和资料限制，目前还没有直接用上述公式计算总水资源量，而是分别对地表水和地下水进行评价。 常用： 其中为地表水和地下水的相互转化量。 不同类型的评价区有不同的计算方法。 2．5．2水资源现状供需平衡及趋势分析 在水资源开发利用现状调查分析的基础上，可选取不同的水平年对水资源供需发展趋势进行分析。 现状供需平衡及趋势分析包括 用水增长预测 和可能增加的供水能力预估 。用水增长预测常用：趋势外延法、参照社会经济发展长远目标进行估计法。 在用水增长预测中，人口的增长是一些国家中最主要的因素。 用水预测是基于各行各业的需水预计的要求。 2．5．3水资源评价指标体系 评价指标体系： 水资源评价结果，以一系列定量指标加以表示，称为评价指标体系，由此可对评价区的水资源及水资源供需的特点进行分析、评估和比较。 一、水资源评价成果的主要指标 1、 基本社会经济指标：土地、人口、耕地、灌溉面积、产值、粮食产量等。 2、 水资源量评价指标：地表水资源量、地下水资源量、总水资源量等。 二、现状水资源利用指标 包括：总供水量、总用水量、水资源利用率与人均用水量等。 三、现状、近期、中期、远期水资源供需分析指标——典型年法 对现状、近期、中期、远期各水平年，分别对、及（或）的典型年提出可供水量、需水量、余缺水量、水资源利用率、人均用水量。 四、规划期水资源供需分析指标——系列法 对规划期列出多年平均的可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等；以年计的需水量保证率。 对各水平年分别列出可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等。若采用多系列对一水平年可以列出不同频率的上述各指标，以及不同频率的地下水埋深，或相应的数学期望值。 2．5．4水资源供需综合指标及综合评价 一、综合评价指标体系 包括：耕地率，耕地灌溉率，人口密度，工业产值模数，需、供水量模数，人均供水量，水资源利用率，现状缺水率，缺水率远景等10项指标。 二、综合评分 ，为权数，为各评价指标。 综合评分后为缺水区；为基本平衡区；为平衡区；为余水区。 三、分类分析 1、 根据缺水率及其变化：缺水率大于10%的地区为缺水区。 2、 根据人均供需水量对比： 根据自然、社会经济条件，拟定各地区人均需求量范围。 实际供水量小于人均需水量的下限时，则认为该地区缺水。 3、 根据水资源利用率 当水资源利用率超过50%时，用水比较紧张，继续开发利用比较困难的地区，绝大部分应属缺水地区。开发条件差的地区，水资源利用率超过25%时，就可能出现缺水现象。 第3章 水资源开发利用 1、以水资源的可持续利用保障国民经济可持续发展 《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》提出我国21世纪水资源开发总体战略： 1、人与洪水协调共处的防洪减灾战略 2、以建设节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业为目标的农业用水战略 3、节流优先、治污为本、多渠道开源的城市水资源可持续利用战略 4、以源头控制为主的综合防污减灾战略 5、保证生态环境用水的水资源配置战略 6、以需水管理为基础的水资源供需平衡战略 7、解决北方水资源短缺的南水北调战略措施 8、与生态环境建设相协调的西部地区水资源开发利用战略 2、水资源综合规划 3.2.1水资源规划的目标和原则 水资源综合规划的目标是：为我国水资源可持续利用和管理提供规划基础，在进一步查清水资源及开发利用现状、分析和评价水资源承载能力基础上，根据经济社会可持续发展和生态环境保护对水资源的要求，提出水资源合理开发、优化配置、高效利用、有效保护和综合治理的总体布局及实施方案，促进我国人口、资源、环境和经济的协调发展，以水资源可持续利用支持经济社会可持续发展。 水资源规划的目标：包括整治和兴利两类。由于水资源服务功能的多目标性，水资源规划的目标往往也具有多目标性。协调各目标之间的矛盾，满足不同部门的利益要求，是现代水资源规划的基本内容。 水资源规划应遵循的原则： （1）全面规划；（2）协调发展；（3）可持续利用；（4）因地制宜；（5）依法治水；（6）科学治水；（7）与其他规划相协调。 水资源规划往往包括综合规划和各项专业规划。 3.2.2水资源规划的步骤 水资源规划既是一个系统分析过程，又是一个宏观决策过程。水资源规划内容从逻辑上可分为七个阶段： 1、问题剖析阶段 2、规划及管理模型制定阶段 3、方案筛选与优化阶段：包括确定可能的规划措施、规划措施的分类组合、编制规划方案。 4、影响评价阶段：包括鉴别影响源、估量影响大小、说明影响范围。 5、规划方案评价阶段：包括目标满足程度评价、效益指标评价、合理性检验、确定规划方案。 6、工程实施阶段：根据方案决策及工程优化开发程序，进行工程建设或管理工程实施。 7、运行、反馈与调整阶段 3.2.3水资源规划的内容 1、水资源及其开发利用情况调查评价 2、节约用水和水资源保护 3、需水预测和供水预测 4、水资源配置 控制目标为需求，保护生态环境，增加供给。 5、总体布局与实施方案 3.2.4水资源规划的类型 1、 综合规划：（1）流域规划（2）区域规划（3）跨流域规划 2、 专业规划：防洪规划，航运规划等。 图3-4 需水量计算项目汇总 3.3 水资源需求分析 1、 生活需水预测：分城镇居民和农村居民两类， 2、 农业需水预测： 包括农田灌溉需水； 林牧渔业需水：包括林果地灌溉、墓志灌溉、牲畜用水和鱼塘等4类。 3、 工业需水预测：分高用水工业、一般工业和火电工业3类， 4、 建筑业和第三产业需水预测 5、 生态环境需水： 6、 河道内其他需水预测： 河道内的其他需水预测包括：航运、水力发电、渔业、旅游等，这些需水一般不消耗水，但对水位，流量会有一定要求，因此要做好河道内控制节点的水量水质平衡，并对用水量进行计算。 3.4水资源供需平衡分析 一、概述 ★水资源供需平衡分析的目的包括： 1、弄清水资源总量的供需情况； 2、了解水资源余缺的时空分布； 3、进行开源节流的总体规划，明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向。 ★水资源供需平衡分析的原则： 1、 近期和远期相结合 2、 流域和区域相结合 3、 综合利用和保护相结合 ★水资源供需平衡分析的方法： 按分析方法分：常规方法、系统分析法； 按水情、雨情资料分：典型年法，系列法； 按水文资料性质分：确定性资料分析法、随机分析法。 二、水资源供需平衡分析的典型年法 ★ 供水保证率的概念：是指多年供水过程中，供水得到保证的年数占总年数的百分数。计算公式为： P-供水保证率；m-保证正常供水的年数；n-供水总年数 供水保证率可有纵向和横向两种概念。 纵向：今后多年供水过程中有保证年数占总供水年数的百分数，今后多 年是一个计算系列。 横向：规定某一年份（例如2005年），这一年的来水可以是多样的，把 某系列各年的来水都放到这年（2005年）去进行供需分析，计算 有保证的年数占系列总年数的百分数，即为该年供水遇到所用系 列的来水时，其具有的供水保证率P。 第4章 综合利用水库 径流调节：按人们的需要，通过水库的蓄水、泄水作用，控制径流的重新分配径流。 径流调节是兴水利除水害的方法之一。 洪水调节：为防洪目的进行的径流调节。 第五章 兴利调节：为兴利目的进行的径流调节。 第四章 4.1 水库特性 1水库的面积特性和容积特性 （1）水库面积特性：水库水位与水库面积的关系曲线。( 纵坐标为水库水位) 水库面积特性曲线取决于水库河谷平面形状，平原水库面积我曲线比较平缓，表明增加坝高将迅速扩大淹没面积和加大水面蒸发。所以平原地区一般不宜建高坝。 （2）水库容积特性：水库水位与水库容积的关系曲线( 纵坐标为水库水位)。 ★2水库的特征水位和特征库容（记） 特征水位：为完成不同的任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。 特征库容：相应的特征水位以下或两特征水位间的水库容积。 （一） 死水位和死库容： 死水位（）：在正常运行情况下，允许水库消落的最低水位。 死库容（）：死水位以下的水库库容，也称垫低库容。 在正常运用中，死库容不参加径流调节，也不放空。 （二） 正常蓄水位和兴利库容： 正常蓄水位（）：水库在正常运用情况下，为满足设计兴利 要求而在开始供水时应蓄到的高水位，又称实际兴利水位。 兴利库容（）：正常蓄水位与死水位间的库容，又称调节库容。 正常蓄水位与死水位之间的高差，称为水库消落深度或工作深度。 （三） 防洪限制水位（）：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。 防洪限制水位是协调防洪和兴利关系的关键。 （四） 防洪高水位和防洪库容： 防洪高水位（）：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水 库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前（或上游侧）达到的最高水位。 防洪库容（）：防洪高水位与防洪限制水位间的库容。 用 以拦蓄灌水，满足下游防洪要求 重叠库容（）：当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库 容与兴利库容重叠的部分，又称共用库容、结合库容。 防洪库容与兴利库容重叠有完全重叠、部分重叠和不重叠三种形式。 （五） 设计洪水位和拦洪库容： 设计洪水位（）：水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位。 它是水库是正常运用情况下允许达到的最高洪水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据之一。 拦洪库容（）：设计洪水位与防洪限制水位间的库容。 （六） 校核洪水位和调洪库容： 校核洪水位（）：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位。 它是水库在非常运用情况下，短期内允许达到的最高洪水位， 调洪库容（）：校核洪水位与防洪限制水位间的库容。 （七） 总库容和有效库容： 总库容（）：校核洪水位以下的库容。 有效库容（）：校核洪水位与死水位间的库容。 表4-1 水 库 工 程 等 别 表 工 程 等 别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 工程规模 大(1)型 大(2)型 中型 小(1)型 小(2)型 水库总库容(108m3) ≥10 10～1.0 1.0～0.1 0.1～0.01 0.01～0.001 4.1.3水库的水量损失 (一)蒸发损失： 蒸发损失的计算方法：经验公式、水量平衡法、热量平衡法、紊动混合、交换理论法等四类。 为留有余地，年调节水库采用最大年蒸发量，年内分配按多年平均考虑。多年调节水库采用多年平均年蒸发量。 (二)渗漏损失： 渗漏可分三类：止水不严，绕坝渗流和坝底库周渗流。 水库运行的前几年，渗漏损失往往较大。水库运行若干年后，由于库床淤积、岩层裂隙逐渐被填塞等原因，渗漏损失会有所减小。 (三)结冰损失： 结冰融化后滞留在岸边的冰层所引起的损失。 （四）其它损失： 水工建筑群操作所损失的水量。如鱼道操作，船闸过船，木材放流等。 由于损失水量不大，在一般的调节计算中可不予考虑。 4.1.4水库淤积 纵向淤积：三角洲淤积，带状淤积和锥体淤积。 横向淤积：全断面淤积，主槽淤积和沿湿周均匀淤积。 淤积将对水库运用有多方面负面影响：侵占库容、抬高回水位、影响航运、影响建筑物、磨损水轮机、引起化学沉淀、冲刷河床等。 水库淤积计算：在水库工程的规划设计中，为预测水库泥沙淤积过程、相对平衡状态和水库寿命所进行的分析计算。计算任务是探明淤积对各兴利部门的影响，为研究水库运行方式、确定泄洪排砂措施规模提供依据。 在规划设计阶段较常用的是经验估算法： 采用经验公式： 拦沙率： 库容平均淤损率： 或 水库流程年限 ： ——流域平均侵蚀模数；[t/(km2年)] ——流域面积； ——水库淤积程度系数，指水库淤积库容达原库容的60%。 ——水库淤至某种程度的年限。 计算水库平均淤积量和使用年限的具体步骤： （1） 计算 （2） 计算 （3） 计算水库平均年淤积量： （4） 根据预定淤积程度，计算淤积程度系数，然后计算水库淤积年限。 为减少水库淤积，应注意流域面上的水土保持工作，并注意好水库的运行管理方式，如做好“蓄清排浑”。 通常减少淤积的措施： （1）上游拦截，就地处理。 最根本方法。 （2）水库排沙，保持库容。 水库采取蓄清排浑的运用方式 （3）清除淤沙，恢复库容。 4.1.5水库的淹没和浸没 淹没：水库蓄水后，将淹没土地、森林、城镇、道路、电力通讯设施、文物古迹、甚至城市建筑物。 浸没：水库蓄水后，由于库周地下水位抬高，使树木死亡，旱田作物受涝；耕地盐碱化；形成局部沼泽地，恶化卫生条件，滋生疟蚊；增加矿井积水；使原有工程建筑物的基础产生塌陷；还会引起库周塌岸，毁坏农田和居民点，减小水库容积。 由于水库的淹没，将引起水库移民。在移民安置工作中，要正确处理国家、集体和个人的利益。要使移民的生产和生活条件好于迁建以前的生活。 水库的淹没损失是一项重要的经济技术指标，有时达工程总投资的40%~50%，而且可能会有其他方面的影响。淹没和浸没问题常成为限制水库规模的主要因素之一。对于巨型和大型水电站，可有计划地分期抬高蓄水位，以减小近期淹没损失和迁移困难。 4.2 水库的兴利调节 4．2．1兴利调节分类 一、 按调节周期分类： 调节周期 是指水库的兴利库容从库空，到蓄满，又回到放空的完整的蓄放过程。 1、日调节：调节周期为一昼夜。 抽水蓄能电站一般为日调节。 2、周调节：调节周期为一周，将一周内变化不大的入库径流按用水部门的周内需水过程进行径流调节。 3、年调节：按用水部门的年内需水过程，将一年中丰水期的多余水量蓄存起来，用以提高缺水期供水量。有不发生弃水的完全年调节和发生弃水的不完全年调节。完全年调节和不完全年调节的概念是相对的，它取决于库容的大小和来水量的多少。年调节水库一般可同时进行周调节和日调节。 ★ 通常用库容系数反映水库的调节能力，当=8%-30%时，一般可进行年调节。来水较均匀时=2%-8%即可进行年调节。 4、多年调节：利用兴利库容将丰水年多余水量蓄存起来，以提高枯水年份的供水量。 当水量变差系数较小，年内水量分配均匀，根据经验，>30%，即可进行多年调节。 多年调节水库一般可同时进行年调节、周调节和日调节。 对于水力发电，通常把具有一定的兴利库容，有能力调节天然日径流量的水电站，称为蓄水式电站。把无调节和仅能进行日调节的水电站(其日电能受控于天然径流)称为径流式电站。 二、 按水库任务分类： 单一任务径流调节，综合利用径流调节。 三、 按水库供水方式分类： 固定供水，变动供水。 四、 其他分类： 反调节，单一水库补偿调节，水库群补偿调节，跨流域调水调节。 4．2．2设计保证率 一、工作保证率和设计保证率的含义 工作保证率：水利水电部门正常工作的保证程度。 有三种计算形式： 1、年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。即 多用于蓄水式电站和灌溉用水。 2、历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历时的百分比，即 多用于径流式电站，航运用水和其他不进行径流调节的用水部门。 年保证率与历时保证率之间的换算： M为破坏年份的破坏历时与总历时之比。 3、按保证正常用水的数量计算保证率。 应当注意，枯水年对用水部门适当减少供水，效益并不一定会下降，可采用相应措施进行补偿。 提高保证率意味着扩大工程规模，往往技术上有难度，经济上有困难，所以要选取合适的保证率。设计保证率是工程设计规划的依据。 二、设计保证率 1、概念: 为拟建的水利水电工程选定的合理的工作保证率称为设计保证率 2、设计保证率的选择 水利水电工程设计保证率的选择是一个复杂的经济技术问题。 （一）水电站设计保证率 水电站设计保证率关系到供电可靠性、水资源利用程度和电站造价。对重要的电站采用高的设计保证率。 水电站设计保证率 系统中水电站容量比重（%） 25以下 25~50 50以上 水电站设计保证率（%） 80~90 90~95 95~98 同一电力系统中，规模和作用相近的联合运行的几座水电站，可当作单一水电站选择统一的设计保证率。 （二）灌溉设计保证率 灌溉设计保证率：指设计灌溉用水的保证程度。 （三）供水设计保证率 由于供水遭破坏将直接影响人民生活和造成生产的严重损失，故供水采用较高的设计保证率，一般按年保证率取值范围为95%~99%。 （四）通航设计保证率 通航设计保证率一般指最低通航水位的保证程度，以计算时期内通航获得满足的历时百分率表示。 在综合利用的水库中，设计保证率按以下方案考虑 ①要将历时保证率换算成年保证率， ②要以主要部门的设计保证率为准进行径流调节计算， ③还要对年水量频率分别进行校核，取偏于安全的结果。 必要时，可根据任务主次关系，适当调整各部门的用水要求或设计保证率。 4．2．3设计代表年和设计代表期 在规划工作中，长系列水文资料的选用计算结果比较精确，但工作量大。在满足规划工作要求的情况下，可选用若干典型年份或典型多年径流系列作为设计代表期。 一、设计代表年 在规划工作中，选择有代表性的枯水年、中水年和丰水年作为设计典型年，称为设计枯水年、设计中水年和设计丰水年。 对于年调节水电站，满足设计保证率要求的关键是设计枯水年的供水期，可按供水期水量选定设计枯水年。 二、设计多年径流系列 设计多年径流系列是从长系列资料中选出的有代表性的短系列。 （一）设计枯水系列 由于完整调节周期不多，通常采用扣除允许破坏年数的方法加以确定。 为水文系列总年数。 从资料中选出最严重的连续枯水年组，从最末一年开始扣除，余下的即为设计枯水系列。还要注意：①用设计枯水系列的调节计算结果对其他枯水年组进行校核，若另有正常工作遭破坏的时段，要从中扣除，得出新的破坏年数，并用它重新确定设计枯水系列，②有时需校核破坏年份的供水量和电量，若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预留部分蓄水量。 （二）设计中水系列 为探求水库多年平均情况，一般取10~15年作为代表期，称为设计中水系列。选择时要满足：①至少有一个以上的完整周期，②系列年径流均值等于或接近多年平均值，③系列应包括枯水年、中水年和丰水年，其比例关系与长系列大体相当，年径流变差系数接近。 当电力系统中有若干电站联合运行并进行补偿调节时，最好按长系列进行计算，或以补偿电站为主，选出统一的设计代表系列。 4．2．4兴利调节计算原理 兴利调节计算：根据各用水部门的要求，利用水库重新分配天然径流所进行的计算。 水库的兴利调节计算主要解决三类课题： （1）根据用水要求，确定兴利库容； （2）根据兴利库容，确定设计保证率下的供水水平（调节流量）； （3）根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程。 三类课题的实质是找出天然来水，用水和兴利库容之间的关系。 径流调节计算的基本原理是水量平衡原理： 计算时段的水量平衡方程： 或计算时段水库蓄水量变化值 水库的兴利调节计算的方法：时历法和概率法。 4.3兴利调节时历列表法 一、根据用水过程确定水库兴利库容 （一）不计水量损失的年调节计算 由于用水已知，可根据天然径流，定出水库补充放水起止时间。逐时段进行水量平衡，再有分析地累加各时段不足水量，便可得出该入库径流条件下为满足既定用水要求所需的兴利库容。 以下举例说明，见表4-6。课本113。 （二）考虑水量损失的年调节计算方法： 在中、小型水库的设计中，可用简化计算方法： ①不计水量损失算出兴利库容，取此库容之半加上死库容，