第9章 年徑流分析與計(jì)算
41．什么是水庫(kù)的興利調(diào)節(jié)和防洪調(diào)節(jié)？
　　天然徑流在時(shí)間、空間上的分布一般不完全符合人類的需要。為了除水害，興水利，需要采取人工措施對(duì)天然徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，稱為徑流調(diào)節(jié)。
　　利用水庫(kù)，以興利為目的進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)稱為水庫(kù)興利調(diào)節(jié)。為調(diào)蓄洪水進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)稱為水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)。
　　需注意，實(shí)現(xiàn)徑流調(diào)節(jié)不僅可以采用水庫(kù)調(diào)節(jié)一種方式。修建一些別的工程，如水土保持工程，或采取一些農(nóng)業(yè)措施、林業(yè)措施等，也可實(shí)現(xiàn)徑流調(diào)節(jié)。但在本課程中主要介紹利用水庫(kù)進(jìn)行興利調(diào)節(jié)和防洪調(diào)節(jié)。
42．水庫(kù)的特征水位和相應(yīng)庫(kù)容有哪些，各有什么意義？
　　首先應(yīng)當(dāng)明確，水庫(kù)特征水位和相應(yīng)庫(kù)容這部分內(nèi)容十分重要。因?yàn)�，一方面水�?kù)特征水位和相應(yīng)庫(kù)容是水利工程專業(yè)最基礎(chǔ)的知識(shí)，另一方面，只有透徹地理解了水庫(kù)的特征水位和相應(yīng)庫(kù)容的有關(guān)概念，才能理解水庫(kù)運(yùn)行和發(fā)揮作用的機(jī)制，也才能理解和掌握進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算和防洪調(diào)節(jié)計(jì)算，以及進(jìn)行水庫(kù)參數(shù)選擇的方法。
　　文字教材中的圖9.3是水庫(kù)特征水位和相應(yīng)庫(kù)容的示意圖。
　　如圖示，水庫(kù)最低的特征水位是死水位。死水位是水庫(kù)在正常運(yùn)用情況下，允許消落到的最低水位，死水位以下的庫(kù)容稱為死庫(kù)容。在正常運(yùn)用情況下，死庫(kù)容不參與徑流調(diào)節(jié)。水庫(kù)設(shè)置死庫(kù)容，是為了容納水庫(kù)的泥沙淤積，以及滿足灌溉、航運(yùn)等部門對(duì)于最低水位的要求。為了環(huán)境保護(hù)的需要，也需要設(shè)置死庫(kù)容。因水庫(kù)只有保持一定的蓄水量，才能使水庫(kù)庫(kù)區(qū)沉積的有害物質(zhì)得到稀釋，使污染物不超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
　　正常運(yùn)用情況下，為了滿足設(shè)計(jì)的興利要求，在設(shè)計(jì)枯水年（或設(shè)計(jì)枯水段）開始供水的時(shí)候，水庫(kù)必須蓄到的水位稱為正常蓄水位。正常蓄水位到死水位之間的容積，稱為興利庫(kù)容。正常蓄水位與死水位之間的水層深度稱為消落深度。水庫(kù)蓄水達(dá)到正常蓄水位，就能夠按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滿足興利的需要。正常蓄水位的高低，興利庫(kù)容的大小，反映了水庫(kù)興利調(diào)節(jié)能力的大小，同時(shí)也反映了水庫(kù)工程投入和淹沒損失的大小。正常蓄水位提高，興利庫(kù)容加大，水庫(kù)能發(fā)揮更多、更大的綜合效益，但同時(shí)水庫(kù)的壩高要加高，工程投資要加大，水庫(kù)造成的淹沒損失也要加大。因此，必須合理地選擇水庫(kù)的正常蓄水位。
　　圖9.3中，正常蓄水位以下為防洪限制水位。防洪限制水位是水庫(kù)在汛期開始和汛期中允許興利蓄水的上限水位。為了保持足夠的庫(kù)容攔蓄洪水，水庫(kù)在汛期到來時(shí)和汛期當(dāng)中，必須限制興利蓄水，使水庫(kù)的水位不超過防洪限制水位。只有洪水到來時(shí)，才允許在調(diào)蓄洪水的過程中使水位超過防洪限制水位。汛期水庫(kù)調(diào)洪后，在一場(chǎng)洪水消退時(shí)，水庫(kù)要迅速泄洪，使得水位盡快回降到防洪限制水位，準(zhǔn)備迎接下一次洪水的到來。
　　在水庫(kù)正常蓄水位以上，有和防洪有關(guān)的另外三個(gè)特征水位，即設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位和防洪高水位。
　　如前述，對(duì)于水利工程，水工建筑物本身的設(shè)計(jì)洪水包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水和校核標(biāo)準(zhǔn)洪水。設(shè)計(jì)洪水對(duì)應(yīng)于正常運(yùn)用情況，校核洪水對(duì)應(yīng)于非常運(yùn)用情況。發(fā)生水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水時(shí)，水庫(kù)在壩前蓄到的最高水位稱為設(shè)計(jì)洪水位。設(shè)計(jì)洪水位和防洪限制水位之間的庫(kù)容稱為攔洪庫(kù)容。發(fā)生大壩校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，水庫(kù)在壩前達(dá)到的最高水位稱為校核洪水位。校核洪水位和防洪限制水位之間的庫(kù)容稱為調(diào)洪庫(kù)容。設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位都是確定水庫(kù)壩高和進(jìn)行大壩穩(wěn)定計(jì)算的主要依據(jù)（確定水庫(kù)壩高的具體方法將在專業(yè)課《水工建筑物》中介紹）。
　　當(dāng)水庫(kù)承擔(dān)下游防洪任務(wù)，如水庫(kù)下游有城市、工礦企業(yè)、鐵路、公路、農(nóng)田等防護(hù)對(duì)象時(shí)，水庫(kù)應(yīng)保護(hù)這些防護(hù)對(duì)象不受洪水危害。在遇到下游防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，水庫(kù)需控制下泄流量，攔蓄洪水，此時(shí)水庫(kù)壩前所達(dá)到的最高水位稱為防洪高水位。防洪高水位與防洪限制水位之間的庫(kù)容稱為防洪庫(kù)容。
　　對(duì)于一定標(biāo)準(zhǔn)的洪水進(jìn)行調(diào)蓄，所需水庫(kù)庫(kù)容是一定的。因防洪限制水位是水庫(kù)蓄洪水的起調(diào)水位，故防洪限制水位取得越低，調(diào)蓄洪水過程中的最高水位就會(huì)越低。對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水，防洪限制水位降低可使水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位以及相應(yīng)的水庫(kù)壩高降低。而壩高降低會(huì)使整個(gè)工程的造價(jià)及淹沒損失減少。故防洪限制水位應(yīng)盡可能降低。但需注意，防洪限制水位的降低受到水庫(kù)興利要求的限制。因汛期結(jié)束時(shí)水是處在防洪限制水位，如汛期過后，水庫(kù)所在的河流有足夠的水量，不但能夠滿足當(dāng)時(shí)用水的需要，而且能夠保證水庫(kù)在下一個(gè)供水期開始時(shí)回蓄到正常蓄水位，則可將防洪限制水位定在低于正常蓄水位的位置。但在有些河流上（如我國(guó)北方的一些河流），汛期結(jié)束后河流就幾乎沒有多余的水供水庫(kù)蓄水，此時(shí)則只能把水庫(kù)的正常蓄水位作為防洪限制水位了。當(dāng)防洪限制水位低于正常蓄水位時(shí)，防洪限制水位到正常蓄水位之間的庫(kù)容既可用于興利，又可以用于防洪，稱為共用庫(kù)容或結(jié)合庫(kù)容。
　　校核洪水位與死水位之間的庫(kù)容稱為有效庫(kù)容。校核洪水位以下的庫(kù)容稱為總庫(kù)容，總庫(kù)容是劃分水庫(kù)等級(jí)的依據(jù)。
　　由以上介紹可知，水庫(kù)的各個(gè)特征水位和相應(yīng)庫(kù)容是緊密地相互聯(lián)系，相互影響的。為此，確定水庫(kù)特征水位需反復(fù)進(jìn)行工作，并需多方面進(jìn)行方案比較。文字教材的第11章第5節(jié)對(duì)水庫(kù)特征水位的選擇作了簡(jiǎn)單介紹。
43．水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本課題是什么，計(jì)算方法有哪幾類？ （1）水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算基本課題
水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算中有4方面的因素，即來水、用水或調(diào)節(jié)流量、水庫(kù)興利庫(kù)容，以及設(shè)計(jì)保證率。
進(jìn)行水庫(kù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，來水是已知的，故歸納起來水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算有3類基本課題，即：
1）根據(jù)來水、用水資料以及設(shè)計(jì)保證率推求水庫(kù)興利庫(kù)容；
2）根據(jù)來水資料、興利庫(kù)容以及設(shè)計(jì)保證率推求水庫(kù)的調(diào)節(jié)流量；
3）根據(jù)來水資料、興利庫(kù)容和水庫(kù)操作方案，推求水庫(kù)運(yùn)用過程。
文字教材第9章介紹了前兩類課題，第12章介紹水庫(kù)調(diào)度圖時(shí)包含了第3類課題。
（2）水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本方法
水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本方法由兩類：
1）時(shí)歷法。時(shí)歷法的已知資料和計(jì)算成果，如來水、用水、調(diào)節(jié)流量、蓄水量等均為具有時(shí)間順序的變化的過程。時(shí)歷法又分為列表法和圖解法，本課程中主要介紹了時(shí)歷列表法。時(shí)歷列表法適用于水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的各種課題，同時(shí)便于使用計(jì)算機(jī)，是當(dāng)前實(shí)際使用的主要方法。文字教材的第9章第4節(jié)對(duì)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的時(shí)歷列表法進(jìn)行了介紹，并提供了例題。
2）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的已知條件和計(jì)算成果，都用一定頻率的隨機(jī)變量表示。對(duì)于數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，本課程中主要介紹了運(yùn)用普列什科夫線解圖進(jìn)行多年調(diào)節(jié)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的方法。
　　在學(xué)習(xí)水庫(kù)調(diào)節(jié)興利計(jì)算這部分內(nèi)容時(shí)，可重點(diǎn)掌握按照設(shè)計(jì)代表年資料用時(shí)歷列表法考慮水庫(kù)水量損失推求年調(diào)節(jié)水庫(kù)興利庫(kù)容和調(diào)節(jié)流量的計(jì)算方法。
　　需注意，對(duì)于興利調(diào)節(jié)計(jì)算的第2類基本課題（即推求水庫(kù)調(diào)節(jié)流量），其基本方法是試算法。試算法實(shí)際上是把水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的第二類課題轉(zhuǎn)化為第一類課題來解決。文字教材中還介紹了公式法。需注意公式法的試用條件為：a. 年調(diào)節(jié)水庫(kù)；b. 水庫(kù)年內(nèi)一次蓄放運(yùn)用。如不同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，公式法的計(jì)算公式是不成立的。
44．水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的基本課題是什么，計(jì)算方法有哪幾種？
（1）水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的基本課題
　　水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算即水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算，文字教材的第10章對(duì)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算作了介紹。
　　水庫(kù)具有蓄洪和滯洪作用。洪水到來時(shí)，水庫(kù)水位有可能低于防洪限制水位，經(jīng)過水庫(kù)調(diào)蓄后，洪水的一部分水量被存蓄在水庫(kù)中，使水庫(kù)下游洪水洪量減少，這種作用稱為蓄洪。
　　有時(shí)水庫(kù)并不存蓄洪水，但因水庫(kù)的水面寬和水深遠(yuǎn)比一般河道大，對(duì)洪水的調(diào)蓄作用遠(yuǎn)比一般河道強(qiáng)，故水庫(kù)下泄的洪峰流量將減小，這種作用稱為滯洪。
　　生產(chǎn)上需要防洪調(diào)節(jié)計(jì)算解決的課題是多種多樣的。如確定水庫(kù)壩高時(shí)，需先確定設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位。水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需確定各種泄洪建筑物的結(jié)構(gòu)和尺寸，或需進(jìn)行水庫(kù)壩高和泄洪建筑物的綜合方案比較。對(duì)于防洪工程，還可能需對(duì)不同工程方案進(jìn)行比較。對(duì)于已建成的水庫(kù)，可能需要確定水庫(kù)汛期運(yùn)用方式、水庫(kù)的防洪限制水位、以及水庫(kù)非常泄洪建筑物啟用的條件，等等。但以上這些課題不能夠全部直接求解。
　　水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算直接解決的基本課題，是對(duì)于設(shè)計(jì)洪水過程，按照擬定泄洪建筑物的類型、尺寸和一定的運(yùn)用方式，推求水庫(kù)下泄流量過程，以及相應(yīng)的庫(kù)容、水位變化過程。
　　以上所說生產(chǎn)中的各種實(shí)際問題，可以通過求解這個(gè)基本課題得到解決。如為了進(jìn)行水庫(kù)壩高和泄洪建筑物的綜合方案比較，可擬定若干防洪建筑物的可行方案，分別進(jìn)行防洪調(diào)節(jié)計(jì)算，求出相應(yīng)的水庫(kù)壩高，然后在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等方面綜合進(jìn)行方案比較，選出最好的方案。
（2）水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的基本方法
文字教材的第9章第2節(jié)介紹了防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的兩種方法：
1）列表試算法
烈表示算法較為準(zhǔn)確，并適用于計(jì)算時(shí)段改變、泄流規(guī)律變化的情況，而且便于使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，故為水庫(kù)防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的基本方法。但采用手算時(shí)列表示算法計(jì)算工作量比較大。
2）半圖解法
采用手算時(shí)半圖解法較為簡(jiǎn)便，同時(shí)半圖解法的輔助線也可用計(jì)算機(jī)繪制，但半圖解法不適用于計(jì)算時(shí)段不同或泄流規(guī)律變化的情況。
45．防洪調(diào)節(jié)計(jì)算在生產(chǎn)實(shí)際中有哪幾種常見情況？
文字教材中介紹了生產(chǎn)實(shí)際中常見的防洪調(diào)節(jié)計(jì)算情況：
（1）水庫(kù)溢洪道無(wú)閘門控制的情況；
（2）水庫(kù)泄洪建筑物有閘門控制的情況。其中又包括：1）對(duì)于下游防護(hù)對(duì)象防洪設(shè)計(jì)洪水的防洪調(diào)節(jié)計(jì)算；2）對(duì)于水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的防洪調(diào)節(jié)計(jì)算；3）考慮洪水預(yù)報(bào)時(shí)的防洪調(diào)節(jié)計(jì)算；4）考慮區(qū)間洪水的防洪補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算。
在以上情況中，可重點(diǎn)掌握水庫(kù)泄洪建筑物有閘門控制，對(duì)下游防護(hù)對(duì)象防洪設(shè)計(jì)洪水及對(duì)于水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行防洪調(diào)節(jié)計(jì)算的方法。