水利水文計算

【摘要】天然情況下的河川徑流，有著年內和年際的變化，且地區間的分布也不均衡，因此無法滿足國民經濟各用水部門對水資源利用的要求。水利工程建設目的在于通過各種施工調節、改變區域水量分布狀況和地區水利條件，使之符合工業、農業及其他各部門的需要。 　　

引言：水利工程從修建到運用，一般要經過規劃設計、施工、管理三個階段，每一個階段都需要進行水文水利計算工作。水文工作中的水利計算、水文預報及水資源評價都為工程在各階段提供了所需數據，而水文水利計算就是這些數據的基礎，通過分析，定出工程規模和建筑尺寸，編制水量調度方案，并對工程的經濟性和安全性連個方面進行權衡并制定對策，力求在復雜的問題中得到規劃設計和調度運行的最優方案。本次設計就是從這一方面出發，通過對興利調節、防洪調節和水能計算等各種任務的運算，求得死庫容、興利庫容、防洪庫容和保證出力等，使得到的成果能運用到生產當中。 　　

關鍵詞；水庫興利調節；水庫防洪調節計算；水庫水能計算。 　　

1.設計暴雨推求 　　
有資料地區，設計暴雨的推求采用實測雨量進行分析；缺資料地區采用2003年頒布的《廣東省暴雨參數等值線圖》查算。 　　

2.設計排澇流量 　　

設計排澇流量一般采用平均排除法，也可采用排澇模數經驗公式法。當澇區內有較大的蓄澇區時，一般需要采用產、匯流方法推求設計排澇流量過程線，供排澇演算使用。 　　
1） 平均排除法 　　
廣東省一般采用平均排除法計算排水流量，這種計算方法適用于集水面積較小的澇區排水設計。平均排除法按澇區積水總量和設計排澇歷時計算排水流量和排澇模數，其計算公式為： 　　
式中：Q——設計排水流量（m3/s）； 　　
Ci——各地類徑流系數，參考值：水稻田、魚塘和河涌采用1.0；山崗、坡地、經濟作物地類采用0.7；村莊、道路采用0.7～0.9；城鎮不透水地面采用0.95； 　　
Ai——各地類面積（km2）； 　　
Rp——設計暴雨量（mm）； 　　
Ei——各地蒸發量（mm），一般可采用4mm/d； 　　
hi——各地類暫存水量（mm），水稻田采用40mm，魚塘采用50mm～100mm，河涌采用100mm； 　　
W1——水閘排水量（m3）； 　　
W2——截洪渠截流水量（m3）； 　　
W3——水庫、坑塘蓄滯水量（m3）； 　　
T——排澇歷時（s）； 　　
q1——堤圍滲漏量（m3/s） 　　
q2——涵閘滲漏量（m3/s） 　　
q3——澇區引入水量，對灌溉是指回歸水量（m3/s） 　　
q4——廢污水量（m3/s） 　　
q——設計排澇模數（m3/s·km2）； 　　
F——控制排水面積（km2）。 　　
治澇區內有水閘、泵站聯合運用的情況下，一般先用水閘搶排，再電排。在用平均排除法計算泵站排澇流量時，應扣除水閘排水量和相應排水時間。 　　
2）排澇模數經驗公式法 　　
需求出最大排澇流量的情況，其計算公式為： 　　
式中： 　　
K——綜合系數（反映河網配套程度、排水溝坡度、降雨歷時及流域形狀等因素）； 　　
m——峰量指數（反映洪峰與洪量的關系）； 　　
n——遞減指數（反映排澇模數與面積的關系）。 　　
我省目前還沒有關于排澇模數各項參數選取的統計分析。建議參考湖北省平原湖區的分析：集雨面積大于500km2的澇區，K=0.0135，m=1.0，n=-0.201；集雨面積500km2以下的澇區，K=0.017，m=1.0，n=-0.238。 　　

3.設計外河水位 　　

根據澇區暴雨與承泄區（外河）水位的遭遇情況分析，計算當澇區發生設計標準暴雨時相應的外河水位。外河設計水位一般采用實測資料進行分析，如無實測資料，參照《廣東省防洪（潮）標準和治澇標準》：潮區可采用5年一遇的最高水位，其余地區采用外江多年平均洪峰水位。對近年來河道上修建了工程或進行了堤圍加固、河道整治的河段，要采用工程修建后的設計水面線，并考慮河道下切的影響。 　　

4.排澇工程布局及規模計算 　　

（1）調蓄水域的布局及規模 　　
1）對范圍較大的平原澇區，有條件時可規劃一定的河道、溝渠、湖泊、坑塘作為蓄澇容積。蓄澇容積的規模應與排水閘、站規模的關系分析比較確定，平原區水面率可采用5%～10%；其他地區可稍低，或參考湖北等地取5萬m3/km2～15萬m3/km2的蓄澇率。蓄澇容積一方面可以削減雨洪峰量，減輕排水負擔，減小排水工程的規模，節約投資，另外還可以利用蓄澇容積進行養殖、航運，或建設成人工湖公園等。 　　
2）正常蓄水位一般按照澇區內大部分農田能自流排水的原則來確定，布置于澇區低洼處。無閘門控制的蓄澇區，其正常蓄水位一般低于附近地面0.2m～0.3m；設計低水位主要考慮綜合利用要求，一般在設計低水位下保留0.8m～1.0m的水深，以滿足養殖、航運、景觀、環境生態的要求。 　　
（2）排水閘、主干排水溝、截洪溝等排澇設施的布局及規模 　　
根據澇區水文水利計算，確定排水閘、主要排水溝、渠的設計排澇流量和排澇特征水位、主要建筑物尺寸等特征參數。 　　
1） 主干排水溝、截洪溝 　　
主干排水溝一般根據最大排水流量設計，當有蓄澇容積時，采用調蓄后的最大排水流量。截洪溝以設計洪峰作為設計流量，為避免截排流量過大，通常要設置一定的蓄澇容積滯峰，在此基礎上擬定一個合適的設計流量排走大部分洪量。 　　
2） 排水閘 　　
排水閘的設計水位包括閘上設計水位和閘下設計水位。對無蓄澇區的水閘，閘上水位采用閘前排水河道的設計水位，有蓄澇區的采用蓄澇區設計蓄澇水位。閘下水位汛期按搶排要求確定，選擇低于閘上水位0.1m～0.2m；冬春季排除內河澇水的水閘，設計下水位一般采用外江多年平均枯季水位。當閘下有引水渠時，要考慮外江到閘前的引水渠的水頭損失。 　　
（3）機電排澇站布局及規模 　　
根據澇區水量平衡及治澇措施，合理確定需要的機電排水流量；確定機電排澇站位置、電源布置等。計算設計內外水位、設計揚程，確定排澇站裝機規模。 　　
1）進水池水位 　　
最高內水位：指站前最高防洪水位，一般取排水區建站后10～20年一遇的內澇水位。 　　
最高運行水位：取排水區允許最高澇水位推算到站前的水位。 　　
設計內水位：取由排水區設計排澇水位推算到站前的水位。 　　
2）出水池水位 　　
最高外水位：按泵站工程水工建筑物設計洪水標準的設計洪水位確定。 　　最高運行外水位：建議珠江三角洲采用“最高外水位”；其余地區按“最高外水位”降一級采用。 　　
設計外水位：按我省規定，潮區可采用5年一遇的最高水位，其余地區采用外江多年平均洪峰水位 　　
平均水位：取排水期平均外水位的多年平均值。 　　
3）特征揚程 　　
排澇揚程包括設計揚程，平均揚程，設計最大、最小揚程、凈揚程等。揚程計算如下： 　　
設計凈揚程=設計外水位-設計內水位； 　　
平均凈揚程=平均外水位-設計內水位； 　　
最大凈揚程=設計最高外水位-設計內水位； 　　
最小凈揚程=設計最低水位-設計內水位。 　　

泵站總揚程的計算必須計入水力損失，H總=H凈+△h，規劃階段阻力水頭損失△h一般取凈揚程H凈的15～20%。如泵站穿堤排水管道較長，可按實際情況用水力學公式計算。 　　

水位 揚程 外水

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