基于ArcGIS的三维可视化水库库容计算系统开发
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/fa12059711.html,
基于ArcGIS的三维可视化水库库容计算系统开发
作者：靳晟李玉平朱海山
来源：《南水北调与水利科技》2015年第06期
摘要：通过分析目前常用的方格网法、断面法、等高线求积法和三角网格法等库容计算方法，研究了如何在Visual https://www.sodocs.net/doc/fa12059711.html, 2010和Arc GIS engine SDK10.0环境下，使用C#语言实现三维可视化水库库容计算系统的方法，并设计了地形数据处理、视图处理等主要子功能模块。该系统可利用Arc GIS提供的接口及其算法优势直接处理原始地形数据，快速建立三维地面模型TIN，提高了计算效率且避免了传统库容计算过程中产生的精度损失。
关键词：三维可视化；库容计算系统；Arc GIS；C#；TIN
中图分类号：TP319 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1203-04
Abstract：Through the analysis of reservoir capacity calculation methods such as grid method，section method，contour cubage method，and triangular mesh method，the use of C# language to realize the 3D visualization of reservoir capacity calculation system was investigated under the environment of Visual https://www.sodocs.net/doc/fa12059711.html, 2010 and Arc GIS engine SDK10.0，and the main sub function modules such as terrain data processing and view processing were discussed. The 3D visualization of reservoir capacity calculation system based on Arc GIS can process the raw terrain data using the interface and algorithm advantage of Arc GIS，develop the 3D terrain model TIN rapidly，improve the computational efficiency，and avoid the precision loss in the traditional capacity calculation.
Key words：3D visualization；reservoir capacity calculation system；Arc GIS；C#；TIN
水库库容是水利枢纽设计和运营管理的重要参数，也是水库前期论证的主要成果，它直接影响到水库工程的建设规模、蓄水效果、调度运行和工程投资。库容计算是每个水库必不可少的工作，主要计算成果是水位—库容特性曲线，根据它可以了解每个水位对应的库容储量，作为水库优化调度的主要依据，使水库保持合理的防洪库容和兴利库容[1-3]。由于库容计算直接影响到水库的防洪安全及运营管理，所以使用先进的计算机技术来精确、高效的实现库容计算并自动生成各种库容计算成果显得尤为重要。
1 库容计算方法分析比较
受测量手段和计算方法的制约，以往的库容计算以断面法、等高线求积法和方格网法为主。其中，断面法是一种常规的计算方法，但有一定的局限性，主要适用于典型的河槽式河流；等高线求积法把水库的库体看成为梯田式结构，因此得到的是相对近似结果；方格网法的精度较高，但已不能满足当前库容计算的要求[4-7]。由于这三种方法都将地形数据进行二次输
水库库容与淤积量的精密测量及计算
水库库容与淤积量的精密测量及计算 刘国强 （广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510170） 摘要:针对传统的水库库容、淤积量的测量及计算方法的缺陷，采用现代高精度（GNSS）全球定位技术、回声测深技术及三角形的构网方法，对水库库容和淤积进行测量研究，经实际运用取得令人满意的效果。 关键词：水库库容；淤积监测 水库，是在山沟或河流的狭口处建造拦河坝等水利工程建筑物而形成的人工湖泊，在人类的生活中它发挥着重要的作用，如蓄水发电、航运、水产、灌溉以及防洪调度等，是人类不可或缺的一下重要措施，并且其在人类生活中的作用也越来越大，为人类带来了巨大的社会效益和经济效益。但是我国目前有很多水库是在上世纪五、六十年代建成的，运行至今已有五、六十年，水库淤积严重及库容受损，产生的社会效益和经济效益越来越少。 水库调度的参数有很多，但其中水库库容和淤积量的精度可以对水库的防洪安全与徐水兴利产生影响，所以传统库区容量及淤积量测量精度难以保障，但随着现代测控技术的迅速成长，依靠高精度（GNSS）全球定位技术和回声测深技术，测量精度得到了很大提高和保障。我们对高州水库、公平水库、雁田水库及长龙水库进行了水下地形测量，准确测量出了水库的库容和淤积量，其测量的方法是三角形构网，主要利用了“三角柱”的水珠体积和淤积体积进而测量出水库的库容和淤积量，在实际应用中取得了比较满意的效果。 1 常规库容及淤积量的确定 以前，人们对常规的库容和淤积量的计算方法主要是断面法。计算库容的模型是： 式中：Vi、Li为第i个断面到第i+1个断面间的库容和距离；n为分段个数；Si、m、d、hi 分别为第i个断面的面积、测点个数、点间距和每个测点的深度测量值。 断面法的操作方式很简单，但其会受到前提假设的约束，所以很难保证测量结果的精度。而淤积量的获得是依据前后两次库容的较差，所以导致库容的精度不准确，进而导致无法测量淤积量的精度。 2 高精度水下地形测量技术 2.1 水下地形测量： 水下地形测量是利用了测量仪器来对水底点的三维坐标确定的一个过程。近年来GNSS 全球定位技术在不断的发展，对水下地形测量的方法的发展有很大的推进作用。现如今，水下地形测量技术的基本模式都是利用GNSS来获得平面坐标，测深仪获取深度数据。并专门为水下地形测量设计了具备两路数据输入（出）接口的测量软件，同时将GNSS定位数据、水深数据输入到电脑中，经软件处理后显示在屏幕上，并具备设置测量行走路线和显示测量船的移动轨迹及导航信息等功能。作业时测量船按照设计好的路线行走，软件就会自动
水库兴利调节计算
第十一章 水库兴利调节 第一节 水库及其特性 一、水库特性曲线 水库就是指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水得人工湖泊。水库得作用 就是拦蓄洪水,调节河川天然径流与集中落差。一般地说,坝筑得越高,水库得容积(简称库容)就越 大。但在不同得河流上,即使坝高相同，其库容相差也很大，这主要就是因为库区内得地形不同 造成得。如库区内地形开阔,则库容较大;如为一峡谷,则库容较小。此外,河流得坡降对库容大小 也有影响，坡降小得库容较大,坡降大得库容较小。根据库区河谷形状,水库有河道型与湖泊型两 种。 一般把用来反映水库地形特征得曲线称为水库特性曲线。它包括水库水位~面积关系曲线与 水库水位~容积关系曲线,简称为水库面积曲线与水库容积曲线,就是最主要得水库特性资料。 (一)水库面积曲线 水库面积曲线就是指水库蓄水位与相应水面面积得关系曲线。水库得水面面积随水位得 变化而变化。库区形状与河道坡度不同,水库水位与水面面积得关系也不尽相同。面积曲线反映 了水库地形得特性。 绘制水库面积曲线时,一般可根据 l/10 000～ l/50 ０0比例尺得库区地形图,用求积仪(或 按比例尺数方格)计算不同等高线与坝轴线所围成得水库得面积（高程得间隔可用 l,2或5 m)， 然后以水位为纵座标，以水库面积为横坐标，点绘出水位~面积关系曲线,如图２-１所示。 图2-1 水库面积特性曲线绘法示意 (二)水库容积曲线 水库容积曲线也称为水库库容曲线。它就是水库面积曲线得积分曲线,即库水位与累积容积 得关系曲线。其绘制方法就是:首先将水库面积曲线中得水位分层,其次,自河底向上逐层计算各 相邻高程之间得容积。 Z (m )
什么是水库的特征水位及库容
什么是水库的特征水位及库容？ 水库死水位（Z 死）及死库容（V 死 ）。水库在正常运用情况下，允许消落的最低水位， 又称设计低水位。日调节水库在枯水季节水位变化较大，每24小时内将有一次消落到死水位。年调节水库一般在设计枯水年供水期末才消落到死水位。多年调节水库只在多年的枯水段末才消落到死水位。水库正常蓄水位与死水位之间的变幅称水库消落深度。 死库容是指死水位以下的水库容积，又称垫底库容。一般用于容纳淤沙、抬高坝前水位和库区水深。在正常运用中不调节径流，也不放空。只有因特殊原因，如排沙、检修和战备等，才考虑泄放这部分容积。 水库正常蓄水位（Z 正）及兴利库容（V 兴 ）。水库的正常蓄水位是水库在正常运用 情况下，为满足兴利要求应在开始供水时蓄到的高水位，又称正常高水位，兴利水位。它决定水库的效益和调节方式，也在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、型式和水库的淹没损失，是水库最重要的一项特征。当采用无闸门控制的泄洪建筑物时，它与泄洪堰顶高程相同；当采用有闸门控制的泄洪建筑物时，它是闸门关闭时允许长期维持的最高蓄水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。 兴利库容，即调节库容。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。用以调节径流，提供水库的供水量或水电站的出力。
汛期限制水位（Z 限）和结合库容（V 结 ）。系指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水 位，是预留防洪库容的下限水位，在常规防洪调度中是设计调洪计算的起始水位。汛期限制水位是根据水库综合效益、洪水特性、防洪要求和调度原则，在保证工程安全的前提下经分析计算确定的。一般在水库工程的正常运用情况下，即采用原设计提出的运用指标。防洪限制水位与正常蓄水位之间的库容称结合库容（V结），此库容在汛末要蓄满为兴利所用。在汛期洪水到来后，此库容可作滞洪用，洪水消退时，水库尽快泄洪，使水库水位迅速回降到防洪限制水位。 水库防洪高水位（Z 防）和防洪库容（V 防 ）。水库的防洪高水位是水库遇到下游防 护对象的设计标准洪水时，在坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。此水位可采用相应下游防洪标准的各种典型洪水，按拟定的防洪调度方式，自防洪限制水位开始进行水库调洪计算求得。 防洪库容是防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积，用以控制洪水，满足下游防护对象的防洪标准。当汛期各时段分别拟定不同的防洪限制水位时，这一库容指其中最低的防洪限制水位至防洪高水位之间的水库库容。 允许最高洪水位（Z 允 ）。系指在汛期防洪调度中，为保障水库工程安全而允许充蓄的最高洪水位。一般情况下，如工程能按设计要求安全运行，则原设计确定的校核洪水位即可作为水库在汛期的最高控制水位，在实时调度中除在发生超设计标准洪水时不应突破。 水库的设计洪水位（Z 设 ）。水库的设计洪水位是，当水库遇到大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在正常运用情况下允许达到的最高水位。也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。可采用相应大坝设计标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。 水库校核洪水位（Z 校）及调洪库容（V 调 ）。水库的校核洪水位是水库遇到大坝的 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，允许临时达到的最高洪水位，是确定大坝顶高及进行大坝安全校核的主要依据。此水位可采用相应大坝校核标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。 水库设计最大泄洪流量（Q 设 ）。当水库遭遇设计洪水时，按正常运用条件进行调洪计算所求得的泄洪流量过程中的最大值。水库设计最大泄洪流量由泄洪设备和其他过水
《工程水文及水利计算》11第十一章 水库兴利调节计算(1)
第十一章水库兴利调节 第一节水库及其特性 一、水库特性曲线 水库是指在河道、山谷等处修建水坝等挡水建筑物形成蓄集水的人工湖泊。水库的作用是拦蓄洪水，调节河川天然径流和集中落差。一般地说，坝筑得越高，水库的容积(简称库容)就越大。但在不同的河流上，即使坝高相同，其库容相差也很大，这主要是因为库区内的地形不同造成的。如库区内地形开阔，则库容较大；如为一峡谷，则库容较小。此外，河流的坡降对库容大小也有影响，坡降小的库容较大，坡降大的库容较小。根据库区河谷形状，水库有河道型和湖泊型两种。 一般把用来反映水库地形特征的曲线称为水库特性曲线。它包括水库水位～面积关系曲线和水库水位～容积关系曲线，简称为水库面积曲线和水库容积曲线，是最主要的水库特性资料。（一）水库面积曲线 水库面积曲线是指水库蓄水位与相应水面面积的关系曲线。水库的水面面积随水位的变化而变化。库区形状与河道坡度不同，水库水位与水面面积的关系也不尽相同。面积曲线反映了水库地形的特性。 绘制水库面积曲线时，一般可根据l/10 000～l/50 00比例尺的库区地形图，用求积仪(或按比例尺数方格)计算不同等高线与坝轴线所围成的水库的面积(高程的间隔可用l，2或5 m)，然后以水位为纵座标，以水库面积为横坐标，点绘出水位～面积关系曲线，如图2－1所示。 图2－1水库面积特性曲线绘法示意 （二）水库容积曲线 水库容积曲线也称为水库库容曲线。它是水库面积曲线的积分曲线，即库水位Z与累积容积V的关系曲线。其绘制方法是：首先将水库面积曲线中的水位分层，其次，自河底向上逐层计算各相邻高程之间的容积。
0 i F 1+i F 水面面积库F (106 m 2) 水库容积V (106 m 3) 图 2－2 水库容积特性和面积特性 1－水库面积特性; 2－水库容积特性 假设水库形状为梯形台，则各分层间容积计算公式为： ()2/1Z F F V i i ?+=?+ （2－1） 式中：V ?——相邻高程间库容（m 3）; i F 、1+i F ——相邻两高程的水库水面面积（m 2）; Z ?——高程间距（m ）。 或用较精确公式： 3/(11Z F F F F V i i i i ?++=?++） （2－2） 然后自下而上按 ∑=?=n i i V V 1 （2－3） 依次叠加，即可求出各水库水位对应的库容，从而绘出水库库容曲线。 水库总库容V 的大小是水库最主要指标。通常按此值的大小，把水库划分为下列五级： 大Ⅰ型——大于 l0亿 m 3； 大Ⅱ型—— l ～10亿 m 3； 中 型——0.1～l 亿 m 3； 小Ⅰ型——0.01～0.1亿 m 3； 小Ⅱ型——小于0.01亿 m 3。 水库容积的计量单位除了用m 3表示外，在生产中为了能与来水的流量单位直接对应，便于调节计算，水库容积的计量单位常采用 (m 3/s)·Δt 表示。Δt 是单位时段，可取月、旬、日、时。如1月?s m 3表示 l s m 3的流量在一个月（每月天数计为30.4天）的累积总水量，即 l 月?s m 3 ＝30.4×24×3600＝2.63×106 m 3 前面所讨论的水库特性曲线，均建立在假定入库流量为零时，水库水面是水平的基础上绘 库 水位Z （m ）
水位及库容关系
什么是水库的特征水位及库容？ 2010-08-09 水库死水位（Z死）及死库容（V死）。水库在正常运用情况下，允许消落的最低水位，又称设计低水位。日调节水库在枯水季节水位变化较大，每24小时内将有一次消落到死水位。年调节水库一般在设计枯水年供水期末才消落到死水位。多年调节水库只在多年的枯水段末才消落到死水位。水库正常蓄水位与死水位之间的变幅称水库消落深度。 死库容是指死水位以下的水库容积，又称垫底库容。一般用于容纳淤沙、抬高坝前水位和库区水深。在正常运用中不调节径流，也不放空。只有因特殊原因，如排沙、检修和战备等，才考虑泄放这部分容积。 水库正常蓄水位（Z正）及兴利库容（V兴）。水库的正常蓄水位是水库在正常运用情况下，为满足兴利要求应在开始供水时蓄到的高水位，又称正常高水位，兴利水位。它决定水库的效益和调节方式，也在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、型式和水库的淹没损失，是水库最重要的一项特征。当采用无闸门控制的泄洪建筑物时，它与泄洪堰顶高程相同；当采用有闸门控制的泄洪建筑物时，它是闸门关闭时允许长期维持的最高蓄水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。 兴利库容，即调节库容。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。用以调节径流，
提供水库的供水量或水电站的出力。 汛期限制水位（Z限）和结合库容（V结）。系指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，是预留防洪库容的下限水位，在常规防洪调度中是设计调洪计算的起始水位。汛期限制水位是根据水库综合效益、洪水特性、防洪要求和调度原则，在保证工程安全的前提下经分析计算确定的。一般在水库工程的正常运用情况下，即采用原设计提出的运用指标。防洪限制水位与正常蓄水位之间的库容称结合库容（V 结），此库容在汛末要蓄满为兴利所用。在汛期洪水到来后，此库容可作滞洪用，洪水消退时，水库尽快泄洪，使水库水位迅速回降到防洪限制水位。 水库防洪高水位（Z防）和防洪库容（V防）。水库的防洪高水位是水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时，在坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。此水位可采用相应下游防洪标准的各种典型洪水，按拟定的防洪调度方式，自防洪限制水位开始进行水库调洪计算求得。 防洪库容是防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积，用以控制洪水，满足下游防护对象的防洪标准。当汛期各时段分别拟定不同的防洪限制水位时，这一库容指其中最低的防洪限制水位至防洪高水位之间的水库库容。 允许最高洪水位（Z允）。系指在汛期防洪调度中，为保障水库工程安全而允许充蓄的最高洪水位。一般情况下，如工程能按设计要求安全运行，则原设计确定的校核洪水位即可作为水库在汛期的最高控制水位，在实时调度中除在发生超设计标准洪水时不应突破。 水库的设计洪水位（Z设）。水库的设计洪水位是，当水库遇到大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在正常运用情况下允许达到的最高水位。也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。可采用相应大坝设计标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。 水库校核洪水位（Z校）及调洪库容（V调）。水库的校核洪水位是水库遇到大坝的校核洪水时，在坝前达到的最高水位，它是水库在非常运用情况下，允许临时达到的最高洪水位，是确定大坝顶高及进行大坝安全校核的主要依据。此水位可采用相应大坝校核标准的各种典型洪水，按拟定的调洪方式，自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。
水库库容测量及计算的技术研究
水库库容测量及计算的技术研究- 水文＆水资源 [关键词]水库库容;测量;计算;技术研究 近年来,我国各大中城市都面临饮用水资源缺乏的问题。水库作为人类蓄水发电、灌溉和防洪调度等的重要设施,发挥着越来越大的作用,并取得了巨大的效益和经济效益。水库库容是水库调度的重要参数,其精度直接到水库的防洪安全与蓄水兴利。但由于兴建水库时的库容测量方法和计算方法都较落后,并且随着时间的推移大量的淤泥沉淀和水库本身引起的局部地形变化。老的库容数据在精度和现时性上都无法满足城市建设的需要。本文在传统水库库容测量基础上,依靠高精度GPS(Global Positioning System,简称GPS)定位和直接测深技术相结合,对七台河库区水下地形进行了测量,并提出了根据三角形构网方法,利用“三角柱”的水柱体积获得库容的新见解,经实际运用,取得了满意效果。 一、常规库容确定 1.断面法。其库区容量的计算模型为: 式中:Vi、Li为第i个断面到第i+1个断面间的库容和距离;n为分段个数;Si、m、d、hi分别为第i个断面的面积、测点个数、点间距和每个测点的深度测量值。采用断面法虽然操作简单,但受前提假设的制约,精度难以保证。
2.等高线法。先求每条等高线与坝轴线所围成的面积,然后计算每两条相邻等高线的体积,其总和即是库容。A1,A2,…,An+1依次为各条等高线所围成的面积,h为等高距;设第一条等高线与第二条等高线间的高差为h′,第n条等高线(最低一条等高线)与库底最低点间的高差为h″,则各层体积为: 这种方法只适用于水下地貌较规整的水库,或者精度不高的库容概算,对于水下微地貌较多并未经修整的大型水库,这种计算方法就不能满足要求了。 二、高精度水下地形测量技术 1.水下地形测量所谓水下地形测量,就是利用测量仪器来确定水底点的三维坐标的过程。随着GPS技术的迅速发展,水下地形测量方法取得了很大的进展。水下地形测量技术已定型于采用GPS获取平面坐标,测深仪获取深度数据的基本模式。 2.GPS载波相位差分定位技术和回声测深技术随着GPS技术的发展,GPS日益广泛应用于水利电力工程的各个方面。为了提高定位精度,一般均采用差分技术。在众多的差分技术中,伪距差分和载波相位差分是最为常用的两种测量模式,后者的定位精度较高(厘米级),通常用于高精度的测量工程和研究中。 回声测深仪是一种单波束测深设备,深度的测量是根据最小声程决定。按照使用频率个数的不同,又可分为单频和双频。双频测深仪
谈水库库容的计算方法
随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，对饮水水质的要求越来越高。上海作为典型的水质型缺水的城市，目前供水水源地主要由黄浦江上游、长江口陈行水库以及部分内河和地下水组成。地下水蕴藏量有限，开采量受到严格控制；黄浦江的水量、水质均不能满足本市发展的需要；长江口陈行水源地库容偏小，避咸蓄淡能力不足。为此，上海将加快实施长江口青草沙和崇明岛东风西沙新水源地建设，提高避咸蓄淡能力，打造“两江并举、多源互补”水源地新格局，确保城市居民的饮用水安全。 水库的建设规模是水库前期论证的主要工作成果，也是水库调度运行的重要参数，其精度直接影响工程的蓄水效果、调度运行及工程投资等。在受潮汐影响较大的式估算水库库容。 １、咸潮入侵规律 淡水来源和淡水量是影响水库库容设计的关键因素之一，位于潮汐河口的供水水库在枯水期受海水咸潮入侵威胁严重，淡水量与所处水域内盐水倒灌的强弱程度及规律、特性直接相关。因此，咸潮入侵规律是研究潮汐河口供水水库库容的前提条件，是河口水源地水资源开发利用的最大制约因素。 以长江口为例，长江河口系三级分叉四口入海的分潮汐河口。从整体上说，长江口的咸潮入侵源只有一个，即外海海水。但由于长江口呈多级分叉多口入海的形势，各叉道的过水断面、分流比、潮波传播速度不同，出现咸潮入侵源的派生现象，使得长江口的盐度分布非常复杂。 长江口盐水入侵有四条途径：南槽、北槽、北港和北支。一般而言，北支的进潮量约占整个长江口进潮量的２５％，但是进入北支的径流量目前只有不到５％，所以，北支口门连兴港断面处的盐度几乎与正常海水盐度相当，到北支上段青龙港处，枯季盐度仍然较高，这股高盐水随北支涨潮流上溯至崇头后被推出北支上口，然后绕过崇头倒灌侵入南支，使得南支水域出现盐度超标的现象。如东风西沙水库工程水域咸潮主要来源于北支盐水倒灌，集中发生在大潮前后，最严重的时期为每年枯季的２－３月份，特点是咸潮超标次数多、持续时间长。因此，咸潮入侵规律直接影响了淡水取水时间和淡水取水时机。 ２、最长连续不宜取水天数 根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》，集中式生活饮用水地表水源地补充项的取水口不宜取水，该状态下的历时称为连续间近十年来咸潮入侵最为严重的１９７８－１９７９年和１９９８－ １９９９年为典型年，对各方案边界条件下的最长持续时间和咸潮期可取淡水时间进行分析。其中，方案１：１９７８－１９７９年，咸潮最长持续时间２６天，可取水时间３天；１９９８－１９９９年，咸潮最长持续时间１２天，可取淡水时间３天。方案２：１９７８－１９７９年，咸潮最长持续时间１３天，可取水时间５天；１９９８－１９９９年，咸潮最长持续时间７天，可取淡水时间６天。为在现状地形条件下，综合考虑三峡水库运行调度、南水北调工程和沿江引水的影响；方案２为在现状地形条件下，考虑北支中束窄规划全部实施后，综合考虑三峡水库运行调度、南水北调工程和沿江引水的影响。 水库库容是水库调度的重要参数，它的精度高低直接影响到水库的发电、防洪、灌溉等工程效益。就水库库容的计算方法而言，常规的地形法、断面法、混合法等，耗用的人力、物力较多，且较适合一般的调蓄水库。一般调蓄水库是指以防洪为主，兼顾供水的一般性水库，如浙江的对河口水库。此类水库的库容计算一般是根据河流的水文条件、坝址的地形地质条件和各用水部门的需水要求，经综合分析论证，来确定水库的各种特征水位，进而确定相应的库容值。因此类水库一般不涉及咸潮入侵，且上游来水量基本可以保证，所以，计算依据主要考虑防洪要求。 对于潮汐河口供水水库的库容目前常用的计算方法主要采用用水量平衡法，根据计算手段的不同，可分为两大类： １、公式法 供水水库的库容与供水需求、供水保证率、最长连续不宜取水天数及多年平均蒸发量和降雨量等因素相关，具体计算公式如 下： Ｖ＝Ｇ＊Ｌ＊（ｌ＋Ｓ）＋ＶＧ＝Ｇ–Ｇ＊Φ 式中，Ｖ为水库调蓄库容（供水库容）；Ｇ为咸潮期供水规模；Ｌ为咸潮期最大连续不宜取水天数；Ｓ为原水输送综合损失率；Ｖ为考虑蒸发、降雨和渗漏等影响的水量损失；Ｇ为非成潮躬供水规模；Φ为威潮期原水供水折减系数。 ２、盐度过程调节计算法 《水利工程水利计算规范》（ＳＬ１０４－９５）中６．２．１节“供水水库或以供水为主的水库，应通过水库调节计算，提供供水量、调节库容与保证率相互关系的成果，为选择水库规模和征水位提供依据”的要求。 一、咸潮入侵规律与最长连续不宜取水天数二、水库库容的计算方法 咸损咸非咸咸损非成谈水库库容的计算方法 □李 猛（吉林省梅河口市水利局水土保持工作站，吉林梅河口１３５０００） 【摘要】【关键词】水库库容是水库前期论证的主要工作成果，也是水库调度运行的重要参数，其精度直接影响水库工程的建设规模、蓄水效果、调度运行及工程投资等。针对目前潮汐河口水库库容常规计算方法中存在可靠性低，实用性不强等缺点，笔者结合水库工程，采用定性定量相结合的方法，谈谈水库库容的计算方法。 水库工程；建设规模；潮汐；水力计算
工程水文及水利计算期末考试卷 AAA
福建水利电力职业技术学院《工程水文及水利计算》期末考试卷（A）
考试时间：2016年12月30日答卷时间：120分钟 一、判断题（共20分，每小题1分；正确用√表示，错误用×表示） （√）1、年调节水库在一个调节周期内蓄泄过程称水库运用。 （√）2、水电站开发方式是指集中落差和引用流量方式。 （√）3、水电站出力(电能)主要取决于流量Q和落差H 。 （√）4、河床式水电站,厂房是建在河床上,通常与闸坝布置在一线上,也是挡水 建筑物的一部分。 （√）5、水能计算在规划阶段要的目的是为了选择水电站的主要参数和相应的动 能指标。 （√）6、水电站的保证出力和发电量的计算称为水能计算。 （×）7、当库容很小不能调节天然径流的水电站称为年调节水电站。 （×）8、用有压隧洞或管道引水集中落差称为无压引水式水电站。 （√）9、设计洪水的标准，是根据工程的规模及其重要性，依据国家有关规范选定。 （×）10、在一日内将天然径流重新分配的调节称为年调节。 （√）11、坝后式水电站厂房建在坝的下游，是挡水墙的一部分。 （√）12、一座水电站所有发电机的铭牌出力之和称水电站的装机容量。 （√）13、年调节水库在一个调节期内,蓄泄一次称一次运用,蓄泄多于二次，称多次运用。（√）14、水库开敞式泄洪时其泄洪流量的大小与堰顶水头成正比。 （√）15、溢洪道上设置闸门可控制泄洪流量的大小和泄流时间。 （√）16、一个水库把丰水年多余水量蓄存起来，供枯水年应用,这称跨年度的调节称多年调节。
（√）17、电力系统容量组成应包括最大工作容量,备用容量,重复容量。 （×）18、某年调节水库不计水量损失计算得到的兴利库容比计入水量损失的大。 （×）19、年调节水电站保证出力为设计枯水年的平均出力。 （×）20、水库泄洪流量的大小取决于入库洪水的大小。 二、选择题（共20分，每小题1分） 1、水库的调洪作用是( D ) A、临时拦蓄洪水于水库中 B、滞后洪峰出现时间; C、削减洪峰; D、上述三点均具备. 2、防洪设计标准,一般范围是( A ) A、小于10%; B、等于10%; C、大于10%; D、10--20% 3、水库兴建以后,为保证水库安全和防止下游免受洪水灾害而调节称( B) A、兴利调节; B、防洪调节; C、年调节; D、多年调节 4、一次洪水经水库调节后,无闸控制时,水库最高水位出现在( C) A、入库洪水涨洪段时间时, B、入库洪水的洪峰时间里; C、入库洪水落水段的某时刻. 5、水库蒸发损失是指水库（ C）。 A、建库前蒸发值 B、建库后蒸发值 C、建库前与建库后的蒸发水量差值 D、水库运行中的水面蒸发值 6、影响年调节水库兴利库容V兴大小是（D ）。 A.各年平均水量损失 B.各年供水期平均水量损失 C.设计枯水年水量损失 D.设计枯水年供水期水量损失 7、水库调洪计算时,须摘录入库洪水,必须确定计算时段△t,确定原则是( D ) A、陡涨陡落△t取短些; B、流量变化缓慢取长些; C、不论长短均不应漏峰; D、上述三点均具备. 8、水库在设计枯水年开始供水时应蓄水到的水位称( B ) A、防洪高水位; B、正常蓄水位; C、设计洪水位; D、校核洪水位. 9、无闸控制的水库用列表试算进行调洪,可得逐时段的成果是( D ) A、时段末库容Ｖ2; B、时段末的下泄流量q2; C、时段末的水库水位; D、上述三项均具备; 10、无闸控制的水库调洪计算时,据设计洪水过程线,下泄水位流量曲线和库容曲线以及计算时
水库供水水量平衡计算说明
水库供水水量平衡计算说明计算时间从2008年9月1日开始至2009年6月30日止(即2009年枯水期结束)的枯水时段，计算基点为2008年9月1日，此时水库水位为252.70m，相应库容为1700万m3。计算方法采用水量平衡法，垫底库容(不可利用库容)按设计死库容，取水塔取水口底坎堰顶高程、取水口处库底高程对应库容分别进行计算，计算过程中不考虑天然降水增加水库库容，详细计算过程见附件2。计算成果为：方案一、即按水库正常运用，垫底库容(不可利用库容)按设计死库容(设计死库容为880万m3，相应死水位为251.50m)计算。计算结果为：2008年9月至2009年6月各月底水库的可供水量分别为：610万m3、500万m3、185万m3、-160万m3、-415万m3、-620万m3、-625万m3、-70万m3、-190万m3、-300万m3。按此方案调度，2008年9月至2008年11月，水库可保障向城区供水，从2008年12月至2009年6月水库可供水量出现负数，说明此期间水库不能向城区提供需求的水量，最大缺水月份为2009年3月，最大月缺水量为625万m3。 方案二、即按水库水可自流进一泵站，垫底库容(不可利用库容)按取水塔取水口底坎堰顶高程(250.75m)对应库容(死库容500万m3)计算，计算结果为：2008年9月至2009年6月各月底的可供水量分别为：990万m3、880万m3、
565万m3、220万m3、-35万m3、-240万m3、-245万m3、310万m3、190万m3、80万m3。按此方案调度，2008年9月至12月及2009年4月至6月，水库可保障向城区供水，2009年1至3月，水库可供水量出现负数，说明此期间水库不能向城区提供需求的水量，最大缺水月份为2009年3月，最大月缺水量为245万m3。 方案三、即按不远距离开挖库底引水渠，垫底库容(不可利用库容)按取水口处库底高程(250.00m)相应库容250万m3计算，计算结果为：2008年9月至2009年6月各月底的可供水量分别为：1240万m3、1130万m3、815万m3、470万m3、215万m3、10万m3、5万m3、560万m3、440万m3、330万m3。按此方案调度，2008年9月至2009年6月，水库可保障向城区供水。 按方案一调度，即按水库正常运用、垫底库容(不可利用库容)为设计死库容880万m3，此方案没能利用部分死库容做为抗旱应急水源、过于保守。按方案三调度，即按垫底库容(不可利用库容)为取水口处库底高程(250.00m)，没有考虑水库淤积及坝基渗漏造成的实际库容减少，过于乐观。方案二即考虑了充分利于部分死库容做为抗旱应急水源，又充分考虑了水库淤积等因素造成的实际库容减少，较为合理，故选用方案二进行调度运用。
水库动库容调洪计算的数值-解析解法
水库动库容调洪计算的数值-解析解法 许海军，陈守煜 (大连理工大学土木工程学院) 摘要：本文从水库实例和理论推导上论证了在动库容占有较大比重的水库调洪计算中，应该考虑水库动库容影响。并且将水库调洪数值-解析解法应用于水库动库容调洪，它使水库动库容调洪计算完全用解析公式求出，不需查图与试算，精度高，速度快，且易于程序化。通过计算实例可以证明用本文提出的方法求出的调洪最高洪水位更接近于实际水位。 关键词：水库；动库容影响；调洪；数值-解析解法 作者简介：许海军(1965-)，男，高级工程师，博士研究生，研究方向：防洪系统控制理论与应用。 在以往的防洪调度的方法、模型研究中，大多没有考虑动库容的影响，调洪演算只按静库容计算。实际上，动库容是存在的，而且在某些情况下动库容对调洪演算及防洪预报调度都产生了不可忽略的影响。因此研究水库的动库容问题是非常必要的。关于水库动库容调洪的研究不多，文献成果也比较少。主要是陆水水库作了一些试验研究，水利电力部成都勘测设计院秦惠承同志对动库容的计算以及对调试的影响作了一些研究[1]，在初步探讨了水库动库容比较实用可行的计算方法的基础上，重点研究了水库动库容对防洪预报调度的影响，但均采用常规的调洪算法。本文采用大连理工大学陈守煜教授提出的水库调洪数值-解析解法[2]求解水库动库容调洪问题，速度快、精度高、不需试算，取得了很好的效果。 1 水库动库容分析计算 考虑动库容影响时[3]，水库的库容定义为：最远回水断面至坝前的总蓄水量。图1表明了水库的库容状态，根据定义，水深H所对应的库容在纵断面图上为封闭多边形A′E′C′CDD′B相应的体积，显然总库容可视为静库容W s (图1A′D′ B部分)与动库容W d (图1E′CCDD′部分)两部分之和，而动库容又可分为河道槽 蓄动库容W r 与库区回水引起的附加楔蓄动库容W u 两部分： (1) 静库容取决于水库的地形条件，它是坝前水深H的函数，这一函数关系通常写成指数形式或多项式形式，例如： W s (H)=α H+1/2α 1 H2+1/3α 2 H3(2)
断面法水库库容计算的算法细节
断面法水库库容计算的算法细节 刘炜 （黄河水利委员会水文局，河南郑州450004） 摘要：本文论述了断面法水库库容计算的基本算法模型及间距采用、底部锥体和回水末端处理等细节问题。 关键词：断面法库容计算算法 断面法是水库库容及冲淤量测算的常规方法之一，断面法分为加密断面法和基本断面法。前者是通过在水库水系各干支流上布设足够密集的测量断面（称为加密断面），实现对水库库容接近于地形法测图精度的精确测算。通过减少参与计算的断面数量，经过反复对比计算，并依照水库河道测量的有关规范要求，从加密断面中选取出一定数量和足够代表性的断面，固定下来进行历年的常规测量和库容计算，就构成了基本断面法，基本断面法又称为固定断面法，“断面法”在一般情况下所指的也就是基本断面法。基本断面是在对比计算基础上确定的，数量少且对于库区地形变动的代表性强。因此，基本断面法可以在相当长的时期（基本断面代表期）内，以较低的成本和较短的测量周期实现对水库库容的准确测算。直到水库经过多年运行，河床形态和冲淤规律发生了显著变迁时，基本断面需要从新确定。 在基本断面代表期内，影响库容及冲淤量成果准确性的主要因素有两方面，一是外业测量的质量控制，二是数据处理与计算方法。本文就后者的若干细节问题进行讨论。 1．基本算法模型及公式 水库断面法计算通常采用截锥体概化，即假设将上下两个断面间
的河道按概化间距拉直后，其容积立体构成一个截锥体：上下断面分别对应该截锥的两个底面，概化间距对应截锥的高。在截锥体假设的情况下，计算区段内的任意河道横断面在宽和深两个方向上都被认为是沿河长线性变化的。因而其面积在上下断面间以2次关系变化。 b b+a A 2 A 1 图1断面间容积立体的截锥体假设 如图1所示，断间容积立体按照截锥体假设，其体积为两个锥体体积之差： （1） 1 23 1 )(31aA A b a V -+=根据锥体的性质，有比例关系： 解出 2 1 22)(A A b a a = +1 22 11A A A A b bA a -?+= 代入（1）式简化后得到： （2） ) (3 1 2211A A A A b V +?+=上式即为水库库容计算的基本公式，一般称为截锥（体体积）公式。给定一个高程，计算出水库所有基本断面的断面面积，对相邻断面采用（2）式计算断间库容，加起来即可实现该高程下水库库容的粗略计算。 2．体积的分层计算 截锥体概化假设计算区段上下断面形状是概化相似的，在河道原
多年调节水库兴利库容计算方法
多年调节水库兴利库容计 算方法 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
多年调节水库兴利调节计算 由年调节水库的兴利调节计算可知，当设计年用水量小于设计年来水量时，只要将当年汛期的部分多余水量蓄起来，就能满足枯水期所缺的水量，即水库只需进行年内调节。但当设计年来水量小于设计年用水量时，说明设计年来水量不够用，需要将丰水年的余水蓄存在水库中，跨年度补给枯水年使用，这种跨年度的径流调节称为多年调节。 多年调节与年调节的不同之处，在于它不仅能重新分配年内来水量，而且同时能重新分配年与年之间的来水量。因此，多年调节所需的调节库容也大，调节程度高，对来水的利用也较充分。 多年调节计算，要考虑年径流系列中各种连续枯水年组成的总缺水情况，其兴利库容的大小将决定于连续枯水年组的总亏水量，故对年径流系列要求更长些。兴利调节计算的基本原理与方法，则与年调节计算相类似。本节仅对长系列时历列表法与数理统计法作扼要的介绍。 1．长系列时历列表法 当实测年径流系列较长，包含一个或几个枯水年组时，可根据多数年份的来、用水情况，划分水利年度，列表计算各年余缺水期的余缺水量，判定各年所需的调节库容，然后绘出库容保证率曲线，由设计保证率在库容保证率曲线上查得多年调节的兴利库容。此法即为长系列时历列表法。 这种方法与年调节水库的长系列法基本相同。需要注意的是，多年调节时有些年份的调节库容不能只以本年度缺水期的缺水量来定，而必须与前一年或前几年的余缺水量统一考虑。 【实例6-5】长系列时历列表法兴利调节计算
淤积库容计算
6.5 水库淤积估算和死水位的主要影响因素 1．水库淤积 河水中挟带的泥沙在水库内沉积，称泥沙淤积。挟沙水流进入库内后，随着过水断面逐渐扩大，流速和挟沙能力沿程递减，泥沙由粗到细地沿程沉积于库底。这一情况说明，水库的建造，带来河流泥沙的淤积。 我国华北的黄河和海河水系，水流含沙量大，如黄河三门峡水库，多年平均含沙量达37.8 kg/m3，因此自1960年至1970年间，水库共淤积泥沙55.5亿t，使库水位335 m 以下的库容损失43%。 又如海河流域永定河上的官厅水库，多年平均含沙量高达44.2 kg/m3，水库运用6年后，泥沙淤积导致库容损失达15.2%。 即使含沙量较小的长江水系，干支流上修建的水库也有泥沙淤积问题。 泥沙淤积对水库的运用会产生多方面的不利影响： ①淤积使水库调节库容减少，降低水库调节水量的能力和综合利用的效益。 ②坝前淤积，使电站进水口水流含沙浓度增大，泥沙粒径变粗，引起对过水建筑物和水轮机的磨损，影响建筑物和设备的安全和寿命。 ③库尾淤积体向库区推进的同时，也向上游延伸，即所谓“翘尾巴”，因而抬高库尾水位，扩大库区的淹没和浸没损失。 ④水库下游则由于泄放清水，水流夹沙能力增大，引起对下游河床的冲刷，水位降低，甚至河槽变形。 在水库设计时，重要的是要估计可能的淤积速度，以便判断水库的寿命和是否值得兴建。水库淤积的分布和形态取决于入库水量、含沙量、泥沙组成、库区形态、水库调度和泄流建筑物性能等因素的影响。对很多水库而言，水库全部淤满，或达到进库和出库沙量基本相等的所谓“平衡库容”的情况，可能需要很长的时间。但是，水库工作年限或寿命的衡量是着眼于水库淤积是否已相当程度上影响到水库正常（设计）功能的发挥。由于水库淤积并非全在死库容的范围内，而是沿库分布，特别是入库处。如淤积快且严重，不仅会影响有效库容，对航运也有危害。因此，严格说来所谓水库“寿命”应指水库正常工作的年限，又称水库使用年限。 为防止、减轻水库淤积，要做好流域面上的水土保持工作，也可在来沙较多的支流修建拦沙坝库。此外，采用“蓄清排浑”的运用方式，常能获得良好效果。 2．水库死水位的主要影响因素 水库死水位是水库正常运行的最低水位。死水位以下的死库容是不能用来进行径流调节的。死库容的作用，主要是淤积部分泥沙和抬高库水位。在规划设计水库时，需要先确定水库的死水位，再进行调节计算，以求得兴利库容和正常蓄水位。水库死水位的确定，主要应考虑以下几个方面。 （1）满足自流灌溉的要求 自流灌溉要求水库水位不低于灌区地面高程加上引水水头损失值。死水位越高，自流灌溉的面积越大；在抽水灌溉时，也可使抽水的扬程减少。