水庫特性曲線繪制方法解析

趙守衛(wèi)，魯 臣

(黑龍江省勝利農(nóng)場水務(wù)局，黑龍江建三江156324)

1 引言

在河流上攔河筑壩形成人工的水池用來進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，這就是水庫。一般地說，壩筑得越高，水庫的容積(簡稱庫容)就越大。但在不同的河流上，即使壩高相同，其庫容也很不相同、這主要與庫區(qū)內(nèi)的地形有關(guān)。如庫區(qū)內(nèi)地形開闊。則庫容較大，如為一峽谷，則庫容較小。此外，河流的縱坡對庫容大小也有影響，坡降小的庫容較大，坡降大的庫容較小。水庫的形體特征，其定量表示主要就是水庫水位～面積關(guān)系和水庫水位～容積關(guān)系。

水庫的水面面積和容積是隨水位變化的，對于每一個(gè)水庫來講，水位愈高則水庫面積愈大，庫容愈大。不同水體有相應(yīng)的不同水庫面積和庫容，對徑流調(diào)節(jié)直接有關(guān)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須先作出水庫水位一面積以及水庫水位一庫容關(guān)系曲線，這兩者是最主要的水庫特性資料。

2 水庫面積曲線

繪制水庫水位一面積曲線可根據(jù)庫區(qū)地形圖，一般可采用1∶10 000～1∶5 000比例尺的地形圖，用求積儀(或按比例尺數(shù)方格法)，在等高線與壩軸線所圍成的閉合地形圖上量計(jì)不同高程的水庫面積。見圖1所示，以水位為縱坐標(biāo)，水庫面積為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪成水庫水位一面積曲線，如圖2中的Z～F線。

圖1 水庫庫區(qū)地形示意圖

圖2 水庫特性曲線示意圖

在平原河流及山區(qū)河流上建水庫，因庫盤形狀及坡度不同，其Z－F線的變化性質(zhì)不同、平原河流水庫面積隨水位增加而很快增加，面積曲線的坡度較小;山區(qū)河流水庫面積隨水位增加較緩，面積曲線的坡度較大。

3 水庫容積曲線

水庫容積曲線是面積曲線的積分曲線，即水位Z與累積容積，即庫容V的關(guān)系線。繪制水庫水位～庫容關(guān)系曲線，亦可根據(jù)1∶10 000～1∶5 000比例尺的地形圖，分別計(jì)算各相鄰高程之間的部分容積，自河底向上累加得相應(yīng)水位的庫容，即可畫出水位一庫容的關(guān)系曲線，如圖2中的Z～V曲線。相鄰高程間的部分容積可按下式計(jì)算:

式中:ΔV為相鄰高程間(即相鄰兩水位間)的容積，萬m3;F1、F2為相鄰上、下水位相應(yīng)的水庫面積，萬m2;ΔZ為高程間隔(相鄰水位差)，m。

前面所討論的面積特性曲線和容積特性曲線，均建立在假定入庫流量為零時(shí)，水面是水平的基礎(chǔ)上。這是蓄在水庫內(nèi)的水體為靜止(即流速為零)時(shí)，所觀察到的水靜力平衡條件下自由水面，因此，這種庫容稱為靜水庫容。如有一定入庫流量(水流有一定流速)時(shí)，則水庫水面從壩址起沿程上溯的回水曲線并非水平，越近上游，水面越上翹，直到入庫端與天然水面相交為止;靜庫容以上與洪水的水面線之間包含的水庫容積為楔形蓄量(圖3的陰影部分)。靜庫容與楔形蓄量的總和為動(dòng)庫容。以入庫流量為參數(shù)的壩前水位與相應(yīng)動(dòng)庫容的關(guān)系曲線，為動(dòng)庫容曲線，見圖4。

當(dāng)研究水庫回水淹沒和浸沒的確實(shí)范圍、或作庫區(qū)洪水演進(jìn)計(jì)算時(shí)，或當(dāng)動(dòng)庫容數(shù)值占調(diào)洪庫容比重較大時(shí)，必須考慮和研究動(dòng)庫容的影響。

動(dòng)庫容可按不穩(wěn)定流計(jì)算方法逐段進(jìn)行洪水演算后求得，但這種方法工作量較大，實(shí)際應(yīng)用常采用回水曲線法和近似法?；厮€法中，回水曲線的形狀是由壩上水位與沿庫區(qū)的流量分配而定的。因此為了繪制水庫的動(dòng)庫容曲線，首先須假定某一入庫流量Ql和若干壩前不同水位，然后根據(jù)水力學(xué)公式，求出一組以某一入庫流量為參數(shù)的水面曲線。其次，將水庫全長分成若干段，在每段水庫中求出相應(yīng)于每一回水曲線的平均水位位置。根據(jù)每段平均水位的位置定出該段相應(yīng)的水面面積.這樣可以求出不同回水曲線每段的容積。最后，將各段水庫容積相加，即得以某一入庫流量為參數(shù)的總的動(dòng)庫容曲線(圖4，Ql曲線)。假定不同的入庫流量Q2，Q3，…，按同上步驟計(jì)算，分別求得不同的入庫流量為參數(shù)的水庫動(dòng)庫容曲線。圖4中Q入=0的曲線也就是前面所說的靜庫容曲線。從圖4可以看出，壩前水位不變時(shí)，入庫流量愈大，則動(dòng)庫容總值也愈大。應(yīng)該指出，動(dòng)庫容曲線的計(jì)算;需要的資料多，比較麻煩，為了簡便起見，一般的調(diào)節(jié)計(jì)算仍多采用靜庫容曲線。

圖3 水庫動(dòng)容示意圖

圖4 水庫動(dòng)庫容曲線示意圖

4 結(jié)語

掌握運(yùn)用水庫特性曲線繪制方法，可以確保提高曲線的精度，也可以客觀真實(shí)的反映水庫的特性，這對于基層從事水庫管理工作的人員來說具有重要的意義。

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