水利水文计算

黄贤龙

【摘要】天然情况下的河川径流，有着年内和年际的变化，且地区间的分布也不均衡，因此无法满足国民经济各用水部门对水资源利用的要求。水利工程建设目的在于通过各种施工调节、改变区域水量分布状况和地区水利条件，使之符合工业、农业及其他各部门的需要。

引言：水利工程从修建到运用，一般要经过规划设计、施工、管理三个阶段，每一个阶段都需要进行水文水利计算工作。水文工作中的水利计算、水文预报及水资源评价都为工程在各阶段提供了所需数据，而水文水利计算就是这些数据的基础，通过分析，定出工程规模和建筑尺寸，编制水量调度方案，并对工程的经济性和安全性连个方面进行权衡并制定对策，力求在复杂的问题中得到规划设计和调度运行的最优方案。本次设计就是从这一方面出发，通过对兴利调节、防洪调节和水能计算等各种任务的运算，求得死库容、兴利库容、防洪库容和保证出力等，使得到的成果能运用到生产当中。

关键词；水库兴利调节；水库防洪调节计算；水库水能计算。

1.设计暴雨推求

有资料地区，设计暴雨的推求采用实测雨量进行分析；缺资料地区采用2003年颁布的《广东省暴雨参数等值线图》查算。

2.设计排涝流量

设计排涝流量一般采用平均排除法，也可采用排涝模数经验公式法。当涝区内有较大的蓄涝区时，一般需要采用产、汇流方法推求设计排涝流量过程线，供排涝演算使用。

1） 平均排除法

广东省一般采用平均排除法计算排水流量，这种计算方法适用于集水面积较小的涝区排水设计。平均排除法按涝区积水总量和设计排涝历时计算排水流量和排涝模数，其计算公式为：

式中：Q——设计排水流量（m3/s）；

Ci——各地类径流系数，参考值：水稻田、鱼塘和河涌采用1.0；山岗、坡地、经济作物地类采用0.7；村庄、道路采用0.7～0.9；城镇不透水地面采用0.95；

Ai——各地类面积（km2）；

Rp——设计暴雨量（mm）；

Ei——各地蒸发量（mm），一般可采用4mm/d；

hi——各地类暂存水量（mm），水稻田采用40mm，鱼塘采用50mm～100mm，河涌采用100mm；

W1——水闸排水量（m3）；

W2——截洪渠截流水量（m3）；

W3——水库、坑塘蓄滞水量（m3）；

T——排涝历时（s）；

q1——堤圍渗漏量（m3/s）

q2——涵闸渗漏量（m3/s）

q3——涝区引入水量，对灌溉是指回归水量（m3/s）

q4——废污水量（m3/s）

q——设计排涝模数（m3/s·km2）；

F——控制排水面积（km2）。

治涝区内有水闸、泵站联合运用的情况下，一般先用水闸抢排，再电排。在用平均排除法计算泵站排涝流量时，应扣除水闸排水量和相应排水时间。

2） 排涝模数经验公式法

需求出最大排涝流量的情况，其计算公式为：

式中：

K——综合系数（反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素）；

m——峰量指数（反映洪峰与洪量的关系）；

n——递减指数（反映排涝模数与面积的关系）。

我省目前还没有关于排涝模数各项参数选取的统计分析。建议参考湖北省平原湖区的分析：集雨面积大于500km2的涝区，K=0.0135，m=1.0，n=-0.201；集雨面积500km2以下的涝区，K=0.017，m=1.0，n=-0.238。

3.设计外河水位

根据涝区暴雨与承泄区（外河）水位的遭遇情况分析，计算当涝区发生设计标准暴雨时相应的外河水位。外河设计水位一般采用实测资料进行分析，如无实测资料，参照《广东省防洪（潮）标准和治涝标准》：潮区可采用5年一遇的最高水位，其余地区采用外江多年平均洪峰水位。对近年来河道上修建了工程或进行了堤围加固、河道整治的河段，要采用工程修建后的设计水面线，并考虑河道下切的影响。

4.排涝工程布局及规模计算

（1）调蓄水域的布局及规模

1）对范围较大的平原涝区，有条件时可规划一定的河道、沟渠、湖泊、坑塘作为蓄涝容积。蓄涝容积的规模应与排水闸、站规模的关系分析比较确定，平原区水面率可采用5%～10%；其他地区可稍低，或参考湖北等地取5万m3/km2～15万m3/km2的蓄涝率。蓄涝容积一方面可以削减雨洪峰量，减轻排水负担，减小排水工程的规模，节约投资，另外还可以利用蓄涝容积进行养殖、航运，或建设成人工湖公园等。

2）正常蓄水位一般按照涝区内大部分农田能自流排水的原则来确定，布置于涝区低洼处。无闸门控制的蓄涝区，其正常蓄水位一般低于附近地面0.2m～0.3m；设计低水位主要考虑综合利用要求，一般在设计低水位下保留0.8m～1.0m的水深，以满足养殖、航运、景观、环境生态的要求。

（2）排水闸、主干排水沟、截洪沟等排涝设施的布局及规模

根据涝区水文水利计算，确定排水闸、主要排水沟、渠的设计排涝流量和排涝特征水位、主要建筑物尺寸等特征参数。

1） 主干排水沟、截洪沟

主干排水沟一般根据最大排水流量设计，当有蓄涝容积时，采用调蓄后的最大排水流量。截洪沟以设计洪峰作为设计流量，为避免截排流量过大，通常要设置一定的蓄涝容积滞峰，在此基础上拟定一个合适的设计流量排走大部分洪量。

2） 排水闸

排水闸的设计水位包括闸上设计水位和闸下设计水位。对无蓄涝区的水闸，闸上水位采用闸前排水河道的设计水位，有蓄涝区的采用蓄涝区设计蓄涝水位。闸下水位汛期按抢排要求确定，选择低于闸上水位0.1m～0.2m；冬春季排除内河涝水的水闸，设计下水位一般采用外江多年平均枯季水位。当闸下有引水渠时，要考虑外江到闸前的引水渠的水头损失。

（3）机电排涝站布局及规模

根据涝区水量平衡及治涝措施，合理确定需要的机电排水流量；确定机电排涝站位置、电源布置等。计算设计内外水位、设计扬程，确定排涝站装机规模。

1）进水池水位

最高内水位：指站前最高防洪水位，一般取排水区建站后10～20年一遇的内涝水位。

最高运行水位：取排水区允许最高涝水位推算到站前的水位。

设计内水位：取由排水区设计排涝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设计洪水标准的设计洪水位确定。

最高运行外水位：建议珠江三角洲采用“最高外水位”；其余地区按“最高外水位”降一级采用。

设计外水位：按我省规定，潮区可采用5年一遇的最高水位，其余地区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）特征扬程

排涝扬程包括设计扬程，平均扬程，设计最大、最小扬程、净扬程等。扬程计算如下：

设计净扬程=设计外水位-设计内水位；

平均净扬程=平均外水位-设计内水位；

最大净扬程=设计最高外水位-设计内水位；

最小净扬程=设计最低水位-设计内水位。

泵站总扬程的计算必须计入水力损失，H总=H净+△h，规划阶段阻力水头损失△h一般取净扬程H净的15～20%。如泵站穿堤排水管道较长，可按实际情况用水力学公式计算。

参考文献

[1]水利部.《水闸设计规范》[S] 北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]建设部.《建筑地基基础设计规范》[S] 北京：中国建筑工业出版社，2002.