趙守衛(wèi)，魯 臣

(黑龍江省勝利農(nóng)場(chǎng)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(lái)進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，這就是水庫(kù)。一般地說(shuō)，壩筑得越高，水庫(kù)的容積(簡(jiǎn)稱庫(kù)容)就越大。但在不同的河流上，即使壩高相同，其庫(kù)容也很不相同、這主要與庫(kù)區(qū)內(nèi)的地形有關(guān)。如庫(kù)區(qū)內(nèi)地形開闊。則庫(kù)容較大，如為一峽谷，則庫(kù)容較小。此外，河流的縱坡對(duì)庫(kù)容大小也有影響，坡降小的庫(kù)容較大，坡降大的庫(kù)容較小。水庫(kù)的形體特征，其定量表示主要就是水庫(kù)水位～面積關(guān)系和水庫(kù)水位～容積關(guān)系。

水庫(kù)的水面面積和容積是隨水位變化的，對(duì)于每一個(gè)水庫(kù)來(lái)講，水位愈高則水庫(kù)面積愈大，庫(kù)容愈大。不同水體有相應(yīng)的不同水庫(kù)面積和庫(kù)容，對(duì)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(kù)水位一面積以及水庫(kù)水位一庫(kù)容關(guān)系曲線，這兩者是最主要的水庫(kù)特性資料。

2 水庫(kù)面積曲線

繪制水庫(kù)水位一面積曲線可根據(jù)庫(kù)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(kù)面積。見圖1所示，以水位為縱坐標(biāo)，水庫(kù)面積為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪成水庫(kù)水位一面積曲線，如圖2中的Z～F線。

圖1 水庫(kù)庫(kù)區(qū)地形示意圖

圖2 水庫(kù)特性曲線示意圖

在平原河流及山區(qū)河流上建水庫(kù)，因庫(kù)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(kù)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(kù)面積隨水位增加較緩，面積曲線的坡度較大。

3 水庫(kù)容積曲線

水庫(kù)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(kù)容V的關(guān)系線。繪制水庫(kù)水位～庫(kù)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(kù)容，即可畫出水位一庫(kù)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(wàn)m3;F1、F2為相鄰上、下水位相應(yīng)的水庫(kù)面積，萬(wàn)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(kù)流量為零時(shí)，水面是水平的基礎(chǔ)上。這是蓄在水庫(kù)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(kù)容稱為靜水庫(kù)容。如有一定入庫(kù)流量(水流有一定流速)時(shí)，則水庫(kù)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(kù)端與天然水面相交為止;靜庫(kù)容以上與洪水的水面線之間包含的水庫(kù)容積為楔形蓄量(圖3的陰影部分)。靜庫(kù)容與楔形蓄量的總和為動(dòng)庫(kù)容。以入庫(kù)流量為參數(shù)的壩前水位與相應(yīng)動(dòng)庫(kù)容的關(guān)系曲線，為動(dòng)庫(kù)容曲線，見圖4。

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

動(dòng)庫(kù)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(kù)區(qū)的流量分配而定的。因此為了繪制水庫(kù)的動(dòng)庫(kù)容曲線，首先須假定某一入庫(kù)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(kù)流量為參數(shù)的水面曲線。其次，將水庫(kù)全長(zhǎng)分成若干段，在每段水庫(kù)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(kù)容積相加，即得以某一入庫(kù)流量為參數(shù)的總的動(dòng)庫(kù)容曲線(圖4，Ql曲線)。假定不同的入庫(kù)流量Q2，Q3，…，按同上步驟計(jì)算，分別求得不同的入庫(kù)流量為參數(shù)的水庫(kù)動(dòng)庫(kù)容曲線。圖4中Q入=0的曲線也就是前面所說(shuō)的靜庫(kù)容曲線。從圖4可以看出，壩前水位不變時(shí)，入庫(kù)流量愈大，則動(dòng)庫(kù)容總值也愈大。應(yīng)該指出，動(dòng)庫(kù)容曲線的計(jì)算;需要的資料多，比較麻煩，為了簡(jiǎn)便起見，一般的調(diào)節(jié)計(jì)算仍多采用靜庫(kù)容曲線。

圖3 水庫(kù)動(dòng)容示意圖

圖4 水庫(kù)動(dòng)庫(kù)容曲線示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

掌握運(yùn)用水庫(kù)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(kù)的特性，這對(duì)于基層從事水庫(kù)管理工作的人員來(lái)說(shuō)具有重要的意義。

[1]陳開德.調(diào)洪演算的有限差分法[J].長(zhǎng)江職工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(5).

[2]高飛，李榮云，陳亞芝.洪水特征值與頻率相關(guān)曲線在中小型水庫(kù)防洪調(diào)度中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2002(3).

[3]郭永鑫.盤石頭水庫(kù)實(shí)時(shí)洪水調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(4).