FCD12040 FCD
水利水电工程 初步设计阶段
回水分析计算大纲范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1996年10月
水电站初步设计阶段
回水分析计算大纲
主 编 单 位:
主编单位总工程师:
参 编 单 位:
主 要 编 写 人 员:
软 件 开 发 单 位:
软 件 编 写 人 员:
勘测设计研究院
年 月
目 次
1. 引 言 4
2. 设计依据文件和规范 4
3. 基本资料 4
4. 水库回水计算 7
应提供的设计成果 11
1 引 言
工程位于 河 游，行政区划隶属 省 县，水库控制流域面积 km2。本工程以 为主，兼顾 、 等。最大坝高 m，正常蓄水位 m，总库容 万m3，电站总装机 MW，灌溉面积 km2。
提示: 简述枢纽布置形式，主要泄洪排沙设施与泄流规模，水库运行方式，上下游梯级衔接情况、水库调节性能与设计、校核洪水等。
2 设计依据文件和规范
2.1 有关本工程(或专业)的文件
(1) 可行性研究报告;
(2) 可行性研究报告审批文件;
(3) 初步设计任务书和项目卷册任务书以及其它专业的要求;
2.2 主要设计规范
(1) DL 5021-93 水利水电工程初步设计编制规程；
(2) SDJ 11-77 水利水电工程水利动能设计规范(试行);
(3) SD 130-84 水利水电工程水库淹没处理设计规范;
(4) SL 44-93 水利水电工程设计洪水计算规范;
(5) SL 104-95 水利工程水利计算规范。
2.3 主要参考资料
(1) 水力计算手册(武汉水利电力学院水力学教研室编)；
(2) 水力学(上册)(成都科学技术大学水力学教研室编)；
(3) 水利水电工程泥沙设计规范(报批稿)。
3 基本资料
3.1 水库概况
(1) 水库概况
水库为 型水库。水库由 河和主要支流 、 、 等组成。正常蓄水位 m，相应库容 万m3，水库面积 km2，水面宽 m～ m，库区长度为 km，河道纵比降为 %，为 河床。库区平面形态如图 所示。
(2) 库周概况
提示: 简述两岸城镇居民点和重要工程的分布、位置、高程以及公路、铁路、跨河(沟)桥等。必要时，概述上游梯级枢纽情况(含枢纽布置图)。
3.2 地形资料
(1) 水库 地形图；
(2) 库区纵、横断面表(必要时表列断面特征线)。
提示: 河道分段与断面布设参考《水力计算手册》第八篇第一章第三节及《水库水文泥沙观测试行办法》第五章第三节。测设断面时，应注意断面高程系统(即基面)与大坝高程系统一致，必要时应与上下游梯级的高程系统一致。对于横断面中的深潭或翼水，一般应扣除后再进行水力因素计算。
3.3 水能资料
正常蓄水位 m，死水位 m，防洪限制水位 m， 设计洪水位 m， 校核洪水位 m， 以及水库运行方式(必要时给出年内、年际的月水位变化过程线)。
(1) 水库水位容积、面积曲线及表
表 1 水 库 水 位 容 积、面 积 表
水
平
年
库容，万m3
高 程，m
原 库 容
近 期
淤积后保留库容
远 景
淤积后保留库容
面 积，km2
(2) 水库调洪成果
表 2 水 库 调 洪 计 算 成 果 表
起调水位
m
P=5%
P=20%
最 高
库水位
m
最大下泄
流 量
m3/s
最大入流量
相应库水位
m
最 高
库水位
m
最大下泄
流 量
m3/s
最大入流量
相应库水位
m
3.4 水文资料
(1) 坝址、主要支流、入库站、主要控制站的洪水频率与流量(含主汛期与后汛期或非汛期洪水)。
表 3 坝 址 洪 水 频 率 与 流 量
洪水频率，%
流 量，m3/s
(2) 坝址、库区及进、出库水文站的水位流量关系曲线，必要时收集上游梯级坝址(或电站尾水)水位流量关系曲线。
表 4 水 位 流 量 关 系 表
水 位，m
流 量
m3/s
进库水文位
库 区
坝 址
出库水文站
(3) 库区同时水面线或洪水调查水迹线。
表 5 水 迹 线
洪水发生时间
年 月 日
地 名
或 断 面
起 点 距
m
洪迹高程
m
洪峰流量
m3/s
3.5 泥沙资料
3.5.1 水库泥沙淤积纵断面图及表
表 6 水 库 不 同 年 限 淤 积 纵 断 面 表
断 面
编 号
地 名
距坝里程
km
原河床高程
m
不同年限淤积河床高程，m
10年
15年
20年
…
…
3.5.2 河道及水库糙率
(1) 河道糙率
提示: 河道糙率估算与选择的方法较多，以下介绍几种供选择：
(1) 利用附近水文站实测资料点绘水位(或流量)糙率关系，并加以延长拟定；
(2) 根据河床组成及床面特性、河段平面形态及水流流态、岸壁及植被情况查糙率表选定；
(3) 利用库区同时水面线或洪水调查水迹线资料，采用试算法或其他方法反求糙率。应注意，采用那种方法反求糙率，就应用同种方法推算回水线。
(2) 水库糙率
提示: (1) 确定水库糙率，当一个河段在不同水位的糙率有一定差别时，应按水位分别采用不同的数值。当河床为复式断面时，主槽与边滩糙率数据，应分别考虑。
(2) 水库糙率可参照泥沙手册第九章第七节设计。以下介绍两种常用的确定水库糙率方法，供选用。
① 推算淤积回水的糙率一般应进行上下游水库或类似河道上已建工程调查分析后确定。适当考虑河床细化、糙率减小的影响。以下提供盐锅峡等已成水库的实测资料，供参考。
已建水库建库前后糙率比值表
库 段
常年回水区
回水变动区
备 注
建库前后糙率比值(n/n0)
0.95～1.13
0.063～0.96
盐锅峡、丹江口等水库
② 利用高水(洪水) 的河道糙率作边壁糙率n1，已建水库淤积面的实测糙率(或采用张友龄公式计算，式中粒径d50的单
位为m)作床面糙率n2，采用阻力叠加公式(爱因斯坦公式)推算：
式中：P1、P2––––分别为边壁湿周及床面湿周；
n––––断面总糙率。
3.6 枢纽资料
(1) 枢纽布置图；
(2) 枢纽泄流曲线。
表 7 泄 流 能 力 汇 总 表 单位: m3/s
建 筑 物
库 水 位，m
表孔：孔数 ，尺寸 m× m
中孔：孔数 ，尺寸 m× m
底孔：孔数 ，尺寸 m× m
排沙孔：孔数 ，尺寸 m× m
机组：单机流量 ，台数
总 计 泄 流 能 力
注：表中库水位包括各典型库水位。总计泄流能力应满足各典型库水位的泄量要求
4 水库回水计算
4.1 水库回水计算的任务与主要内容
4.1.1 水库回水计算的任务
提示: 水库回水计算的任务是计算建库后未淤积情况和淤积一定年限后的库区回水水面线，并视需要，进行施工期的不同洪水标准的回水水面线计算。
4.1.2 水库回水计算的主要内容
提示: 水库回水计算的主要内容：
(1) 不同淹没及标准(洪水)的库区沿程最高水位连线(回水曲线)和回水终点位置；
(2) 库区相应航运、给水、灌溉等要求的水位高程；
(3) 必要时计算库区防护区一定防洪标准的水位过程线及淹没历时；
(4) 若上梯级处于回水末端，必要时应计算上梯级坝址(或电站尾水)的水位流量关系曲线；
(5) 分期蓄水的工程，根据需要应计算分期蓄水的回水线。
4.2 回水计算
4.2.1 洪水标准与流量
(1) 洪水标准
提示: 根据防护对象的重要性，现有防洪能力及受淹后对国民经济的影响，按《水利水电工程水库淹没处理设计规范》表2.0.3及相关规范拟定。
(2) 坝址洪水流量由相应标准的频率确定，支流洪水与坝址同频，必要时按洪水频率遭遇论证成果确定。库区沿程流量可按距离或面积分配。梯级水库的回水计算，其入库流量须考虑上游梯级调节的影响。
提示: 入库断面至坝址的沿程流量，若库区水面宽度沿程变化不大，按计算断面至坝址的距离直线分配断面流量；若河宽沿程变化较大，按水库水面面积比分配沿程流量；若沿程水库槽蓄量变化较大，可按河段楔形库容比分配沿程流量。有较大支流汇入处，应根据实测水文资料或控制流域面积分配其上下段流量。每一河段的流量可采用上、下断面的平均值。
4.2.2 坝前水位与支流河口水位
(1) 坝前水位
表 8 坝 前 计 算 水 位 表
汛 期
后汛期或非汛期
洪水频率
20%
5%
…
20%
5%
…
坝址流量, m3/s
项 目
天然
回水
天然
回水
天然
回水
天然
回水
坝前水位, m
提示: 按各种设计任务要求的各种设计标准的调洪成果，确定相应回水计算的起始水位和流量组合方案，即
(1) 最大入库流量，相应水位；
(2) 最高库水位(调洪最高水位或汛期限制水位)，相应泄量；
(3) 后汛期(或非汛期)洪水，正常蓄水位。
(2) 支流河口水位
采用干流水面线推算至该河口处的水位。
4.2.3 淤积水平年
提示: 多沙河流回水淹没范围应考虑一定年限的泥沙淤积影响，其淤积水平年可根据工程具体情况，按SD 130-84第2.0.5条拟定。
4.2.4 计算方法
提示: 回水曲线计算方法基本上分为试算法和图解法两类。图解法计算简便，宜用于定床和无流速水头项；试算法手算繁琐，但电算简易，宜用于考虑流速水头项和动、定床计算。
4.2.4.1 逐段试算法
(1) 基本方程式––––伯努力方程
对伯努力方程变换得如下方程：
式中：
上式中各符号的意义见表9，其起始断面的Z1、i fi、V1各值为已知，终端断面Z2、i f2、V2各值为未知，需试算确定。
提示: 复式断面，应根据糙率的不同，将断面分为两或三个不同部分(即左右滩地部分和主槽部分)，发别求出各部分的流量模数，并总和求得整个过水断面的流量模数。断面上的水力坡度为。
(2) 试算：先假定Z2，由各断面的水位～面积、水位～水力半径相关曲线求得if2、V2后代入上式，如左右两端相符，满足精度要求，则所假定的Z2值即为所求值。否则另行假定，重新计算，直到基本相符为止，可列表计算。
表 9 水 库 回 水 曲 线 计 算 表
断面
编号
假定
水位
断面
面积
水力
半径
平均
流速
摩 阻
比 率
平 均
比 率
断面
间距
摩 阻
水 头
流 速
水 头
流 速
水头差
局部水头
损 失
所 求
水 位
C(S
Z1
m
A
m2
R
m
V
m/s
if
10-6
10-6
(L
km
hi=if(L
m
m
m
hj=-(((hv
m
Z2
m
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
提示: 若本单位具有回水计算程序，则按程序计算。
4.2.4.2 图解法
提示: (1) 回水曲线(含河道水面线)图解法很多，归纳起来分两大类型，一种类型是考虑了流速水头和局部损失的图解法；另一种类型是忽略流速水头和局部损失的图解法。后一种类型主要有艾斯考夫图解法和控制曲线法。鉴于目前随着微机应用增多，电算日益普及，试算法应用增多，图解法应用减少，因此不再列图解法的基本方程、断面函数及图解方法，可参看《水力计算手册》。
(2) 决定回水计算的开始断面：无泥沙淤积或淤积不严重的水库，临近坝址一段横断面很大，水面又几乎是水平的，因此，无须作水面线计算。水面曲线究竟从那个断面开始，一般可用下式大致确定，。在离坝址为L处任取一个断面，在设计流量和设计水位下，此断面与坝址断面的平均值 代入上式，求(Z；如不超过10cm，即从该断面开始计算回水曲线，否则，向坝址再移近一些，使(Z(10cm；有泥沙淤积时，视三角洲前端向坝前延伸程度，可用三角洲前端断面作为开始断面。由于淤积影响，该段水面线变化较为剧烈，应多取几个断面。如整个水库淤满，应从坝址断面推算回水曲线。
(3) 梯级水库的回水计算，基本同常规水库，但其入库流量须考虑上游已建梯级调节的影响。若上梯级处于回水的末端，必要时应计算上梯级坝址(或电站尾水)的水位流量关系曲线。若坝前水位变幅较大，则需建立以坝前水位为参数的几组上梯级电站尾水位流量关系曲线。
4.3 河道水面线计算
河道水面线计算的洪水标准与流量、计算方法均同回水计算，但其坝址处的计算起始水位则查坝址水位流量关系曲线而得。
提示: 当已建水库大坝加高，不具备河道天然水面线时，可对某一频率洪水，不同的起始水位(2～3个)进行回水计算，在库尾某段河道上这些水面线一致时，即可作为河道天然水面线使用，以供确定回水末端之用。
4.4 计算成果及成果分析
4.4.1 计算成果
应提供不同频率洪水、淤积设计水平的库区回水曲线和天然水面线图及表。
表 10 水库 库区回水计算成果表
断面
编号
C(S
地
名
距坝
里程
km
河床高程,m
水 位， m
原始
淤某
年后
Q20%= m3/s
Q5%= m3/s
…
天然
淤积前
淤某
年后
天然
淤积前
淤某
年后
…
…
…
4.4.2 成果分析
(1) 对推算的各种回水计算成果，应进行仔细的合理性检查分析，其内容包括回水曲线与天然水面线趋势，不同设计标准在同一断面及沿程各断面回水高程的变化规律，各设计水平回水曲线相应关系等方面。
提示: 分析各种坝前水位及库区流量组合条件下的回水曲线变化趋势的合理性，其规律大致如下：
(1) 建库后，库区回水位应高于天然情况下同一流量的水位，而水面比降则较平缓 。
(2) 同一坝前水位，较小的库区流量的水面线应低于较大的库区流量的水面线；流量越大，坡降越陡，回水末端越近；流量越小，坡降愈平，回水末端愈远。
(3) 同一库区流量，坝前水位较低的水面线应低于较高坝前水位的水面线；坝前水位越高，坡降越缓，回水末端越远。
(4) 库区同一断面以不同坝前水位的两个设计流量的水位差相比较时，较高坝前水位的水位差， 应小于较低坝前水位的水位差。 库区两个断面在同一流量的两个不同坝前水位时，上断面的水位差应小于(或等于)下断面的水位差。
(5) 在同一坝前水位和流量时，一般回水水面线离坝址越近越平缓，越远越急陡，并以坝前水位水平线和同一流量天然水面线相交线为其渐近线。
(2) 阐明库区回水对主要淹没对象的淹没高程及影响；确定回水淹没范围与终点。
提示: 水库回水淹没范围与终点可根据SD 130-84第2.05条确定。对于在原已建低坝基础上加高成新坝者，新坝的水库回水终点建议根据新库回水与原库回水比较确定。
(3) 梯级电站应阐明工程对上游梯级尾水的影响。
5 应提供的设计成果
提供的设计成果，主要是水库回水计算报告及计算书、附表及附图等。
(1) 报告书
(2) 报告附表
天然与回水纵断面表。格式参看表10。
(3) 报告附图
不同频率洪水、淤积设计水平的回水纵断面图(同时绘入天然水面线)。
