第二章 水量平衡原理与水压力2

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1、第二章水量平衡原理与水压力§2.1水库的水量平衡水库的水量损失是指因为修建水库，改变了河流的自然状况而增加的额外水量损失。修建水库后，库区水面面积增大，因水面蒸发的蒸发量大于陆面蒸发，使蒸发损失加大。另外，水库建成蓄水后，水位升高，水压增大，渗漏的面积和部位增多，使渗漏损失也加大。蒸发损失和渗漏损失是水库水量损失的主要部分。通常，水库中的水损失是能察觉的，但很难定量地去计算，因为一方面损失的水并不完全出现在下游，另一方面，一部分水流入地下的含水层，或一部分进入当地下游的水库和河流，从而出渗口逸出的水并不代表损失水的总量。该情况

2、下，可通过水量平衡计量水的损失量。计算水量平衡时需要在这段时间内控制入水口和出水口，通过计算入水口和出水口之间总水量的差值就可求出水的损失量，通过库水位可以反映出来，平衡方程可表示为：(2.1)式中：—控制时间内流入的总水量；—流出的总水量；—直接降落在水库表面的降雨量；下标SW、GW、PREC和EVAP各自代表地表水，地下水，降雨量，蒸发量[1]。这些参数的数值依赖于当地主要水流条件，很容易产生较大的偏差。尤其流入量时断时续的小溪仅仅在下雨时才会有水流，只有当整个偏差与损失的水量相比极其微小时，平衡方程才能满足。大多情况下，

3、尤其是当损失的水量比流入和流出的总水量小时，这个条件很难满足。因此选一个好的恰当时期来研究水量平衡是非常重要的，通常，可根据当地的降雨情况，利用干旱季节保持较小的流入量选择干旱季节流入量较小时研究水量平衡。有些情况下，类似于式(2.1)的平衡方程可以用其它形式推断出来。一定时期内，流入水库的水的某一化学成份或同位素总是以一脉动的形式出现，因此可根据主要条件，利用流入水库中不同水量的成份如Cl-，SO42-，NO3-，18O等浓度的偏差来表示新的平衡方程，这些浓度由实验决定，该方程（或方程组，如果不止利用一种化学成份）联合式(2

4、.1)则可排除一个或多个很难或几乎不可能确定的参数。§2.2库水位的影响2.2.1渗漏定律11建立库水位与下游泉眼中出水量之间的关系是非常重要的，这个关系给出了渗漏水头与渗漏流量之间的对应关系，这就是通常所说的渗漏定律。正如以下章节将讲到的，研究库水位与周围钻孔中的水位变化关系也是很重要的，即含水层中的水位高低反映了库水位的变化。该方法需要定期地测量不同库水位时渗流出逸处的水流速度，显然，测量的次数应根据库水位的变化来选择，考虑到每一出逸处的水流量互不影响，而且每一出逸处的水量变化对库水位的反映不同，因此单独测量每一出逸处的流

5、速是非常重要的。此外，水在地层中的运动时间不同，渗漏途中溶解的化学成份差别也就很大。因此水中的化学和同位素成份（如稳定的环境同位素氘、氧-18、氚等，见第五章），出水点水温都能提供有用的信息，以帮助我们鉴别渗漏水是否来自于不同的地下水，即使是由同一层地下水补给的，在不同的出逸处水所含的化学成份也各不相同。所获得的数据可描成图表，当所有渗漏水流都来自水库的同一高程，相应的水流速度与库水位之间的函数关系常为直线，水流速度与库水位或水头成正比关系，将流速直线向横坐标延伸并与之相交，可得到渗漏的起始坡降，如图2.1所示。图2.1渗漏流

6、速与库水位于之间的变化关系图有时，受水库第二渗漏地带影响，流速与水头之间的直线关系的角度发生变化，一定程度上，当直线的角度变化时，此时水位的变化更大。由于相应的渗流端面的面积在扩大，往不同方向扩散的渗流（渗流发生的高程范围很大），渗透流速与水头之间并不呈直线关系，而是曲线关系，且角度随水位不断增加。2.2.2泉和孔中的流速对水库水位变化的响应泉中水流速度与库水位之间的函数关系反映了水库与下游泉水之间的水力联系特征。渗漏流速取决于当地岩层的渗透性，另一方面，也依赖于水库与泉之间的岩层的储水量，这些水体使渗透水流具有连续性，并且使

7、得渗漏流速达到最大值与库水位达最大值有一个时间上的滞后。库水位的上升和下降的水力变化过程与所观测到的泉中水流变化过程是不同步的，库水位上升时，一部分水流将填补地层中的孔隙，因此，泉中流速增大过程将有一定的滞后，这个时间幅度依据流入孔隙内的水体体积与进入渗透层的水体体积的比率而定；库水位下降时，储存在孔隙内的水将通过泉排放出来，因而，渗漏流速的减少仍然有一定的滞后，在这两种情况下，当孔隙的体积增加时，这一滞后的时间过程将会增加。11水填补孔隙的速度在图2.2中可清晰地反映出来。水库注水时，可得到反映泉水流动速度变化与库水位上升变

8、化之间函数关系的直线A，由于合适的大气条件，水库注水很快完成，但出渗口的流速及水量继续增加，甚至库水位已达到最大值761.3米时，流量仍在继续增加，从180287L/S到287345L/S，如B线所示。当孔隙全被灌满后，水流渐趋稳定，水库放空时，可获得C线，这一过程也在短时间