三峡大学水文水利计算课程设计.docx

课程设计说明书姓 名：班级：2013学号：2013学院：水利与环境学院指导老师：2016年1月目录第1章设计任务1第2章设计资料错误!未定义书签。 工程概况错误!未定义书签。计算资料1第3章 设计年径流分析计算2设计年径流计算2设计年内分配的推求5第4章兴利调节7兴利库容7死水位计算8第5章防洪计算8设计洪水计算8水库防洪调节计算20坝顶高程的确定41第6章设计体会41第1章设计任务在流域上拟修建一水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，其任务如下：(1) 求丰水年(P，具体P值见EXCEL表)、平水年(P=50%)、枯水年(1-P%) 3种典型年的年径流量及其年内分配。(2) 不同频率设计洪水及其过程线推求(坝址、水文站、区间三部分)相应的采 用由流量资料推求与推理公式法推求。(3) 兴利调节计算、兴利库容及正常蓄水位的推求。(4) 泄洪建筑物尺寸选择、水库设计洪水调洪计算。(5) 水库死水位、正常蓄水位、坝顶高程的确定。(6) 成果整理与分析。第2章设计资料工程概况拟在湖北省某流域A处修建一水库。水库坝址以上区域为山区或半山区，流域多年平 均降雨1843mm，多年平均径流深1250mm。汛期为5-9月，丰水、枯水期较为明显。降雨 主要集中于5-9月，约占全年降雨量的70%,最大年水面蒸发值为1108mm，库区渗漏损失 按中等地质条件考虑。该水库开发目标以防洪、灌溉为主。水库下游有一城市(防护地区)，人口 42万， 在防护区位置B处有一水文站，拥有该河流的水位及流量资料。水库与防洪区间有2条河 流汇入干流。考虑上游有文物保护，正常蓄水位不能超过448m，根据综合利用要求，死 水位不低于423m。计算资料(1) 坝址1958-1983年共25年逐月平均流量。(2) 上游站年最大洪峰、1日洪量、3日洪量资料统计表。(3) 水文站典型洪水过程。(4) 水库特性曲线。(5) 灌溉用水过程表。表2-1水位一库容曲线Z(m)054104154 2044430435440445450V(万m3)03101003205106016402390330044305800第3章 设计年径流分析计算设计年径流计算水库坝址具有1985-1982年共25年实测逐月平均流量资料，见下表3-1。表3-1坝址历年各月平均流量单位:m3/s年111123456789958195919601961196219631964196519661967196819691970197119721973197419751976197719781979198019811982对实测样本资料系列进行可靠性、一致性和代表性的审查，经初步审查，实测资料可用 于本次设计。将历年各月平均流量转化为水利年逐月平均流量，如下表3-2。表3-2水利年逐月平均流量单位：m3/s15678901112341219581959195919601960196119611962196219631963196419641965196519661966196719671968196819691969197019701971197119721972197319731974197419751975197619761977197719781978197919791980198019811981198219821983此处先计算各水利年年径流量并对其排位，见下表3-1。表3-3年径流量频率计算年份排 位系 列值频 率197319741196119622196219633198119824197519765195819596195919607197019718197617197798196319641019721973111978197912196519661319601961141977197815197419751619681969171964141965186197919801919711972201966196721198019812219691970231967121968243将经验频率P和对应的水文年总来水量作为点据点绘在海森概率格纸上,并采用矩法估 计P-III型曲线分布密度中的未知参数，根据分布参数运用频率计算方法可以求出在这种参 数下Xp-p的关系，从而可以绘制理论频率曲线，并与经验频率点据绘制在同一张概率格纸 上。再进行拟合情况的检查，如果点线拟合得好，所给参数即为适线法的估计结果，如果拟 合效果较差，则需要调整参数，重新绘制理论频率曲线直到点线拟合效果好为止，最终的参数即为适线法估计结果。见下图3-1。洪峰流量频率曲线t. X. T5. jl. Z. 1. .i. 2. .0.：_ :"=*理: : : :,怡¥忙咕!0.5 1 Z 510 2D 3D 40 50 6-0 71 SO B0&5耶盼 &B.5频率笥Q H 1111Q o Q O9 9 S 7o G o Q o Q o Q 9 8 7 S 5 4 3 2 12计忐«1鼠: : :图3-1年径流量频率曲线推求频率为10%，50%，90%的丰，平，枯年份的年径流量，作为三个设计代表年的设计值。求出频率为10%，50%，90%的丰、平、枯年份的年径流量，分别为s、s、s。Ex二,Cv二,Cs二。设计年内的推求在选择枯水代表年时，19691970年和19671968年的年径流量均与设计年径流量相近，按下列原则进行选择：1）选取年径流量接近于设计流量的代表年径流量过程线。2）选取对工程不利的代表年径流过程线。根据以上原则，对枯水年最终选择19691970年作为典型年。同理，确定典型年为19751976、19781979、19691970。然后求出缩放倍比，见 卜表3-4.表3-4设计年径流与典型年径流设计频率设计年平典型年均流量(m3 /s)典型年平均流量(m3 /s)缩放倍比丰水年平水年枯水年196219631978 19791969 1970求出放大倍比为丰水年：，,平水年：，枯水年：。按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配。见下表3-5。表3-5设计年径流量单位：m3/s设计丰水年1962设计平水年1978设计枯水年1969196319791970典型设计典型设计典型设计5678339106681112128364第4章兴利调节兴利计算用设计枯水年的来水量及用水过程进行兴利调节计算，求兴利库容。(参考教材227页) 得表4-1表4-1枯水年兴利计算来水用水余水亏水水库畜弃水量月流量量量兴利流量水量份(m3/s)(m3(m3(m3/s(m3/s) 月(m3/s) 月库容(m3)/s)/s)月)月506833910811121234 合水库月末蓄水量流量最大值为s)月，则兴利库容V兴=X2626560=m3 由表2-1绘制水位库容关系曲线，见下图4-1。图4-1水位一库容关系曲线死水位的确定水库使用年限为50年。V根据下式计算淤积库容: = FST(1+E)/Y淤式中：V淤一淤积库容；F流域面积，km2；S年侵蚀模数,t/(km2* a)；T淤积年限；E一推移质占泥沙悬移质的百分数，%； 丫一泥沙容重，t/m3；灌溉引水洞直径D = 3m，洞下缘离淤积高程，上缘离死水位。由F=354 km2, S=229 t/(km* a), E=%, Y = t/m，求得淤积库容为万m3。查水位库容关 系曲线，内插得淤积高程为。淤积高程加上引水洞直径m、洞下缘离淤积高程、上缘离死水 位得死水位。由已算的死水位查水位库容曲线得死库容，加上兴利库容之后，得总库容，继 续用水位库容关系曲线查的正常蓄水位为。第5章防洪计算设计洪水计算1、洪水资料的分析与处理(1) 洪水资料的选择。选年最大洪峰流量、年最大时段洪峰量作为样本，可得洪峰和 各时段的洪量系列。历年洪峰、1日洪量、3日洪量如表5-1。表5-1水文站洪峰特征统计年份洪峰(m3/s)1日洪量（万m3）3日 洪量资料 统计（万 m3）19587453170647619592942030343619607283600505619618583300444619625341200239619635913360520619644521190-119654402130359619663361430261619673838501686196862615902226196924610602336197024114803146197118310001596197240323103306197351518202526197437112001886197539917502556197641711602936197724511602436197816010302036（2）洪水资料的审查。洪水资料的审查主要包括个方面的内容：可靠性审查、一致性 审查、代表性审查。对样本资料进行三性审查，审查结果理想，样本资料可用。（3）经验频率、统计参数及设计值计算去除需要插补的年份，将洪峰与3日洪量、1日洪量与3日洪量系列建立相关关系。见图 5-1、 5-2。洪 dl!（m3/s）图5-1洪峰-3日洪量相关图3日洪量（万m3）I日洪里（万m3）图5-21日-3日洪量相关图比较可知：1日与3日洪量相关性更好，因此采用1日与3日相关方程插补1964年缺测数据 得1964年3日洪量为万m3。2、经验频率、统计参数及设计值计算（1）按照不连序系列进行洪水频率计算。（2）对于特大洪水要求按照分别处理法和统一处理法分别计算经验频率，并对比两种 方法对适线结果的影响。对洪峰序列采用统一处理法和分别处理法进行经验频率计算,得出经验频率如下表5-2。表5-2洪峰频率计算调查、考证N（n）年份洪峰排位统一分别（m3/s）处理法频处理法频期率率110186917501%193816202%实测2119618581%期19587452%19607283%19686264%19635915%19625346%19735157%19644528%19654409%197641710%197240311%197539912%196738313%197437114%196633615%195929416%196924617%197724518%197024119%197118320%197816021%一些研究也表明，统一处理法公式更具有理论依据。所以，通常倾向于使用同一处理法。统一处理法计算得到的洪峰流量频率曲线如下图5-3逮峰流星频率曲线图5-3统一处理法洪峰适线采用统一处理法，对1日洪量序列进行经验频率计算，得出经验频率见下表5-3。表5-31日洪量频率计算1日洪排位量频率13600%23360%33300%43170%52310%62130%72030%81820%91750%101590%111480%121430%131200%141200%151190%161160%171160%181060%191030%201000%洪峰流量频率曲线4,2004.0003.SDD3.6DD3,4003,2003,0002,8002,002,4002,2002,0001,5001,001.4DD1,2DDG.512510- 2G 3G 40 5G 6G 7G 3G 如 9593 如频率擎）7' -.3BII识值二.E成率.* j田盘站衣.ZIFx =1800b95Cu -B*5j6:!: !: !-:L:?图5-41日洪量频率曲线采用统一处理法，对3日洪量序列进行经验频率计算，得出经验频率见下表5-4。表5-43日洪量频率计算排位3日洪量频率164292515935009443995371963549733898309992889102569112509122479132389142349152289162179172099181989191839201639211549图5-53日洪量频率曲线最终采用统一处理法适线结果计算洪水设计特征值，如下表:表5-5洪水设计特征值计算表1日洪量3日洪量频率洪峰（m3/s）（万 m3）（万 m3）P=5%P=2%P=1%3、设计洪水过程的拟定由设计资料可知下游的城市有人口 42万人，根据教材47页表3-1可知城市属于中等城 市，防洪标准为10050，所以设计频率为1%，2%。对给定的典型洪水流量进行线性插值得出每个小时的流量和时段洪量，推算出各时段放大倍比，见下表5-6。采用同频率放大发对典型洪水过程线倍比放大后流量典型洪水过程进行放大，推求出水文站B的各频率设计洪水。成果见表5-7.表5-6各频率洪峰、洪量、放大倍比典型1日设计 比倍3日典型设计比倍 洪峰设 倍典型计 比53553500681001%17669210742471%5356280091581%096695106表5-7同频率法设计洪水过程线计算表日（时）(m3/s)5%1%=5%=2%=1%11112303571111332479112144658011215606921221674703122171698241221826493622219285047222203091692232134627022322403382月 时刻洪水流量P= P=2 P= P P P23241234567891011121314151617181920421511743907100182759953351147441635930124321620218817315715214522349323351511123333345656768917901180211102311113411124611135722328223330523352723474023486233408534420734521222324123456789101112131415163201305354251237374551158394751080415061032229934594567897801858112180013151792151717731710276519122757112527381327272025203702282236932035367522373652341718192021222324123456789101112636260585655535149484644424139373534322 348623 340853442 073453 203455523457 753 458 974 560102 223 455 671780118121 110351 112 571123 701125921227 151 228 372 23心© o O O 81Xo O o O4 2600400200011 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71T(h)5%的水文站B处洪水过程线2%的水文站B处洪水过程线1%的水文站B处洪水过程线图5-6不同频率下水文站B处设计洪水过程线按（F设/F参）倍数把上游的水文站洪峰流量放大为坝址的设计及校核的洪水 过程线。设参已知：F、=393km2； F参=452km2。设计算得：（F设/F参）二由此推算得坝址设计洪水过程如下:表5-8坝址洪水推求洪水P=2%P=1%流量 (m3/s)P=5%1302935392323137423464453604605870785747186966169162196220726425430634482852743313719309297359402103463334024501140338746852512421405489548135114915936651474371486296715907872105311811610017909089951782779596010761859957669578019533512619694205114915936652147445655061722416400483542233593454164672430128934939125243234282316262163274154842720230638845328188285361421291732613323873015723830235231152230292341321452192783243313720826430834130197250291351231862362753611517522225937108164208242381031561992323999149190221409414218121141891351722004285128163190438012115417944791191511764577117149173467611514617047751131441674873111141164497210913816150701061351575169104132154526710112815053659812514654639612214255629311813856609011513457588811113058568510812659558310512260538010111861517798114624975951106348729110664466988103654467859966426481956741617891683959748769375671837035536879713451647572324861717330455867根据表格中给的经纬度在任务指导书上湖北省1小时,6小时，24小时的暴雨参数Cv和均质等值线图查找对应地点的均值，Cv，Cs。然后在水文统计书上附表查找各频率下对应的离均系数ep,计算得出各时段对应的点雨量，面雨量见下表5-9。表5-9个1同时段点雨量、面雨量计算表离时段均值C点雨点面面雨C均系数(h)H(mm)VSep量(mm)系数 a量(mm)151P690=1%24130151P690=5%24130表 5-10取值表F5521030(km2)以下-200-1000-3000-500tc36118(h)-6-122-18-24n1 = 1 + 0.558LnP 1n 2 = 1 + 0.721LnP 2根据任务指导书上推理公式计算设计洪水中的算例求得区间设计洪水过程如下表5-11表5-11区间设计洪水过程计算表区间设计洪水过程ti/tpQi/QmtiQiQ0Qi总000183183571832401711833548571831040377018339531571218358953998183418126841832867171318318961142183132585718310406281838114571836402861834691822841131817135431811429731811429731857240318572403180018334、洪峰和洪量成果的合理性分析（参考教材35页相关内容）。将各种不同历时洪量频率曲线的纵坐标变换成对应历时的平均流量，然后与洪峰流量的 频率曲线一起点绘在同一张图纸上。各曲线应近于平行，互相协调；一般历时越短，坡度越 大；各曲线在实用范围内（p=%-99%）不应相互交叉。点绘得到的曲线如下图6-6，由图可 见，该设计成果较为合理。一 25003 2000 W一日平均流重三日平均流重俱 15001000 5000204060S0 100120频亳g图5-7合理性分析统计参数或设计值之间的比较分析：a：均值随时间的历时增加而增加 b： Cv-般随时间的增加而减小。c：偏态系数Cs的值，由于观测资料短，计算误差很大。水库防洪调节计算（1）调洪原则对下游设计标准的洪水：从起调水位（防洪限制水位）开始，根据水库下游防洪要求，来多少泄多少，但不超过下游安全流量；通过调洪演算，得防洪高水位、防洪库容和相 应最大下泄流量。对水库设计标准与校核标准洪水：从防洪限制水位开始，先参考上一条。待蓄至防洪高水位后，即打开溢洪道闸门，自由泄流，通过调洪演算，得设计洪水位、拦洪库容和 相应最大下泄流量。方案一：溢洪道的宽度为48m,起调水位为440m，堰顶高程为438m。已知正常蓄水 位为，安全泄量为（溢洪道宽度可拟定50m左右，每孔闸门宽度在6-10m左右，取整数）， 使用水量平衡方程进行下述计算1 1,2（Q + q2） 2（0 + 02）攵-V（6-1）表 5-12调洪演算工作曲线（1）堰顶下泄上游VV/Tq/2水头流量V/At+q/2水位（m）（万(m3（m）(m3/s(m3 /s)m3)/s)/s)4380439144024413442444354446445744684479448104491145012图5-8调洪工作曲线（1）试算法：下游有防洪要求，防洪标准为20年一遇（需推求坝址P=5%设计洪水），安 全泄量为3 /s。防洪高水位的计算采用设计保证率为5%的情况下进行调洪演算，对应其下 泄流量大于其入库时刻的上游水位即为防洪高水位，从而计算得到此时的下泄流 量为756m 3 /s，对应流量水位曲线即可得到防洪高水位为。表格5-13防洪高水位计算表（1）Q(m3 /s)Q均值(m3 /s)下水q(mq泄水量量变化均值（m3 /s)(3 /s)万m3 )万m3 )入 库水量 （ 万m3 ）水库水量V（万m3 ）水位（m）Q(m3 /s)Q均值(m3 /s)入 库水量 （ 万m，）q(m3 /s)q均值(m3 /s)下 泄水量 （ 万m，）水 量变化 （ 万m，）水库水量V(m)Q(m3 /s)Q均值(m3 /s)入 库水量 （ 万m，）q(m3 /s)q均值(m3 /s)下 泄水量 （ 万m，）水 量变化 （ 万m，）水库水量V(m)1200.0laoo.aeoa.o600.04oa.ojoa.o人库/里Q下担流里q水fez442.50-442.00-441.50441.00-44a.50-440 .CO0.0 1'''1''L 439.50