水利水能规划课程设计.docx

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1、D课 程 设 计 设计名称 某水库水文分析与水利计算 学年学期 2013-2014学年上学期 课程名称 水利水能规划 专业年级 水工115班 姓名 学号 提交日期 2013.1.5 成绩 指导教师 巨娟丽、康艳 水利与建筑工程学院1 目录第一章 概况1 1.1 流域概况1 1.2 水文概况1第二章 入库径流特征分析32.1 资料的“三性”审查32.2 设计年径流频率分析计算52.3设计代表年径流量的年内分配计算.6 2.4设计年径流成果合理性检验.8第三章 设计洪水分析93.1洪峰流量及不同历时洪量频率计算93.2推求设计洪水过程线11第四章 水库兴利调节计算14 4.1死库容的确定.14 4

2、.2各类需水量计算.14 4.3兴利库容的推求.14 4.4溢洪道堰顶高程确定.14第五章 水库调洪计算.155.1调洪计算原理155.2推求下泄流量过程线155.3 调洪计算成果165.4 特征水位和特征库容的确定175.5 水库坝顶高程的确定17参考文献19附录20 水利水能规划课程设计第一章 概况1.1 流域概况某河是渭河南岸较大的一级支流，发源于秦岭北麓太白山区，流域面积778.7km2，干流全长51.5km，河道比降1/601/70。流域内林木茂盛，植被良好，水流清澈，水质优良。该河干流上有一水文站，控制流域面积686 km2。拟在该河干流上修建一水库，其坝址位于水文站上游1.5公里

3、处，控制流域面积673km2。该水库将承担着下游和渭河的防洪任务，下游的防洪标准为20年一遇洪水，水库设计标准为100年一遇洪水，校核标准为1000年一遇洪水。该水库建成后将承担本地区37万亩的农业用水任务和临近城市的供水任务，农业用水的保证率为75%，城市供水的保证率为95%。1.2 水文概况1.2.1 径流 水文站有实测的19512000年逐月径流资料（见附表1）。1.2.2 洪水水文站有实测的19512000年洪水要素资料，经整理摘录的逐年洪峰流量见表9，同时调查到该水文站在1980和1932年曾经发生过两次大洪水，其洪峰流量（见附表2）。并计算出了不同频率洪量（见附表3）和不同频率设计

4、洪水过程（见附表4）。1.2.3 农业用水根据该灌区的作物组成和灌溉制度，分析计算的灌区不同频率灌溉需水量（见附表5）。1.2.4 城市用水城市供水每年按1.5亿m3计，年内采用均匀供水。1.2.5 水库特性水库库容曲线见图1-1。水库死水位已确定为728.0m，泄洪设施为开敞式无闸溢洪道，堰型为曲线型实用堰，断面为矩形，宽度为30米，。根据本地区气象资料和地质资料，水库月蒸发量和渗漏量分别按当月水库蓄水量的2%和3.5%计。水库在汛期输水洞按其输水能力泄洪，输水洞进口高程为722m，内径为4m，设计流量为70m3/s。图1-1 水库水位容积曲线 坝顶高程计算公式：Z坝Z设h浪，设1Z坝Z校h

5、浪，校2波浪爬高的计算公式为 h浪=3.2KhBtg浪高hB的计算公式为 hB=0.0208V5/4D1/3库区多年平均最大风速V=18m/s，水面吹程D=3 km，大坝浆砌石重力坝，倾斜坝坡，其迎水面坡比tg=1/3，有浆砌石块石护坡（K=0.77）。设计条件下的设计风速取多年平均最大风速的1.5倍，校核条件下的设计风速即为多年平均最大风速。第 1 页第二章 入库径流特征分析2.1 资料的“三性”审查2.1.1资料的可靠性审查 包括资料的可靠性的测验和整编方法的合理性，与应用与上下游断面水量平衡原理检验。已知该水文资料摘录于水文年鉴上，与邻近站资料比较、与其他水文气象要素对比，表现出较高的可

6、靠性。2.1.2 资料的一致性审查 一般认为一个地区的气候变化极其缓慢，相对较稳定，但由于人类活动影响，下垫面条件变化较显著，从而破坏水文资料的一致性，而该河流发源于秦岭北麓太白山区，故认为周围的人类活动少，对资料的一致性影响不大，利用单累积曲线法进行一致性分析，单累积曲线见图2-1，由图可知该年径流系列的一致性较好。 图2-1 单累计曲线 2.1.3 资料的代表性审查 水文站具有50年的逐月径流资料，属长系列。样本对总体的代表性的好坏反映在样本的统计参数与筒体统计参数的接近程度。依据梳理统计原理，当样本容量愈大，则抽样误差愈小。用差积曲线法和Cv过程曲线进行代表性分析，差积曲线见图2-2，C

7、v过程曲线见图2-3。由图2-2可以看出，曲线明显呈现上升，下降及相对平缓的阶段，说明该系列资料中存在丰水年、枯水年和平水年；由图2-3可以看出，曲线后期近似水平波动，且经分析可知，图2-4年径流过程线包括丰水年组，平水年组，枯水年组，所以资料的代表性较好。图2-2 径流量差积曲线图2-3 Cv过程曲线 图2-4 滑动均值过程线 图2-5 年径流过程线 2.2设计年径流频率分析计算2.2.1水利年的划分 根据月径流变化特点，将水文资料由日历年度划分为水利年度，假定每年的4月到来年的3月为一个水利年度。2.2.2年径流频率分析计算年径流频率计算主要采用目估适线法进行曲线参数的确定：图2-4 年径

8、流频率曲线 经过多次配线和调整参数，当Cv=0.37 Cs=2.0Cv时拟合较好。其年径流频率曲线如图2-4。则年径流频率计算成果表如表2-1。表2-1 某水文站年径流频率计算成果表（站址）Q(m3/s) 不同频率的年径流量QP(m3/s)计算采用计算采用20%25%30%50%70%75%80%85%90%148.88 148.88 0.74 0.74 2.00 192.18 181.45 172.15 142.14 115.86 109.00 101.69 93.60 84.07 水文站控制流域面积673km2，该水文站控制流域面积686 km2，可按面积比推算坝址处的径流量。根据公式（2

9、-1）由水文站的年径流量推算坝址的年径流量。 （2-1） 式中：水文站及坝址的年平均径流量； F站、F坝水文站及坝址控制流域面积。2.3设计代表年年径流量的年内分配计算 根据年径流频率曲线按设计保证率查找设计年净流量，按选择典型年的原则： 1）水量接近原则； 2）对工程不利的原则：因为有灌溉要求，所以选择灌溉期比较枯的年份。且采用同倍比法对典型年进行年径流年内分配，确定计算时段为年，根据相近和不利的原则选取不同频率下的代表年。分别选取丰水年1955-1956年、平水年1963-1964年和枯水年1967-1968年三个代表年，即P=25%，P=50%，P=75%的设计保证率下的典型年的年径流量

10、。 利用公式（2-2）计算缩放倍比K进行年径流量的年内分配。 （2-2） 则选择的典型年与年内分配过程见表2-2，最后的坝址的设计枯水年年径流，设计丰水年径流，设计平水年年径流见表2-3： 表2-2 同倍比法P=75%设计枯水年年内分配计算表年份4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月典型年1967-196814.79 29.82 5.31 19.02 2.87 21.77 8.73 0.90 0.12 0.11 0.12 1.95 缩放比1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 设计枯水年Q(m3/s

11、)15.23 30.71 5.47 19.59 2.96 22.42 8.99 0.93 0.12 0.11 0.12 2.01 坝址Q(m3/s)15.04 30.33 5.40 19.34 2.92 22.14 8.88 0.92 0.12 0.11 0.12 1.98 同倍比法P=50%设计平水年年内分配计算表年份4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月典型年1963-196412.24 43.98 3.80 21.96 8.65 39.89 6.35 3.11 0.14 0.08 0.08 0.88 缩放比1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.0

12、1 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 设计平水年Q(m3/s)12.36 44.42 3.84 22.18 8.74 40.29 6.41 3.14 0.14 0.08 0.08 0.89 坝址Q(m3/s)12.21 43.86 3.79 21.90 8.63 39.78 6.33 3.10 0.14 0.08 0.08 0.88 同倍比法P=25%设计丰水年年内分配计算表年份4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月典型年1955-19569.76 10.05 11.32 29.58 16.51 69.26 15.46 7.69 5.19 2.78 2.21 2

13、.67 缩放比0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 设计丰水年Q(m3/s)9.66 9.95 11.21 29.28 16.34 68.57 15.31 7.61 5.14 2.75 2.19 2.64 坝址Q(m3/s)9.54 9.82 11.06 28.91 16.14 67.70 15.11 7.52 5.07 2.72 2.16 2.61 表2-3 某水库部分频率年径流量的年内分配（坝址）频率代表年单位 月 份 4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月全年75%1967- 1968 10

14、8m30.40 0.80 0.14 0.51 0.08 0.58 0.23 0.02 0.00 0.00 0.00 0.05 2.82 m3/s15.04 30.33 5.40 19.34 2.92 22.14 8.88 0.92 0.12 0.11 0.12 1.98 107.30 50%1963- 1964108m30.32 1.15 0.10 0.58 0.23 1.05 0.17 0.08 0.00 0.00 0.00 0.02 3.70 m3/s12.21 43.86 3.79 21.90 8.63 39.78 6.33 3.10 0.14 0.08 0.08 0.88 140.76

15、 25%1955- 1956108m30.25 0.26 0.29 0.76 0.42 1.78 0.40 0.20 0.13 0.07 0.06 0.07 4.69 m3/s9.54 9.82 11.06 28.91 16.14 67.70 15.11 7.52 5.07 2.72 2.16 2.61 178.37 2.4设计年径流成果合理性检验（1）年径流计算所用的资料经过了“三性”审查然后在进行频率分析计算可靠性较高。（2）本设计中频率曲线线型选用皮尔逊三型线，皮尔逊三型线跟我国绝大多数地区理论频率曲线相吻合，是我国水文频率计算中普遍选用的线性，因此线型选用合理。（3）代表年的选择较好，

16、丰、平、枯代表年资料较完整第三章 设计洪水分析 3.1洪峰流量及不同历时洪量频率计算首先进行洪峰流量资料的“三性”审查。将1980年与1890年考虑为特大洪水，按统一处理法进行频率计算，并按不连续系列的统计参数计算公式求得 =448.80；Cv=0.93且年最大洪峰流量频率计算表如下，表3-1表3-1年最大洪峰流量频率计算表序号系列值(m3/s)频率序号系列值(m3/s)频率132000.009283360.509226000.018293360.528315200.037303340.547413800.056313340.566510500.075323100.58569030.09433

17、2920.60378460.112342840.62287570.131352750.64197420.150362690.660105840.169372560.679115560.188382540.698125400.207392510.717134990.226402260.736144660.245412260.755154600.264422210.773164480.282432160.792174250.301442000.811184050.320451710.830193950.339461560.849203870.358471420.868213800.37748140

18、0.887223680.396491360.906233660.415501330.924243580.433511020.943253540.45252740.962263440.47153510.981273370.490则最大洪峰流量的频率曲线绘制如图3-1： 图3-1 洪峰流量频率曲线 并统计不同时段的洪量，并采用目估适线的方法，绘制不同时段的洪量频率曲线，根据洪量频率曲线，查找相应频率下的设计洪量。水文站有实测的19512000年洪水要素资料，经整理计算，由上图不同频率设计洪峰流量与不同历时设计洪量频率曲线，经调整后查不同频率设计洪峰流量与不同历时设计洪量值的成果见表3-2。 表3-

19、2某水库坝址断面处不同频率设计洪峰流量及不同历时设计洪量成果项目不同频率设计值0.10%0.20%0.50%1%2%5%10%Qm（m3/s）3108281924782104201514071160W24h(104m3)111911005086367578647750674031W48h(104m3)15448139591191210516899670735677W72h(104m3)173811575113543119131024781116482W96h(104m3)184521677514458127811102387877069 由表3-2可不同重现期年最大洪峰流量及不同历时洪量值，整

20、编汇总到表3-3表3-3 不同重现期年最大洪峰流量及不同历时洪量值分析成果表不同重现期洪水频率P洪峰流量（m3/s）24h洪量 万m348h洪量 万 m372h洪量 万m396h洪量 万m320年一遇洪水0.050 1407 5067 7073 8111 8787 100年一遇洪水0.010 2104 7578 10516 11913 12781 1000年一遇洪水0.001 3108 11191 15448 17381 18452 3.2推求设计洪水过程线在已经给定的典型洪水过程线，统计出洪峰流量与最大24h洪量值,最大48h洪量值，最大72h洪量值,最大96h的洪量值，并由洪峰流量频率曲线

21、与不同历时的洪量频率曲线，求取不同频率下的洪峰值与不同频率下不同历时的洪量值，运用同频率法求出缩放倍比，逐时段进行缩放，如表3-4。3-4 同频率法设计洪水过程线计算表 典型洪水过程线20年一遇设计洪水过程线100年一遇洪水过程线1000年一遇洪水过程线月日时时间换算 时流量m3/s放大倍比K放大后流量（m3/s)放大倍比K放大后流量（m3/s）放大倍比K放大后流量（m3/s）912.002.0026.30.9725.51 1.40 36.82 2.04 53.65 8.008.0027.90.9727.06 1.40 39.06 2.04 56.92 9.809.80360.9734.92

22、1.40 50.40 2.04 73.44 12.0012.0055.70.9754.03 1.40 77.98 2.04 113.63 13.0513.051010.9797.97 1.40 141.40 2.04 206.04 15.5015.501500.97145.50 1.40 210.00 2.04 306.00 16.5016.501500.97145.50 1.40 210.00 2.04 306.00 17.0017.001450.97140.65 1.40 203.00 2.04 295.80 20.0020.001160.97112.52 1.40 162.40 2.04

23、 236.64 22.0026.0081.30.8669.92 1.26 102.44 1.85 150.41 8.0032.0061.90.8653.23 1.26 77.99 1.85 114.52 14.0038.0055.60.8647.82 1.26 70.06 1.85 102.86 15.0039.0055.60.8647.82 1.26 70.06 1.85 102.86 9218.5042.501100.8694.60 1.26 138.60 1.85 203.50 19.0043.001380.86118.68 1.26 173.88 1.85 255.30 20.0044

24、.001990.86171.14 1.26 250.74 1.85 368.15 22.0046.002540.86218.44 1.26 320.04 1.85 469.90 22.5046.502720.86233.92 1.26 342.72 1.85 503.20 24.0048.002540.86218.44 1.26 320.04 1.85 469.90 30.0048.002540.75190.50 1.10 279.40 1.63 414.02 34.0052.002200.75165.00 1.10 242.00 1.63 358.60 7.0055.002470.75185

25、.25 1.10 271.70 1.63 402.61 8.0056.002500.75187.50 1.10 275.00 1.63 407.50 11.0059.002240.75168.00 1.10 246.40 1.63 365.12 12.0060.002240.75168.00 1.10 246.40 1.63 365.12 15.0063.007200.75540.00 1.10 792.00 1.63 1173.60 16.4064.4010501.491564.50 2.59 2719.50 4.28 4494.00 9316.8064.8010501.491564.50

26、2.59 2719.50 4.28 4494.00 17.0065.009350.75701.25 1.10 1028.50 1.63 1524.05 17.5065.509350.75701.25 1.10 1028.50 1.63 1524.05 20.0068.006280.75471.00 1.10 690.80 1.63 1023.64 24.0072.003600.75270.00 1.10 396.00 1.63 586.80 40.0072.003601.17421.20 1.71 615.60 2.50 900.00 44.0076.002451.17286.65 1.71

27、418.95 2.50 612.50 8.0080.002041.17238.68 1.71 348.84 2.50 510.00 12.5084.501741.17203.58 1.71 297.54 2.50 435.00 24.0096.001061.17124.02 1.71 181.26 2.50 265.00 并根据水量相等的原则，讲求得的不同重现期下的洪水过程线进行修匀，并绘出不同重现期的洪水过程线，如表3-5，图3-6。表3-5 某水库坝址断面处不同频率设计洪水过程线时间（h）流量Q（m3/s）时间（h）流量Q（m3/s）0.1%1%5%0.1%1%5%016.316.316.

28、36013808757581214011489632131144396620190137102643108210414072613396716527671876125332101735668186013238423990.96750721065743487433212221527657045626946591409279804743892355265144229596268208170557314953311051971651285674050233511060606059869756650 图3-6 不同重现期的设计洪水过程线曲线第四章 水库兴利调节计算4.1死库容的确定 由提供的资料可知，

29、水库死水位Z死=728.0m，查水库容积曲线（见图1-1）得相应的死库容为V死=320万m3。4.2各类需水量计算4.2.1农业用水 农业用水的保证率为P=75%，根据分析计算的灌区不同频率灌溉需水量见附表4。4.2.2城市用水 城市供水每年按1.5亿m3计，年内采用均匀供水。4.2.3总水量损失计算 根据本地区气象资料和地质资料，水库月蒸发量和渗漏量分别按当月水库蓄水量的2%和3.5%计。4.3兴利库容的推求 兴利库容的确定主要根据灌溉期的农业用水，故选择75%的设计枯水年年径流年内分配作为来水过程，水库的兴利调节计算见附表6。 根据兴利调节计算分析可得V兴=8148.95万m3，对应的水库

30、正常蓄水位Z蓄=788.50m。4.4溢洪道堰顶高程确定 泄洪设施为开敞式无闸溢洪道，泄洪溢洪道堰顶高程与正常蓄水位齐平，因此堰顶高程确定为788.50m。第 28 页第五章 水库调洪计算5.1调洪计算原理 调洪计算的基本原理为水量平衡原理与动力平衡原理，水量平衡原理表现为水量平衡方程，动力平衡表现为蓄泄方程。泄洪设施为开敞式无闸溢洪道，堰型为曲线型实用堰，断面为矩形，宽度为30米，取溢流坝的堰顶高程为正常蓄水位，利用堰流公式（5-1） （5-1） 式中 : q溢溢洪道的泄流能力，m3/s； M1 流量系数，取为 1.6； B 溢洪道堰顶净宽；m； H 溢洪道堰上水头，m；得出溢洪道下泄流量。

31、 水库在汛期输水洞按其输水能力泄洪，输水洞进口高程为722m，内径为4m，设计流量为70m3/s。 水库水量平衡方程 （5-2） 式中：Q1，Q2分别为计算时段初、末的入库流量（m3/s）； q1，q2分别为计算时段初、末的下泄流量（m3/s）； V1,V2分别为计算时段初、末水库的蓄水量（m3）； t计算时段，其长短的选择，应以能较准确地反映洪水过程线的形状为原则，陡涨陡落的， t取短些；反之，取长些。 水库的总泄流量等于溢洪道下泄流量与输水洞下泄流量之和。5.2推求下泄流量过程线采用列表试算法进行水库调洪计算，具体步骤如下： （1）根据水库容积曲线和水力学蓄泄方程,列出水位容积关系,求出下

32、泄流量与库容的关系曲线q=（V），如表5-1表5-1 水库的蓄泄曲线1、确定起调水位Z=Z蓄=788.50m,推求q-V曲线 ：q堰=M1*B*H(3/2)=48H(3/2) q=q堰+q洞水库q-v关系计算表库水位Z（m）788.50 790.00 792.00 794.00 796.00 798.00 800.00 802.00 堰上水头H（m）0.00 1.50 3.50 5.50 7.50 9.50 11.50 13.50 q堰（m3/s）0.00 88.18 314.30 619.13 985.90 1405.49 1871.92 2380.90 q洞（m3/s）70.00 70.0

33、0 70.00 70.00 70.00 70.00 70.00 70.00 泄洪能力q（m3/s）70.00 158.18 384.30 689.13 1055.90 1475.49 1941.92 2450.90 库容V 万m38468.95 8800.00 9400.00 10000.00 10500.00 11100.00 11800.00 12400.00 （2）推求下泄流量过程线q-t 1) 确定起调水位：因为该水库为无闸溢洪道，所以起调水位定为堰顶 高程788.50m。 2）确定起始条件：Q1，Q2，V1，q1. 3) 先假定一个q2值,代入公式（5-2）,求出V2值。然后按此 V

34、2值利用内插方法在曲线q=f(V)上求出 q2值,将其与假定的q2值相比较。若两值不相等,则重新假定一个q2值，重复上述试算过程，直到两者相等或很接近为止。 4)将多次重复试算的q2,V2 作为下一时段的q1,v1，逐时段试算推求下泄洪水过程线q-t。 （3） Q-t与q-t曲线绘制在同一张图上，如果qm为两线交点，则qm正确；否则缩小时段，重新试算，知道qm为两线交点为止。5.3 调洪计算成果 用列表试算法将第三章所求的不同重现期的设计洪水过程线推求其下泄流量过程线，二十年一遇洪水泄流过程如附表7,百年一遇洪水泄流过程如附表8，千年一遇洪水泄流过程如表9，并绘制不同洪水过程线与其相应的下泄过

35、程线，如附图1，附图2，附图3。5.4 特征水位和特征库容的确定 当入库流量Q和下泄流量q相等时，即可得qm此时 Z，V 均达到最大值，Z 为不同防洪标准下的特征水位，对应的 V 减去堰顶高程库容即为不同防洪标准下的特征库容。 当遇到下游防洪标准的设计洪水时，水库从防洪限制水位起调，坝前达到的最高库水位为防洪高水位，与防洪限制水位间的库容为防洪库容；当发生大坝设计标准洪水时，坝前达到的最高水位称为设计洪水位，它与防洪限制水位间的库容称为拦洪库容；当发生大坝校核标准洪水时，坝前达到的最高水位称为校核水位，它与防洪限制水位之间的库容称为调洪库容，计算成果见表5-2。 表5-2 某水库特征水位及特征库容汇总表特征 水位死水位正常蓄水位防洪高 水位设计洪水位校核洪水位防洪限制水位（m）728.00 788.50795.50797.89800.86788.50特征 库容死库容兴利 库