工程水文与水利计算课程设计.doc

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1、摘要本次课程设计主要是兴利、调洪计算，并且推求出不同频率的丰水年保证的灌溉面积。同时，对工程水文与水利计算这门学科知识的复习和巩固，使我们更好的运用其理论知识和基本方法，提高我们综合分析和解决问题的能力，为其他有关课程的学习和将来工作打下良好的基础。提高对Excel的应用。这次课程设计是对M河进行水文水利计算，针对防洪计算，求出P=25%和P=50%的设计年径流、设计面暴雨、设计洪水过程线，然后进行洪水调节并且推求不同频率的最大下泄流量、最高洪水位,并且分析提高汛期水位是否可行。最后，进行兴利调节计算，求出频率为25%求其保证的灌溉面积，即点绘弃水量和灌溉面积的关系曲线，并利用该曲线查出弃水量

2、为零对应的灌溉面积即为保证的灌溉面积。目录设计资料5设计过程8一、设计年径流分析计算8二、30年一遇的设计面暴雨过程计算8三、设计净雨与设计洪水过程线计算9 （一）由产汇流方案推求30年一遇设计洪水过程线9（二）设计净雨计算10 （三）设计洪水过程线计算10四、洪水调节及保坝标准复核12（一）调洪计算12（二）推求最大下泄量、最高洪水位14（三）分析提高汛限水位是否可行17五、兴利调节计算17（一）2015年每月入库径流量计算17（二）逐月蒸发损失深度计算17（三）2015年水平年灌区总和毛灌溉量计算17（四）对于频率P=25%的代表年，保证其灌溉面积的计算 18（五）将P=25%、P=50%

3、各个不同面积所对应的弃水量和兴利库容进行汇总20总结21设计资料一、工程概况M河水库以上流域面积94km2,总库容2322万m3,。防洪为主，结合蓄水灌溉。水库主要建筑物：大坝、溢洪道（无闸门）、放水洞。现状工程数据见表1。工程运行中存在问题（与水文水利计算有关的问题）：（1）现状溢洪道堰面为浆砌石衬砌，已被破坏，不满足设计洪水防冲要求，需新衬砌0.3m厚的混凝土。（2）V死基本淤平，影响V兴。结合该水库除险加固，拟调整有关的特征水位。除险加固拟调整水位特征水位或高程现状/m除险加固后拟调整水位/m堰顶高程130.352130.652死水位122.652124.652正常蓄水位130.3521

4、30.652汛限水位 127.652130.652原设计，放水洞参加泄洪，其泄流能力小，存在安全隐患。本次规划，放水洞不参加泄洪，拟提高Z限，使Z限=Z正。防洪与兴利不结合。二、防洪标准M河水库属于中型规模，等工程，主要建筑物级别为3级.防洪标准仍按现状标准，即水库主要建筑物设计防洪标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。水库下游防洪任务为：30年一遇洪水保下游河道及农田，安全泄量为760m3/s,100年一遇保下游铁路，安全泄量为1100 m3/s.三、除险加固后水库允许最高水位除险加固后，水库仍按现状坝顶高程，核定水库遇100年一遇洪水允许最高洪水位为136.622m,1000年

5、一遇洪水允许最高水位为137.582m。四、兴利标准与水库调节性能水库下游为井灌结合灌区，地面水灌溉保证率按50%考虑。设计基准年为2005年，设计水平年采用2015年。兴利调节采用年调节运用方式。 五、其他资料包括：水库坝址断面处年径流量的统计参数；M河水库不同频率代表年径流量年内分配；M河水库流域特征参数；马河水库30年一遇不同频率设计面雨量成果；水库所在地区3d暴雨时程分配；设计洪水；2015年水平年上游耗水量；灌区2015水平年频率50%的综合毛灌溉定额；水位-面积、水位-容积关系；蒸发、渗漏损失计算有关资料、多年平均器测水面蒸发量月分配比；泄流设施相关资料等。设计过程一、设计年径流分

6、析计算根据所给资料，推求设计频率P=25%、P=50%的设计年径流及其年内分配表1. 设计（P=25%，P=50%）年径流及年内分配频率R（mm）W(万m)P=25%124.761172.744P=50%53.01498.294根据各月径流占年径流百分比可求出各月径流深及径流量R-t、W-t，见表2R25%=(Cv+1)=（0.916mm万同理得：m万表2 M河水库不同频率代表年径流总量频率P=25%R-t(mm)W-t(m3)P=50%R-t(mm)W-t(m3)10.90 1.12 10.554 0.00 0.00 0.000 20.00 0.00 0.000 0.10 0.05 0.49

7、8 31.10 1.37 12.900 0.70 0.37 3.488 40.60 0.75 7.036 2.20 1.17 10.961 53.60 4.49 42.217 0.90 0.48 4.484 615.10 18.84 177.077 18.30 待添加的隐藏文字内容19.70 91.179 729.20 36.43 342.428 22.90 12.14 114.098 842.10 52.52 493.705 41.70 22.10 207.768 93.40 4.24 39.872 10.20 5.41 50.821 102.50 3.12 29.317 2.10 1.11

8、 10.463 111.50 1.87 17.590 0.90 0.48 4.484 120.00 0.00 0.000 0.00 0.00 0.000 二、30年一遇的设计面暴雨过程计算暴雨计算时段取1h、6h、24h、3d，其中长历时24h、3d设计点雨量根据雨量站资料，频率计算求得；1h、6h设计点雨量采用等值线图法求得。各时段雨量乘以相应时段点面折算系数即的设计面雨量。30年一遇不同频率设计面雨量成果见表3表3 马河水库30年一遇设计暴雨成果 单位：mm计算时段1h6h24h3d雨量77187266396根据1h、6h、12h、24h、3d暴雨量资料推求3h、9h、12h、15h、18

9、h、21h时程分配，见表4Hi=Ha(ti/ta)1-nab，Hi=Hb(ti/tb)1-nab，nab=1-lg(Ha/Hb)/lg(ta/tb)，n1 6=0.50479，n6 24=0.74581.根据公式可有1h、6h、12h、24h、3d暴雨量资料推求出3h、9h、12h、15h、18h、21h暴雨量，H9=207.3mm，H12=223.0mm，H15=236.0mm，H18=247.2mm，H21=257.1mm表4 30年一遇暴雨量时段3h9h12h15h18h21h暴雨量（mm）132.7207.3223.0236.0247.2257.1三、设计净雨与设计洪水过程线计算（一）

10、利用M河水库采用的产、汇流方案，推求30年一遇的设计洪水过程线1.产流方案：M河水库位于半湿润半干旱地区，用初损后损法产流计算。该流域有设计的前期影响雨量确定设计条件下初损为85mm，后期平均损失强度=2.5mm/h。汇流方案：采用瞬时单位线法。参数n=1.0,参数经验公式如下： ， 其中 （二）M河流域设计净雨计算（表5）表5 水库所在地区3d暴雨时程分配及设计净雨计算时段（=3h)24h面雨量分配（3日-24小时）面雨量分配率R(mm)初损(mm)后损(mm)设计净雨量设计净雨历时平均雨强(mm/h)10.040 5.2 5.2 20.060 7.8 7.8 30.010 1.3 1.3

11、40.000 0.0 0.0 50.120 15.6 15.6 60.078 10.1 10.1 70.078 10.1 10.1 80.081 10.5 10.5 90.081 10.5 10.5 108.9 8.9 8.9 119.9 9.9 4.9 3.8 1.2 1.521211.2 11.2 7.5 3.7 31313.0 13.0 7.5 5.5 31420.3 20.3 7.5 12.8 31554.3 54.3 7.5 46.8 316132.7 132.7 7.5 125.2 31715.7 15.7 7.5 8.2 3180.090 11.7 7.5 4.2 3190.09

12、0 11.7 7.5 4.2 3200.260 33.8 7.5 26.3 3210.009 1.2 1.2 0.0 0220.003 0.4 0.4 0.0 0230.0 0.0 0.0 0240.0 0.0 0.0 0合计1.000 396.0 85.0 72.9 238.2 28.528.4 （三）河流域设计洪水过程线计算（表）表M河流域设计洪水过程线计算表时段（t=3h）t/KS(t)S(t-t)u(t，t)单位线q(t)(m/s)设计净雨（mm)部分地面径流m/s地面径流Qs (t)（m3/s）基流Q基（m3/s）设计洪水Qp(t)(m3/s)1.2 3.7 5.5 12.8 46.

13、8 125.2 8.2 4.2 4.2 26.3 00.0 00000000000000002211.8 0.835 00.835 72.676 1.2 8.721 8.721 210.721 23.6 0.973 0.835 0.138 12.011 3.7 1.441 26.890 28.331 230.331 35.3 0.995 0.973 0.022 1.897 5.5 0.228 4.444 40.117 44.789 246.789 47.1 10.995 0.005 0.453 12.8 0.054 0.702 6.630 93.025 100.412 2102.412 58.

14、9 110046.8 0.167 1.047 15.374 340.341 356.930 2358.930 610.7 1100125.2 0.250 2.429 56.248 909.685 968.611 2970.611 712.5 11008.2 0.579 8.886 150.343 59.812 219.620 2221.620 814.3 11004.2 2.119 23.750 9.885 30.524 66.278 268.278 916.0 11004.2 5.665 1.562 5.045 30.524 42.795 244.795 1017.8 110026.3 0.

15、372 0.797 5.045 191.138 197.352 2199.352 110.190 0.797 31.589 32.576 234.576 120.190 4.990 5.180 27.180 131.190 1.190 23.190 合计187.037 238.2 10.444 32.204 48.044 111.407 407.594 1089.443 71.631 36.556 36.365 222.727 2066.416 242090.416 1.计算步骤：根据水库流域面积F=94km2,主河道长度17.7km，主河道坡度，流域平均宽度5.7km,流域面积不对称系数0.

16、5Ka=0.5，(B/L)Ka0.25=0.2708，m=F0.65J-0.30I-0.35，K=m/n=1.6842/1=1.6842qi=10F*u(t,t)/3.6t=87.037四、洪水调节及保坝标准复核（一）调洪计算1.为提高计算精度，取计算时段t=1h，用内差法得到结果见表7：表7 设计洪水过程线 时间（h）30年一遇校核时间（h）30年一遇校核02.0003.42321221.620196.06314.8466.27022170.506144.94927.6939.11623119.39293.835310.53913.8332468.27864.364417.12620.420

17、2560.45056.537523.71427.0072652.62348.709630.30133.0482744.79570.555735.79538.5432896.314122.074841.29044.03729147.833173.593946.78456.05530199.352171.8891065.32674.59831144.427116.9641183.86993.1403289.50162.03912102.411145.1643334.57630.01013187.917230.6713425.44420.87814273.424316.1773516.31211.7

18、4615358.930460.877367.1806.51516562.824664.771375.8505.18517766.717868.664384.5203.85518970.611845.779393.1902.99219720.947596.116402.7932.59520471.284346.452412.3972.1984226301.7012.半图解法辅助线计算，结果见表8q溢=已知m=0.32，B=61.7m，则q溢=87.41h，h=Z-130.65，=V-726表8 辅助曲线计算表 t=1h 水位（m）库容V（105m）堰顶以上库容V(105m) V/t（m/s）q(

19、m/s)V/t+q/2 (m/s)130.657260000131790.0 64.0 177.8 18.099 186.83 132980.0 254.0 705.556 137.108 774.110 1331189.0 463.0 1286.111 314.894 1443.558 1341418.0 692.0 1922.222 535.958 2190.201 1351667.0 941.0 2613.889 793.044 3010.411 1361942.0 1216.0 3377.778 1081.668 3918.612 1372217.0 1491.0 4141.667 1

20、398.697 4841.015 137.4282321.0 1595.0 4430.556 1542.466 5201.788 137.4312322.0 1596.0 4433.333 1543.490 5205.078 137.652375.0 1649.0 4580.556 1618.864 5389.987 （二）分别对不同频率的洪水调洪计算推求最大泄洪量、最高洪水位等其中30年一遇设计洪水过程按每隔1h取值，并且不要漏掉洪峰、对每隔1h取一个值的设计洪水过程线响应的洪水总量要进行校核，应等于设计洪水总量，或误差不超过1%，计算结果见表81.根据上表，q绘出，q图像。由各的值求出q。

21、由，Z=h+130.65，计算成果见表9表9 半图解法调洪计算表时间t(h)Q(m3/s)Q(m)V/t+q/2 (m/s)q(m/s)Z(m)02.000 3.423 00130.6514.846 6.270 3.423 0.332 130.674 27.693 9.116 9.361 0.907 130.698 310.539 13.833 17.570 1.702 130.722 417.126 20.420 29.701 2.877 130.753 523.714 27.007 47.243 4.577 130.790 630.301 33.048 69.674 6.750 130.8

22、31 735.795 38.543 95.972 9.298 130.874 841.290 44.037 125.217 12.131 130.918 946.784 56.055 157.123 15.222 130.962 1065.326 74.598 197.956 20.355 131.029 1183.869 93.140 252.199 31.347 131.155 12102.411 145.164 313.993 43.869 131.282 13187.917 230.671 415.288 64.395 131.466 14273.424 316.177 581.563

23、 98.090 131.730 15358.930 460.877 799.650 143.891 132.044 16562.824 664.771 1116.636 228.073 132.545 17766.717 868.664 1553.333 347.396 133.159 18970.611 845.779 2074.601 501.731 133.856 19720.947 596.116 2418.649 607.562 134.292 20471.284 346.452 2407.202 603.974 134.278 21221.620 196.063 2149.680

24、523.960 133.950 22170.506 144.949 1821.783 426.878 133.528 23119.392 93.835 1539.854 343.405 133.140 2468.278 64.364 1290.284 274.189 132.793 2560.450 56.537 1080.459 218.466 132.492 2652.623 48.709 918.530 175.462 132.241 2744.795 70.555 791.776 141.800 132.031 2896.314 122.074 720.531 126.251 131.

25、928 29147.833 173.593 716.353 125.404 131.922 30199.352 171.889 764.541 134.567 131.983 31144.427 116.964 801.864 144.479 132.048 3289.501 62.039 774.349 137.172 132.000 3334.576 30.010 699.215 121.932 131.898 3425.444 20.878 607.294 103.304 131.768 3516.312 11.746 524.868 86.601 131.644 367.180 6.5

26、15 450.013 71.432 131.524 375.850 5.185 385.095 58.277 131.413 384.520 3.855 332.003 47.518 131.316 393.190 2.992 288.340 38.670 131.231 402.793 2.595 252.661 31.440 131.156 412.397 2.198 223.816 25.595 131.091 422.000 200.420 20.854 131.035 2.用式算法推求最大下泄洪量假设下泄流量，由Q-t关系线内差， ，求出t=0.444h，再根据分别推求出V1、V2。

27、试算结果见表10表10 试算法结果汇总q假设610.000 614.497 614.118 614.150 t0.444 0.426 0.428 0.428 V11485.000 1485.000 1485.000 1485.000 V9.070 8.702 8.733 8.730 V21494.070 1493.702 1493.733 1493.730 q2614.497 614.118 614.150 614.147 qm614.147 zm134.318 vm1493.450 3.推求不同频率最大下泄流量及最高洪水位。汇总成果见表11表11 不同频率洪水调洪计算成果汇总表30年一遇10

28、0年一遇1000年一遇qm,3.3%(m/s)Z防1(m)V防1（万）qm,1%(m/m)Z设（Z防2）（m)V设（V防2）（万m)qm,0.1%(m/s)Z校（m)V校（万m)614.147134.4051493.7301048.100135.890135.8901438.000137.1201519.0004.校核洪水总量由t=3h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量是6307.708 （m3/s）由t=1h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量是6303.701（m3/s）由t=3h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量约等于由t=1h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量，在误差允许范围(0.4%1

29、%)之内。（三）根据调洪计算成果，分析提高汛限水位是否可行。 1.对Qp下（t）调洪计算，qm,3.3%=614.147m3/sq安，3.3%=760m3/s； 2.对QP设（t）调洪计算，Z设=135.89mZ允=136.622m； 3.对Qp校（t）调洪计算，Z校=137.12mZ允=137.582m；综上所述，提高汛限水位是可行的。五、兴利调节计算（一）2015年每月入库径流量计算1.已知天然条件下的设计年径流量（详见表2），扣除扣除2015年水平年上游耗水量，求得入库径流量。成果见表12表12 2015年水平年逐月入库径流量计算表 P=25%时间上游耗水量(万m)设计径流深(mm)水库

30、流域面积(km)设计径流量（万m)入库径流量（万m)10.000 1.1 94.000 10.554 10.554 20.000 0.0 94.000 0.000 0.000 30.200 1.4 94.000 12.900 12.700 40.600 0.8 94.000 7.036 6.436 50.400 4.5 94.000 42.217 41.817 610.300 18.8 94.000 177.077 166.777 71.700 36.4 94.000 342.428 340.728 81.600 52.5 94.000 493.705 492.105 91.800 4.2 9

31、4.000 39.872 38.072 101.700 3.1 94.000 29.317 27.617 110.000 1.9 94.000 17.590 17.590 120.000 0.0 94.000 0.000 0.000 （二）逐月蒸发损失深度计算，见表13表13 多年平均器测水面蒸发量月分配月份123456789101112月分配比（%）2.33.26.812.217.914.811.99.98.76.83.42.1蒸发量22.7 31.5 67.0 120.2 176.4 145.9 117.3 97.6 85.7 67.0 33.5 20.7 （三）2015年水平年灌区总和毛

32、灌溉量计算。计算过程成果见表14表14 灌区2015年水平年毛灌溉额 单位：m/hm月份34567891011全年用水频率25%64511256454800064505704110灌溉面积（hm2）1900190019001900190019001900190019001900毛灌溉量(万m3)122.55213.75122.5591.200122.550108.3780.9(四)对于频率P=25%的代表年，保证其灌溉面积的计算：1.M河水库计入损失年调节计算表，见表152.计算方法：（1）首先算不计入损失的兴利库容。根据年来水量和年用水量确定余水量和亏水量，因此求出兴利库容V兴不计。 (2)

33、 根据已给资料点绘V-F的关系曲线（图2）查出月平均面积。（3）考虑蒸发和渗漏的总损失，计算出余水量和亏水量，并确定兴利库容V兴计（4）最后确定弃水量并进行校核。表15 M河水库计入损失年调节计算表 单位：万m年月来水量W来用水量W用余水量亏水量水库蓄水量V月平均蓄水量V月平均水面面积F（km)水库水量损失考虑损失后的用水量MW来-M水库蓄水量弃水量蒸发渗漏总损失W总余水量亏水量深度(mm)W蒸标准W渗68.00 68.00 6166.78 91.20 75.58 143.58 105.79 0.71 145.85 10.34 0.02 2.12 12.46 103.66 63.12 131.

34、12 7340.73 0.00 340.73 484.31 313.94 1.21 117.27 14.17 0.02 6.28 20.45 20.45 320.28 451.40 8492.11 0.00 492.11 602.91 543.61 1.50 97.56 14.59 0.02 10.87 25.46 25.46 466.65 750.36 167.68 938.07 122.55 84.48 518.44 560.68 1.51 85.74 12.98 0.02 11.21 24.19 146.74 108.67 641.69 1027.62 0.00 27.62 546.05 532.24 1.48 67.01 9.93 0.02 10.64 20.58 20.58 7.04 648.73 1117.59 108.30