課程設(shè)計--水庫優(yōu)化運(yùn)行研究

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　梅山水庫及資料概述</b></p><p><b>　　梅山水庫簡介</b></p><p>　　梅山水庫位于淮河支流史河上游的安徽省金寨縣境內(nèi)，東與淠河西源相鄰，西與灌河隔嶺為界，南源于大別山北麓，北距史河入淮口130

2、km。水庫流域南北長約70km，東西寬約40km，流域面積1970km。梅山水庫按500年一遇洪水設(shè)計，5000年一遇洪水校核，設(shè)計洪水位137.66m，校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m，汛限水位125.27m，死水位94.00m，總庫容22.64億m3，興利庫容9.57億m3，調(diào)洪庫容5.0億m3，死庫容1.26億m3，為年調(diào)節(jié)水庫。梅山水庫現(xiàn)有水電站裝機(jī)容量為4萬kW，4臺發(fā)電機(jī)組，單機(jī)最大過水流量29.8m3/s，

3、電站主要結(jié)合灌溉供水或利用泄洪棄水發(fā)電，原則上不單獨(dú)為發(fā)電目的而放水入橫排頭水庫。現(xiàn)狀情況下多年平均發(fā)電量為9925萬kW·h。</p><p>　　梅山水庫是具有防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)與水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用功能的大型水利樞紐工程，是 “十一五”期間由我國自行設(shè)計、自行施工的重點(diǎn)工程之一，也是馳名中外的淠史杭灌區(qū)的主要水源之一。水庫主體工程于1954年3月開始，至1956年4月完工梅山水庫建成50多年來，

4、充分發(fā)揮了巨大的綜合功能，成績斐然。防洪方面，擔(dān)負(fù)著為淮河干流錯峰調(diào)蓄的重要任務(wù)，特別是戰(zhàn)勝了1969年、1991年和2003年的洪水，保證了下游城鎮(zhèn)人民生命財產(chǎn)的安全，為確保淮河安全度汛、減少淮河中游啟用行蓄洪區(qū)作出了突出的貢獻(xiàn)；灌溉方面，作為淠史杭灌區(qū)主要水源，灌溉下游的安徽、河南二省五縣區(qū)383萬農(nóng)田，使其旱澇保收；昔日山水橫溢、易旱易澇的史河流域現(xiàn)已變成了綠水清池、萬頃良田。發(fā)電方面，是皖西電網(wǎng)的重要電源點(diǎn)，對安徽電網(wǎng)的發(fā)展和確

5、保電網(wǎng)安全起著不可替代的作用。各種效益特別是防洪、灌溉和發(fā)電三大效益的正常發(fā)揮，對皖西乃至全省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定起到十分重要的作用。</p><p><b>　　基本資料</b></p><p>　　徑流資料：1969年到2008年的入庫徑流資料，以旬為計算單位，并且按水文年劃分，計算出年總?cè)霂焖亢脱骄霂焖俊?lt;/p><p>　　蓄水

6、量資料：1969年到2008年的各旬需水量，以水文年劃分。水庫水位庫容曲線，并且將庫容作為輸入變量，水位作為輸出變量用C語言編程（只需要116.0到140.8即可），以便快速由庫容查出水位。</p><p>　　水庫逐月耗水率，興利調(diào)節(jié)計算時，由此計算出各個時段的發(fā)電量，以便各個 方案的比較。</p><p>　　水位與下泄流量的關(guān)系，將下泄流量作為輸入變量，通過下泄流量與水位的關(guān)系、水位

7、與庫容的關(guān)系，將庫容作為輸出變量用C語言編程，以便在調(diào)洪計算時應(yīng)用。</p><p>　　第三章 課程設(shè)計的目的任務(wù)及方案</p><p><b>　　1、任務(wù)及目的</b></p><p>　　讓學(xué)生加深對水資源規(guī)劃及利用課程基本理論的理解，更好地掌據(jù)水資源規(guī)劃及利用的基本知識和分析計算方法；培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及運(yùn)算、繪圖和

8、編寫說明書的能力。在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過課程設(shè)計，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解水平和應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：根據(jù)梅山水庫/基本資料為依據(jù)，應(yīng)用水資源規(guī)劃及利用的理論和方法，確定豐、平、枯三個典型年，對水庫進(jìn)行興利計算和調(diào)洪演算，并且對各個方案進(jìn)行比較，確定興利調(diào)節(jié)的發(fā)電量與時間的關(guān)系、調(diào)洪演算中水庫水位與時間的關(guān)系，并且對最大泄流量和最高水位等參數(shù)進(jìn)行分析，以便對水庫的安全進(jìn)行評價。</p&g

9、t;<p><b>　　方案</b></p><p>　　興利調(diào)節(jié)：興利調(diào)節(jié)的三個典型年的三個個方案分別為</p><p>　?、俜桨敢唬赫Ｐ钏唬?28 m，汛限水位：125.27 m。</p><p>　?、诜桨付赫Ｐ钏唬?28 m，汛限水位：124.57 m。</p><p>　?、鄯桨溉赫?/p>

10、常蓄水位：128 m，汛限水位：126.27 m。</p><p>　　此次課程設(shè)計采用方案二、三。</p><p>　　調(diào)洪演算：方案一：汛限水位125.27m，防洪高水位130.2，控泄流量75m³/s </p><p>　　方案二：汛限水位125.27m，防洪高水位131.2，控泄流量74m³/s</p><p>　

11、　方案三：汛限水位125.27m，防洪高水位132.2，控泄流量73m³/s</p><p>　　此次課程設(shè)計采用方案二。</p><p>　　第四章 典型年的選取</p><p>　　入庫徑流資料的整理和典型年的選?。?lt;/p><p>　?、?、對入庫的長系列徑流資料進(jìn)行整理，計算出各年的年入庫總量和各旬的平均入庫水量。，。<

12、/p><p>　　⑵、根據(jù)各水文年的旬均水量制作頻率表，將水量按從大到小的順序排列，其中頻率P= ，選出頻率10%、50%、90%相對應(yīng)的典型年，分別為1987豐水年、1971中水年、2001枯水年。</p><p>　　第五章 興利調(diào)節(jié)及各方案的比較</p><p>　　1、興利調(diào)節(jié)的原理及方法：</p><p>　　水庫的興利調(diào)節(jié)時指利用水

13、庫重新分配天然徑流，以達(dá)到滿足各興利部門用水需要的目的。興利調(diào)節(jié)計算時水利計算的主要組成部分。單一水庫興利調(diào)節(jié)計算的任務(wù)，是在已知河川徑流過程及用水的要求下，對研究時期的各個計算時段內(nèi)水庫的水量供需平衡進(jìn)行計算，求出供水量、水電站出力、蓄水量、棄水量及損失水量等水利水能要素。</p><p>　　時歷法以實測徑流資料為基礎(chǔ)，按歷時順序逐時段進(jìn)行水庫水量蓄泄平衡的徑流調(diào)節(jié)計算，并給出調(diào)節(jié)流量、水庫蓄水量等計算結(jié)果。

14、</p><p>　　2、典型年各個方案的興利調(diào)節(jié)</p><p>　　興利調(diào)節(jié)時不計入水量損失，各方案都從非汛期10月上旬開始以興利庫容開始起調(diào)，根據(jù)入庫流量和需水流量的關(guān)系計算出多余水量或不足水量（多余或不足水量=來水量-需水量，負(fù)數(shù)代表水量不足），在非汛期，水位保持在正常蓄水位和死水位之間，如果超出正常蓄水位，則水庫產(chǎn)生棄水；如果低于死水位，則產(chǎn)生缺水量，不能保證正常供水。非汛期從1

15、0月到5月，在5月下旬，水位必須降低到汛限水位下。汛期從6月到9月，此間水位在汛限水位和死水位之間變動，如果超出汛限水位則產(chǎn)生棄水，如果低于死水位則產(chǎn)生缺水。過渡期為9月，此期間可以使水位上升到正常蓄水位。</p><p>　　出庫總流量=各部門需水量+棄水量，由耗水率表可以查得各個月對應(yīng)的平均耗水率，據(jù)此可以求出旬均發(fā)電量。繪制時間與發(fā)電量的坐標(biāo)圖，為方案的比較做準(zhǔn)備。</p><p>

16、　　典型年的興利調(diào)節(jié)計算及分析比較</p><p>　　用不計水量損失的時歷列表法進(jìn)行興利計算，平均發(fā)電量N=（為月平均耗水率），水庫有4臺發(fā)電機(jī)組，單機(jī)最大過水流量29.8，因此有。</p><p>　　由兩個方案的調(diào)節(jié)計算可以看出在</p><p>　?、僭?0%的枯水年，由于來水較少，在兩個方案中都不會因為安全因素而在非汛期結(jié)束時即5月下旬末產(chǎn)生棄水，因此兩種

17、方案中出力在各個時段是相同的，年發(fā)電量相同；在過渡期產(chǎn)生相同的缺水量，兩種方案一樣。</p><p>　?、谠?0%的中水年中，來水變多，沒有產(chǎn)生缺水，兩個方案的汛限水位不同，在5月下旬末產(chǎn)生不同的棄水，但由于此時的流量都超過，并且都是采用相同的平均水頭和相同耗水率，因此雖然兩個方案中的汛限水位不同，但各個時段的計算出力依然相同。但方案二中棄水較多，此時方案三較好。</p><p>　?、?/p>

18、在10%豐水年中，來水多，產(chǎn)生較多棄水，并且方案二在5月下旬和9月下旬都產(chǎn)生更多棄水，因此在9月末會產(chǎn)生更多的發(fā)電量，最終方案二的發(fā)電量將比方案三的稍多。方案的選定應(yīng)根據(jù)需水和發(fā)電來綜合選定。</p><p>　　各典型年方案計算結(jié)果如下</p><p>　　第六章 調(diào)洪演算及分析比較</p><p>　　1、水庫調(diào)洪計算的原理和方法</p><

19、;p>　　洪水在水庫中行進(jìn)時，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。在求解時常用靜庫容法和動庫容法，此次課程設(shè)計采用靜庫容法。</p><p>　　靜庫容法僅考慮壩前水位水平面以下的庫容對洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)，連續(xù)性方程可以寫成有限差形式的水量平衡方程為</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p&g

20、t;　　為計算時段的平均入庫流量，單位為，為時段的平均下泄流量，單位，為計算時段，以秒為單位，、分別為計算時段初、末水庫的蓄水量，單位為，此式即為水量平衡方程，表明一個時段的入庫水量與下泄水量之差即為該時段的水庫水量的變化。公式中未計及洪水入庫處至泄洪建筑物件的行進(jìn)時間，以及沿程流速變化和動庫容等的影響。</p><p>　　又由和 可以推求出 ②</p><p>　　將①②

21、組成一個方程組，可求出每一時段末的q和V。</p><p><b>　　2．調(diào)洪試算步驟</b></p><p><b>　　采用方案二</b></p><p>　　根據(jù)已知的水庫水位關(guān)系表及下泄流量和水庫水位的關(guān)系表用C語言編寫程序，q作為輸入，Z和V作為輸出，可以確定出下泄流量與水庫容量的V的關(guān)系。</p>

22、<p>　　選取計算時段為3小時，即1080秒。</p><p>　　開始入庫流量較小，下泄流量按照控泄流量下泄，達(dá)到防洪高水位后，決定開始計算的時刻，每一時段中的Q1、Q2、q1、V1均為已知。先假定一個q2值，帶入式①中，求出相應(yīng)的V2值。然后按此q2值通過上面的程序，算出V2值。進(jìn)行若干次上述計算后，直到得出的V2最相近為止。此時的q2即定為該時刻的泄流量。這樣進(jìn)行多次演算，部分試算過程見附頁

23、。</p><p>　　將計算結(jié)果繪制成曲線，如下：分別為入庫流量時間關(guān)系曲線、下泄流量時間關(guān)系曲線、水位時間關(guān)系曲線。</p><p><b>　　Q-t曲線</b></p><p><b>　　q-t曲線</b></p><p><b>　　Z-t曲線</b></p&

24、gt;<p><b>　　3、成果分析及比較</b></p><p>　　通過試算，可以將水位超過防洪高水位的時段通過試算確定下泄流量和時段末的庫容，對于不用試算的時段，由庫容可以用線性內(nèi)插的方法查出水位。通過對三個曲線的分析可知，水庫出現(xiàn)兩個洪峰，相應(yīng)下泄流量也出現(xiàn)兩個峰值，但在時間上遲后于入庫流量；水庫水位上升到防洪高水位后，水庫采用自由泄流的方式，水位先上升超過防洪高水位

25、，但隨著入庫流量的減小，水位隨之下降，隨后基本維持在防洪高水位不變。對于采用防洪高水位為132.2的方案，由于防洪高水位相對較高，因此達(dá)到試算水位的時間較晚，并且再次降回防洪高水位的時間較短（通過與第三組的方案三的結(jié)果做比較）。</p><p>　　引用第三組調(diào)洪演算的方案三的結(jié)果</p><p>　　調(diào)洪演算中用到的C程序：</p><p>　　根據(jù)下泄流量與水位

26、的關(guān)系、水位與庫容的關(guān)系，編寫下列源程序，以便快速由q確定Z和V。</p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{int i,j;</b></p><p>　　float q,w,ku;</p><

27、;p>　　float x[21]={308,507,543,576,603,628,633,638,642,646,666,876,1181,1585,2069,2633,3237,3823,4517,5282,5906}; </p><p>　　float y[21]={100,105,110,115,120,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,

28、137,138,139,140};</p><p>　　float a[249]={73056,73508,73959,74412,74865,75320,75775,76231,76686,77142,</p><p>　　77597,78053,78508,78964,79419,79875,80330,80786,81241,81697,</p><p>　　

29、82152,82608,83063,83519,83974,84430,84885,85341,85796,86253,</p><p>　　86709,87167,87624,88083,88541,89000,89459,89924,90389,90860,</p><p>　　91331,91806,92280,92761,93242,93752,94262,94782,95302,

30、95827,</p><p>　　96352,96877,97402,97928,98453,98979,99504,100030,100555,101081,</p><p>　　101606,102156,102706,103256,103806,104357,104907,105458,106008,106559,</p><p>　　107109,10766

31、0,108210,108761,109311,109871,110431,110992,111552,112113,</p><p>　　112673,113234,113794,114359,114924,115489,116054,116620,117185,117751,</p><p>　　118316,118882,119447,120013,120578,121144,1217

32、09,122275,122840,123406,</p><p>　　123971,124539,125106,125676,126246,126827,127407,128002,128596,129198,</p><p>　　129800,130402,131004,131607,132210,132815,133420,134034,134647,135264,</p>

33、<p>　　135880,136504,137128,137756,138384,139016,139648,140284,140920,141560,</p><p>　　142200,142849,143497,144146,144794,145452,146109,146771,147433,148104,</p><p>　　148775,149452,150128,

34、150808,151487,152170,152852,153538,154223,154912,</p><p>　　155600,156294,156988,157685,158382,159082,159782,160485,161188,161894,</p><p>　　162600,163313,164026,164750,165474,166209,166944,167681

35、,168418,169159,</p><p>　　169900,170641,171382,172123,172864,173605,174346,175087,175828,176569,</p><p>　　177310,178052,178794,179539,180284,181050,181815,182601,183387,184176,</p><p&g

36、t;　　184964,185753,186542,187331,188120,188910,189699,190496,191293,192096,</p><p>　　192898,193701,194503,195306,196108,196920,197732,198549,199366,200186,</p><p>　　201005,201845,202685,203535,20

37、4384,205235,206085,206945,207804,208665,</p><p>　　209526,210389,211251,212115,212979,213845,214710,215577,216444,217313,</p><p>　　218181,219051,219921,220792,221663,222536,223408,224282,225155,2

38、26030,</p><p>　　226904,227780,228656,229534,230412,231292,232172,233055,233938};</p><p>　　float b[249]={116,116.1,116.2,116.3,116.4,116.5,116.6,116.7,116.8,116.9,</p><p>　　117,117.1

39、,117.2,117.3,117.4,117.5,117.6,117.7,117.8,117.9,</p><p>　　118,118.1,118.2,118.3,118.4,118.5,118.6,118.7,118.8,118.9,</p><p>　　119,119.1,119.2,119.3,119.4,119.5,119.6,119.7,119.8,119.9,</p>

40、;<p>　　120,120.1,120.2,120.3,120.4,120.5,120.6,120.7,120.8,120.9,</p><p>　　121,121.1,121.2,121.3,121.4,121.5,121.6,121.7,121.8,121.9,</p><p>　　122,122.1,122.2,122.3,122.4,122.5,122.6,122.

41、7,122.8,122.9,</p><p>　　123,123.1,123.2,123.3,123.4,123.5,123.6,123.7,123.8,123.9,</p><p>　　124,124.1,124.2,124.3,124.4,124.5,124.6,124.7,124.8,124.9,</p><p>　　125,125.1,125.2,125.3

42、,125.4,125.5,125.6,125.7,125.8,125.9,</p><p>　　126,126.1,126.2,126.3,126.4,126.5,126.6,126.7,126.8,126.9,</p><p>　　127,127.1,127.2,127.3,127.4,127.5,127.6,127.7,127.8,127.9,</p><p>

43、　　128,128.1,128.2,128.3,128.4,128.5,128.6,128.7,128.8,128.9,</p><p>　　129,129.1,129.2,129.3,129.4,129.5,129.6,129.7,129.8,129.9,</p><p>　　130,130.1,130.2,130.3,130.4,130.5,130.6,130.7,130.8,130.

44、9,</p><p>　　131,131.1,131.2,131.3,131.4,131.5,131.6,131.7,131.8,131.9,</p><p>　　132,132.1,132.2,132.3,132.4,132.5,132.6,132.7,132.8,132.9,</p><p>　　133,133.1,133.2,133.3,133.4,133.5

45、,133.6,133.7,133.8,133.9,</p><p>　　134,134.1,134.2,134.3,134.4,134.5,134.6,134.7,134.8,134.9,</p><p>　　135,135.1,135.2,135.3,135.4,135.5,135.6,135.7,135.8,135.9,</p><p>　　136,136.1,

46、136.2,136.3,136.4,136.5,136.6,136.7,136.8,136.9,</p><p>　　137,137.1,137.2,137.3,137.4,137.5,137.6,137.7,137.8,137.9,</p><p>　　138,138.1,138.2,138.3,138.4,138.5,138.6,138.7,138.8,138.9,</p>

47、<p>　　139,139.1,139.2,139.3,139.4,139.5,139.6,139.7,139.8,139.9,</p><p>　　140,140.1,140.2,140.3,140.4,140.5,140.6,140.7,140.8};</p><p>　　scanf("%f",&q);</p><p>

48、　　for(i=0;i<20;i++)</p><p>　　if(q<x[i+1]&&q>=x[i])</p><p>　　w=y[i]+(y[i+1]-y[i])*(q-x[i])/(x[i+1]-x[i]);</p><p>　　for(j=0;j<248;j++)</p><p>　　if(w&g

49、t;=b[j]&&w<b[j+1]) </p><p>　　ku=a[j]+(a[j+1]-a[j])*(w-b[j])/0.1;</p><p>　　printf("水位%f 庫容%f\n",w,ku);}</p><p>　　根據(jù)水庫水位與庫容的關(guān)系，用線性內(nèi)插得原理，編寫下列源程序，以便快速由庫容查出水位。</p

50、><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　float shuiwei,ku;</p>

51、<p>　　float a[249]={73056,73508,73959,74412,74865,75320,75775,76231,76686,77142,</p><p>　　77597,78053,78508,78964,79419,79875,80330,80786,81241,81697,</p><p>　　82152,82608,83063,83519,83

52、974,84430,84885,85341,85796,86253,</p><p>　　86709,87167,87624,88083,88541,89000,89459,89924,90389,90860,</p><p>　　91331,91806,92280,92761,93242,93752,94262,94782,95302,95827,</p><p>

53、;　　96352,96877,97402,97928,98453,98979,99504,100030,100555,101081,</p><p>　　101606,102156,102706,103256,103806,104357,104907,105458,106008,106559,</p><p>　　107109,107660,108210,108761,109311,109

54、871,110431,110992,111552,112113,</p><p>　　112673,113234,113794,114359,114924,115489,116054,116620,117185,117751,</p><p>　　118316,118882,119447,120013,120578,121144,121709,122275,122840,123406,&l

55、t;/p><p>　　123971,124539,125106,125676,126246,126827,127407,128002,128596,129198,</p><p>　　129800,130402,131004,131607,132210,132815,133420,134034,134647,135264,</p><p>　　135880,136504

56、,137128,137756,138384,139016,139648,140284,140920,141560,</p><p>　　142200,142849,143497,144146,144794,145452,146109,146771,147433,148104,</p><p>　　148775,149452,150128,150808,151487,152170,15285

57、2,153538,154223,154912,</p><p>　　155600,156294,156988,157685,158382,159082,159782,160485,161188,161894,</p><p>　　162600,163313,164026,164750,165474,166209,166944,167681,168418,169159,</p>

58、<p>　　169900,170641,171382,172123,172864,173605,174346,175087,175828,176569,</p><p>　　177310,178052,178794,179539,180284,181050,181815,182601,183387,184176,</p><p>　　184964,185753,186542,1

59、87331,188120,188910,189699,190496,191293,192096,</p><p>　　192898,193701,194503,195306,196108,196920,197732,198549,199366,200186,</p><p>　　201005,201845,202685,203535,204384,205235,206085,206945,

60、207804,208665,</p><p>　　209526,210389,211251,212115,212979,213845,214710,215577,216444,217313,</p><p>　　218181,219051,219921,220792,221663,222536,223408,224282,225155,226030,</p><p>

61、;　　226904,227780,228656,229534,230412,231292,232172,233055,233938};</p><p>　　scanf("%f",&ku);</p><p>　　for(i=0;i<249;i++)</p><p><b>　　{</b></p>&

62、lt;p>　　if(ku<=a[i]&&ku>a[i-1])</p><p>　　shuiwei=116+0.1*(i-1)+0.1*(ku-a[i-1])/(a[i]-a[i-1]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　printf("%f\n",shuiwei)

63、;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第七章 總結(jié)</b></p><p>　　緊張而忙碌的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這一周里我們學(xué)到了很多東西，體會到了實際操作能力的重要性。</p><p>　　通過此次課程設(shè)計，我們對水庫興利調(diào)節(jié)、調(diào)洪演算的原理、方法和步驟有了深刻

64、的理解，對課本的基礎(chǔ)知識有了更進(jìn)一步的體會，并且增強(qiáng)了團(tuán)隊合作力，不會的應(yīng)虛心請教。在設(shè)計中應(yīng)該有耐心，并且要有吃苦耐勞的精神。加強(qiáng)了對于電腦知識的運(yùn)用和對C語言的學(xué)習(xí)，懂得了通過編程解決實際問題的有效、快速性。</p><p>　　現(xiàn)在的課程設(shè)計只是一份作業(yè)，但它為我們以后走上工作崗位后的實際工作做了一個很好的鋪墊，做什么事情都應(yīng)該有一個非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，不能小看每一個過程、每一個數(shù)字，細(xì)節(jié)決定成敗，做為一個工科