水利水能規(guī)劃課程設計--某水庫水文分析與水利計算

1、<p><b>　　D</b></p><p>　　課 程 設 計</p><p>　　設計名稱 某水庫水文分析與水利計算 </p><p>　　學年學期 2013-2014學年上學期 </p><p>　　課程名稱 水利水能規(guī)劃

2、 </p><p>　　專業(yè)年級 　 </p><p>　　姓　　名 　 </p><p>　　學　　號 </p><p>　　提交日期 　 </p><p>

3、;　　成　　績 　 　 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　水利與建筑工程學院</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概況

4、1</b></p><p>　　1.1 流域概況1</p><p>　　1.2 水文概況1</p><p>　　第二章 入庫徑流特征分析3</p><p>　　2.1 資料的“三性”審查3</p><p>　　2.2 設計年徑流頻率分析計算5</p><p>　　2.3設

5、計代表年徑流量的年內(nèi)分配計算...............................................................6</p><p>　　2.4設計年徑流成果合理性檢驗..........................................................................8</p><p>　　第三章 設計

6、洪水分析9</p><p>　　3.1洪峰流量及不同歷時洪量頻率計算9</p><p>　　3.2推求設計洪水過程線11</p><p>　　第四章 水庫興利調(diào)節(jié)計算14</p><p>　　4.1死庫容的確定...............................................................

7、.................................14</p><p>　　4.2各類需水量計算............................................................................................14 4.3興利庫容的推求...........................................

8、.................................................14 4.4溢洪道堰頂高程確定....................................................................................14第五章 水庫調(diào)洪計算........................................................

9、........................................15</p><p>　　5.1調(diào)洪計算原理15</p><p>　　5.2推求下泄流量過程線15</p><p>　　5.3 調(diào)洪計算成果16</p><p>　　5.4 特征水位和特征庫容的確定17</p><p>　　5.5

10、水庫壩頂高程的確定17</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　概況</b></p><p><b>　　1.1 流域概況</b></p><p

11、>　　某河是渭河南岸較大的一級支流，發(fā)源于秦嶺北麓太白山區(qū)，流域面積778.7km2，干流全長51.5km，河道比降1/60～1/70。流域內(nèi)林木茂盛，植被良好，水流清澈，水質(zhì)優(yōu)良。該河干流上有一水文站，控制流域面積686 km2。</p><p>　　擬在該河干流上修建一水庫，其壩址位于水文站上游1.5公里處，控制流域面積673km2。該水庫將承擔著下游和渭河的防洪任務，下游的防洪標準為20年一遇洪水，水

12、庫設計標準為100年一遇洪水，校核標準為1000年一遇洪水。該水庫建成后將承擔本地區(qū)37萬畝的農(nóng)業(yè)用水任務和臨近城市的供水任務，農(nóng)業(yè)用水的保證率為75%，城市供水的保證率為95%。</p><p><b>　　1.2 水文概況</b></p><p><b>　　1.2.1 徑流</b></p><p>　　水文站有實測

13、的1951～2000年逐月徑流資料（見附表1）。</p><p><b>　　1.2.2 洪水</b></p><p>　　水文站有實測的1951～2000年洪水要素資料，經(jīng)整理摘錄的逐年洪峰流量見表9，同時調(diào)查到該水文站在1980和1932年曾經(jīng)發(fā)生過兩次大洪水，其洪峰流量（見附表2）。并計算出了不同頻率洪量（見附表3）和不同頻率設計洪水過程（見附表4）。</

14、p><p>　　1.2.3 農(nóng)業(yè)用水</p><p>　　根據(jù)該灌區(qū)的作物組成和灌溉制度，分析計算的灌區(qū)不同頻率灌溉需水量（見附表5）。</p><p>　　1.2.4 城市用水</p><p>　　城市供水每年按1.5億m3計，年內(nèi)采用均勻供水。</p><p>　　1.2.5 水庫特性</p><p

15、>　　水庫庫容曲線見圖1-1。水庫死水位已確定為728.0m，泄洪設施為開敞式無閘溢洪道，堰型為曲線型實用堰，斷面為矩形，寬度為30米，。根據(jù)本地區(qū)氣象資料和地質(zhì)資料，水庫月蒸發(fā)量和滲漏量分別按當月水庫蓄水量的2%和3.5%計。</p><p>　　水庫在汛期輸水洞按其輸水能力泄洪，輸水洞進口高程為722m，內(nèi)徑為4m，設計流量為70m3/s。</p><p><b>　　

16、壩頂高程計算公式：</b></p><p>　　Z壩＝Z設＋h浪，設＋△1</p><p>　　Z壩＝Z校＋h浪，校＋△2</p><p>　　波浪爬高的計算公式為 h浪=3.2KhBtgα</p><p>　　浪高hB的計算公式為 hB=0.0208V5/4D1/3</p><p>　　庫區(qū)多

17、年平均最大風速V=18m/s，水面吹程D=3 km，大壩漿砌石重力壩，傾斜壩坡，其迎水面坡比tgα=1/3，有漿砌石塊石護坡（K=0.77）。</p><p>　　設計條件下的設計風速取多年平均最大風速的1.5倍，校核條件下的設計風速即為多年平均最大風速。</p><p><b>　　入庫徑流特征分析</b></p><p>　　2.1 資料的

18、“三性”審查</p><p>　　2.1.1資料的可靠性審查</p><p>　　包括資料的可靠性的測驗和整編方法的合理性，與應用與上下游斷面水量平衡原理檢驗。</p><p>　　已知該水文資料摘錄于《水文年鑒》上，與鄰近站資料比較、與其他水文氣象要素對比，表現(xiàn)出較高的可靠性。</p><p>　　2.1.2 資料的一致性審查</p&

19、gt;<p>　　一般認為一個地區(qū)的氣候變化極其緩慢，相對較穩(wěn)定，但由于人類活動影響，下墊面條件變化較顯著，從而破壞水文資料的一致性，而該河流發(fā)源于秦嶺北麓太白山區(qū)，故認為周圍的人類活動少，對資料的一致性影響不大，利用單累積曲線法進行一致性分析，單累積曲線見圖2-1，由圖可知該年徑流系列的一致性較好。</p><p>　　2.1.3 資料的代表性審查</p><p>　　水文

20、站具有50年的逐月徑流資料，屬長系列。樣本對總體的代表性的好壞反映在樣本的統(tǒng)計參數(shù)與筒體統(tǒng)計參數(shù)的接近程度。依據(jù)梳理統(tǒng)計原理，當樣本容量愈大，則抽樣誤差愈小。用差積曲線法和Cv過程曲線進行代表性分析，差積曲線見圖2-2，Cv過程曲線見圖2-3。由圖2-2可以看出，曲線明顯呈現(xiàn)上升，下降及相對平緩的階段，說明該系列資料中存在豐水年、枯水年和平水年；由圖2-3可以看出，曲線后期近似水平波動，且經(jīng)分析可知，圖2-4年徑流過程線包括豐水年組，平

21、水年組，枯水年組，所以資料的代表性較好。</p><p>　　2.2設計年徑流頻率分析計算</p><p>　　2.2.1水利年的劃分</p><p>　　根據(jù)月徑流變化特點，將水文資料由日歷年度劃分為水利年度，假定每年的4月到來年的3月為一個水利年度。</p><p>　　2.2.2年徑流頻率分析計算</p><p>

22、;　　年徑流頻率計算主要采用目估適線法進行曲線參數(shù)的確定：</p><p>　　經(jīng)過多次配線和調(diào)整參數(shù)，當Cv=0.37 Cs=2.0Cv時擬合較好。其年徑流頻率曲線如圖2-4。</p><p>　　則年徑流頻率計算成果表如表2-1。</p><p>　　水文站控制流域面積673km2，該水文站控制流域面積686 km2，可按面積比推算壩址處的徑流量。根據(jù)公式（2

23、-1）由水文站的年徑流量推算壩址的年徑流量。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：――水文站及壩址的年平均徑流量；</p><p>　　F站、F壩——水文站及壩址控制流域面積。</p><p>　　2.3設計代表年年徑流量的年內(nèi)分配計算</p><p>　　根

24、據(jù)年徑流頻率曲線按設計保證率查找設計年凈流量，按選擇典型年的原則：</p><p><b>　　1）水量接近原則；</b></p><p>　　2）對工程不利的原則：因為有灌溉要求，所以選擇灌溉期比較枯的年份。</p><p>　　且采用同倍比法對典型年進行年徑流年內(nèi)分配，確定計算時段為年，根據(jù)相近和不利的原則選取不同頻率下的代表年。分別選取豐

25、水年1955-1956年、平水年1963-1964年和枯水年1967-1968年三個代表年，即P=25%，P=50%，P=75%的設計保證率下的典型年的年徑流量。</p><p>　　利用公式（2-2）計算縮放倍比K進行年徑流量的年內(nèi)分配。</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　則選擇的典型年與年內(nèi)分配過程見表2-

26、2，最后的壩址的設計枯水年年徑流，設計豐水年徑流，設計平水年年徑流見表2-3：</p><p>　　2.4設計年徑流成果合理性檢驗</p><p>　?。?）年徑流計算所用的資料經(jīng)過了“三性”審查然后在進行頻率分析計算可靠性較高。</p><p>　　（2）本設計中頻率曲線線型選用皮爾遜三型線，皮爾遜三型線跟我國絕大多數(shù)地區(qū)理論頻率曲線相吻合，是我國水文頻率計算中普

27、遍選用的線性，因此線型選用合理。</p><p>　?。?）代表年的選擇較好，豐、平、枯代表年資料較完整</p><p>　　第三章 設計洪水分析</p><p>　　3.1洪峰流量及不同歷時洪量頻率計算</p><p>　　首先進行洪峰流量資料的“三性”審查。將1980年與1890年考慮為特大洪水，按統(tǒng)一處理法進行頻率計算，并按不連續(xù)系列的

28、統(tǒng)計參數(shù)計算公式求得</p><p>　　=448.80；Cv=0.93</p><p>　　且年最大洪峰流量頻率計算表如下，表3-1</p><p>　　則最大洪峰流量的頻率曲線繪制如圖3-1：</p><p>　　并統(tǒng)計不同時段的洪量，并采用目估適線的方法，繪制不同時段的洪量頻率曲線，根據(jù)洪量頻率曲線，查找相應頻率下的設計洪量。</

29、p><p>　　水文站有實測的1951～2000年洪水要素資料，經(jīng)整理計算，由上圖不同頻率設計洪峰流量與不同歷時設計洪量頻率曲線，經(jīng)調(diào)整后查不同頻率設計洪峰流量與不同歷時設計洪量值的成果見表3-2。 </p><p>　　表3-2某水庫壩址斷面處不同頻率設計洪峰流量及不同歷時設計洪量成果</p><p>　　由表3-2可不同重現(xiàn)期年最大洪峰流量及不同歷時洪量值，整編匯總

30、到表3-3</p><p>　　3.2推求設計洪水過程線</p><p>　　在已經(jīng)給定的典型洪水過程線，統(tǒng)計出洪峰流量與最大24h洪量值,最大48h洪量值，最大72h洪量值,最大96h的洪量值，并由洪峰流量頻率曲線與不同歷時的洪量頻率曲線，求取不同頻率下的洪峰值與不同頻率下不同歷時的洪量值，運用同頻率法求出縮放倍比，逐時段進行縮放，如表3-4。</p><p>　

31、　并根據(jù)水量相等的原則，講求得的不同重現(xiàn)期下的洪水過程線進行修勻，并繪出不同重現(xiàn)期的洪水過程線，如表3-5，圖3-6。</p><p>　　表3-5 某水庫壩址斷面處不同頻率設計洪水過程線</p><p>　　第四章 水庫興利調(diào)節(jié)計算</p><p><b>　　4.1死庫容的確定</b></p><p>　　由提

32、供的資料可知，水庫死水位Z死=728.0m，查水庫容積曲線（見圖1-1）得相應的死庫容為V死=320萬m3。</p><p>　　4.2各類需水量計算</p><p><b>　　4.2.1農(nóng)業(yè)用水</b></p><p>　　農(nóng)業(yè)用水的保證率為P=75%，根據(jù)分析計算的灌區(qū)不同頻率灌溉需水量見附表4。</p><p>

33、<b>　　4.2.2城市用水</b></p><p>　　城市供水每年按1.5億m3計，年內(nèi)采用均勻供水。</p><p>　　4.2.3總水量損失計算</p><p>　　根據(jù)本地區(qū)氣象資料和地質(zhì)資料，水庫月蒸發(fā)量和滲漏量分別按當月水庫蓄水量的2%和3.5%計。</p><p>　　4.3興利庫容的推求</p&

34、gt;<p>　　興利庫容的確定主要根據(jù)灌溉期的農(nóng)業(yè)用水，故選擇75%的設計枯水年年徑流年內(nèi)分配作為來水過程，水庫的興利調(diào)節(jié)計算見附表6。</p><p>　　根據(jù)興利調(diào)節(jié)計算分析可得V興=8148.95萬m3，對應的水庫正常蓄水位Z蓄=788.50m。</p><p>　　4.4溢洪道堰頂高程確定</p><p>　　泄洪設施為開敞式無閘溢洪道，泄洪

35、溢洪道堰頂高程與正常蓄水位齊平，因此堰頂高程確定為788.50m。</p><p>　　第五章 水庫調(diào)洪計算</p><p><b>　　5.1調(diào)洪計算原理</b></p><p>　　調(diào)洪計算的基本原理為水量平衡原理與動力平衡原理，水量平衡原理表現(xiàn)為水量平衡方程，動力平衡表現(xiàn)為蓄泄方程。泄洪設施為開敞式無閘溢洪道，堰型為曲線型實用堰，斷面為矩

36、形，寬度為30米，取溢流壩的堰頂高程為正常蓄水位，利用堰流公式（5-1）</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 : q溢——溢洪道的泄流能力，m3/s；</p><p>　　M1 ——流量系數(shù)，取為 1.6； B ——溢洪道堰頂凈寬；m；</p><p>　

37、　H ——溢洪道堰上水頭，m；</p><p>　　得出溢洪道下泄流量。</p><p>　　水庫在汛期輸水洞按其輸水能力泄洪，輸水洞進口高程為722m，內(nèi)徑為4m，設計流量為70m3/s。</p><p><b>　　水庫水量平衡方程</b></p><p><b>　?。?-2）</b><

38、/p><p>　　式中：Q1，Q2——分別為計算時段初、末的入庫流量（m3/s）；</p><p>　　q1，q2——分別為計算時段初、末的下泄流量（m3/s）； V1,V2——分別為計算時段初、末水庫的蓄水量（m3）； ?t——計算時段，其長短的選擇，應以能較準確地反映洪水過程線的形狀為原則，陡漲陡落的， ?t取短些；反之，取長些。 </p&

39、gt;<p>　　水庫的總泄流量等于溢洪道下泄流量與輸水洞下泄流量之和。</p><p>　　5.2推求下泄流量過程線</p><p>　　采用列表試算法進行水庫調(diào)洪計算，具體步驟如下： （1）根據(jù)水庫容積曲線和水力學蓄泄方程,列出水位容積關系,求出下泄流量與庫容的關系曲線q=（V），如表5-1</p><p>　　表5-1 水庫的蓄泄曲線&l

40、t;/p><p>　?。?）推求下泄流量過程線q-t</p><p>　　1) 確定起調(diào)水位：因為該水庫為無閘溢洪道，所以起調(diào)水位定為堰頂 高程788.50m。</p><p>　　2）確定起始條件：Q1，Q2，V1，q1.</p><p>　　3) 先假定一個q2值,代入公式（5-2）,求出V2值。然后按此 V2值利用內(nèi)

41、插方法在曲線q=f(V)上求出 q2’值,將其與假定的q2值相比較。若兩值不相等,則重新假定一個q2值，重復上述試算過程，直到兩者相等或很接近為止。</p><p>　　4)將多次重復試算的q2,V2 作為下一時段的q1,v1，逐時段試算推求下泄洪水過程線q-t。</p><p>　　（3） Q-t與q-t曲線繪制在同一張圖上，如果qm為兩線交點，則qm正確；否則縮小時段，重新試算，知道q

42、m為兩線交點為止。</p><p>　　5.3 調(diào)洪計算成果</p><p>　　用列表試算法將第三章所求的不同重現(xiàn)期的設計洪水過程線推求其下泄流量過程線，二十年一遇洪水泄流過程如附表7,百年一遇洪水泄流過程如附表8，千年一遇洪水泄流過程如表9，并繪制不同洪水過程線與其相應的下泄過程線，如附圖1，附圖2，附圖3。</p><p>　　5.4 特征水位和特征庫容的確定

43、 </p><p>　　當入庫流量Q和下泄流量q相等時，即可得qm此時 Z，V 均達到最大值，Z 為不同防洪標準下的特征水位，對應的 V 減去堰頂高程庫容即為不同防洪標準下的特征庫容。</p><p>　　當遇到下游防洪標準的設計洪水時，水庫從防洪限制水位起調(diào)，壩前達到的最高庫水位為防洪高水位，與防洪限制水位間的庫容為防洪庫容；當發(fā)生大壩設計標準洪水時，壩前達到的最高水位稱為設計洪水位，它

44、與防洪限制水位間的庫容稱為攔洪庫容；當發(fā)生大壩校核標準洪水時，壩前達到的最高水位稱為校核水位，它與防洪限制水位之間的庫容稱為調(diào)洪庫容，計算成果見表5-2。</p><p>　　表5-2 某水庫特征水位及特征庫容匯總表</p><p>　　5.5 水庫壩頂高程的確定</p><p><b>　　壩頂高程計算公式</b></p>

45、<p>　　Z壩＝Z設＋h浪，設＋△1</p><p>　　Z壩＝Z校＋h浪，校＋△2</p><p>　　波浪爬高的計算公式為 h浪=3.2KhBtanα</p><p>　　浪高hB的計算公式為 hB=0.0208</p><p>　　庫區(qū)多年平均最大風速V=18m/s，水面吹程D=3 km，大壩漿砌石重力壩，傾斜

46、壩坡，其迎水面坡比tgα=1/3，有漿砌石塊石護坡（K=0.77）。</p><p>　　設計條件下的設計風速取多年平均最大風速的1.5倍，校核條件下的設計風速即為多年平均最大風速。</p><p>　　不同類型的永久性擋水建筑物安全加高圖表7-1</p><p>　　表7-1 永久性擋水建筑物安全加高（m）</p><p>　　安全超高

47、△按三級漿砌石壩計算</p><p><b>　　設計標準：</b></p><p><b>　　△1=0.4m</b></p><p><b>　　hB=0.0208</b></p><p>　　h浪=3.2KhBtanα=</p><p>　　Z壩＝

48、Z設＋h浪，設＋△1=797.885+1.516+0.4m=799.801m</p><p><b>　　校核標準：</b></p><p><b>　　△2=0.3m</b></p><p><b>　　hB=0.0208</b></p><p>　　h浪=3.2KhBtan

49、α=</p><p>　　Z壩＝Z校＋h浪，校＋△2=800.858+0.914+0.3m=802.072 m</p><p>　　則取堰頂高程為：Z壩=802.072 m</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]中華人民共和國行業(yè)標準.水利工程水利計算規(guī)范 SL104-95. </

50、p><p>　　[2]中華人民共和國行業(yè)標準.小水電水能設計規(guī)程SL76－94</p><p>　　[3]水利部水利水電規(guī)劃設計院，長江流域規(guī)劃辦公室.水利動能設計手冊.水利電力出版社.1988</p><p>　　[4]葉守澤主編.水文水利計算. 水利電力出版社. 1992劉光文.水文分析與計算.水利水電出版社.1989 </p><p>　　

51、[5]葉秉如.水利計算及水資源規(guī)劃.水利電力出版社.1995</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附表1 某水文站歷年逐月平均流量表 單位：m3/s</p><p>　　附表2 某水文站歷年洪峰流量表</p><p>　　附表3某水庫壩址斷面處不同頻率設計洪峰流量及不同