水庫課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　**廟水庫水庫位于湖北省遠(yuǎn)安縣黃柏河?xùn)|支的**廟村，大把以上流域面積553.6km2，河長58.2km，河道比降10.6‰，總庫容6367萬m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、攔沙、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。**廟水庫于1974年冬開工建設(shè)，1978年建設(shè)成，已運(yùn)行近30年。1975年技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，水文系列年限僅20年，系

2、列太短，也缺乏大洪水的資料。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，是在延長基本資料的基礎(chǔ)上，按現(xiàn)行規(guī)范要求對水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核，其具體任務(wù)是：</p><p><b>　　選擇水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)。</b></p><p>　　歷史洪水調(diào)查分析及洪量插補(bǔ)。</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的計(jì)算。</p><p><b>　　

3、調(diào)洪計(jì)算。</b></p><p><b>　　壩頂高程復(fù)核。</b></p><p>　　流域自然地理概況，流域水文氣象特性。</p><p><b>　　流域及工程概況</b></p><p>　　宜昌市**廟水庫位于長江北岸支流黃柏河?xùn)|支中上游的遠(yuǎn)安縣荷花鎮(zhèn)境內(nèi)，是黃柏河梯級開發(fā)的

4、骨干工程之一，距宜昌市城區(qū)80km。工程由原宜昌地區(qū)水利電力局設(shè)計(jì)，原宜昌地區(qū)黃柏河水利電力工程指揮部組織施工，參加施工的單位有原宜昌地區(qū)水利水電工程團(tuán)、枝江、當(dāng)陽、宜昌三縣民兵團(tuán)。1974年12月動(dòng)工興建，1978年元月投入運(yùn)行。</p><p>　　該工程以為宜東灌區(qū)150萬畝農(nóng)田提供灌溉用水為主，兼有發(fā)電、防洪、攔沙、養(yǎng)殖等綜合效益。水庫大壩由砌石雙曲溢流拱壩和左岸溢流重力壩組成，拱壩設(shè)4孔溢洪道，左岸設(shè)2

5、孔溢洪道。壩頂高程410.30m，防浪墻頂部高程411.30m，拱壩壩頂中心角91.5°，平均半徑105.5m，壩頂寬4.2m，底寬20m，壩頂全長232m，最大壩高63.3m。壩址以上控制流域面積553.6km2。設(shè)計(jì)正常蓄水位409.00m,相應(yīng)庫容6045萬m3，校核洪水位409.51m，總庫容6180萬m3，屬中型水庫。建庫以來，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s, 多年平均徑流量2.69m3/s

6、。</p><p>　　泄洪采用左岸溢流重力壩表孔泄洪與拱壩表孔泄洪相結(jié)合，以左岸溢流重力壩表孔泄洪為主的泄洪方式。左岸設(shè)有13×11.5m泄洪閘2孔，堰頂高程398.00m，最大單寬流量87m3/s；拱壩頂設(shè)有8×7.4m泄洪閘4孔，堰頂高程402.4m，最大單寬流量44m3/s。消能方式均為差動(dòng)鼻坎挑流消能。灌溉及放空底孔設(shè)于右岸緊靠溢流壩段的非溢流壩段內(nèi)，孔徑φ1.0m，沿徑向布置，管軸

7、線與拱壩對稱軸呈20°夾角，進(jìn)口中心高程361.78m，出口設(shè)蝶閥啟閉。壩內(nèi)設(shè)有帷幕灌漿及排水廊道，為2×3m城門洞型斷面，河床段廊道底部高程為357.00m。</p><p>　　水庫下游建有兩級小水電站，總裝機(jī)6040kw，一級電站布置在左岸溢流重力壩與拱壩溢流段所夾的三角地帶，設(shè)計(jì)水頭為44.9m,設(shè)計(jì)流量為10.9m3/s,裝機(jī)3×1250kw，尾水高程359.00m，壩下游

8、水位356.00m，發(fā)電尾水經(jīng)長達(dá)5km的渠道引向二級電站；二級站設(shè)計(jì)水頭為27.7m，設(shè)計(jì)流量為10.0m3/s，裝機(jī)3×630+1×400kw。設(shè)計(jì)兩站年發(fā)量為3200萬度,實(shí)際多年平均發(fā)電量為2200萬度。</p><p>　　大壩建成以后，由于歷史原因，水庫長期帶病運(yùn)行，曾先后進(jìn)行過兩次除險(xiǎn)加固。第一次是1986年，主要是導(dǎo)滲和帷幕灌漿處理；第二次是1994年，主要是左岸加重和導(dǎo)滲處理

9、。至今，該水庫仍有多處病險(xiǎn)未除，存在的主要問題是：1、砌石壩防滲體施工質(zhì)量差，大壩漏水嚴(yán)重；2、壩體、溢洪道的表面、深層、貫穿性裂縫比較突出，影響大壩整體安全。3、大壩清基不徹底，壩肩及壩基滲漏；4、溢洪道閘門、啟閉設(shè)施存在缺陷和安全隱患；5、灌溉兼放空底孔閘閥不能正常運(yùn)用；6、水雨情觀測和大壩安全監(jiān)測設(shè)施落后；7、防汛道路不能滿足搶險(xiǎn)要求。2004年元月，省水利廳組織專家對水庫進(jìn)行安全鑒定，確認(rèn)為三類病險(xiǎn)水庫。2004年底，被列入全國

10、病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固二期工程規(guī)劃。2005年3月至6月，進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘測，同時(shí)開展水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)工作。目前該除險(xiǎn)加固工程初設(shè)報(bào)告已通過復(fù)核同意。</p><p><b>　　水文氣象資料</b></p><p>　　氣象特征。**廟流域位地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季低溫少雨，秋溫高于春溫，春雨多于秋雨，氣溫年內(nèi)變化較大，無霜期長。多年平均氣溫16.

11、8℃，歷年最高氣溫達(dá)40℃，最低氣溫-12℃，平均風(fēng)速1.2m/s,多年平均最大風(fēng)速15.5m/s，風(fēng)向多為NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨頻繁，洪水多發(fā)，4~10月為汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的19.5%。月降雨量最少是12月，僅占全年的1.3%。</p><p>　　水文測站。黃柏河干流上1958年設(shè)立池灣河水文站，1971年設(shè)立小溪塔水文站，196

12、1年在東支設(shè)立分鄉(xiāng)水文站。天**廟水庫建成后，先后開展了降雨、水位、泄流觀測，有比較完整的運(yùn)行資料。分鄉(xiāng)水文站是重要的參證站，控制流域面積1083.0km2。</p><p>　　分鄉(xiāng)站歷史洪水。根據(jù)1982年省雨洪辦對宜昌市歷史洪水調(diào)查成果的審定結(jié)果，分鄉(xiāng)站洪水的排位為1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，資料可靠，可直接采用。經(jīng)審定認(rèn)為，分鄉(xiāng)站1935年洪水1826年以來的第1位，重現(xiàn)期

13、為176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，分別確定為1826年以來的地2~4位，1958年洪水為1826年以來的地5位。分鄉(xiāng)站歷史洪水成果見表KSI—1。</p><p>　　分鄉(xiāng)站歷史洪水成果(KSI—1)</p><p><b>　　防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇:</b></p><p>　　根據(jù)國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—94）和

14、部頒《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）等的有關(guān)規(guī)定，選擇水庫防洪復(fù)核的防洪標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　水利水電樞紐工程的等級(表3.1)</p><p>　　水工建筑物的級別(表3.2)</p><p>　　水庫工程建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)(表3.3)</p><p>　　根據(jù)水庫的庫容V=6367萬m3=0.6367 

15、5;108m3,查表（3.1）可知此類建筑物的工程等級為三級，且此水庫建于低山-丘陵區(qū)，大壩為漿砌石雙曲拱壩，查表（3.3）由此可知其防洪標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計(jì)T=50年 </p><p><b>　　校核T=500年</b></p><p>　　峰、量選樣及歷史洪水調(diào)查：</p><p>　　**廟水庫洪峰、洪量系列（表KS1-2）</p&

16、gt;<p>　　注:①**廟水庫壩址1959—1977年峰、量系列根據(jù)分鄉(xiāng)站資料換算得到，洪峰按面積比指數(shù)的2/3次方換算，洪量按面積的一次方換算:</p><p>　　==（553.6/1083.0）</p><p>　　=0.63931 …………………………(4-1)</p><p>　　==0.51117…………(4-2)</p>

17、<p>　　==0.51117………(4-3)</p><p>　?、?*廟壩址1978—2001峰、量系列直接采用**廟入庫洪水系列計(jì)算。③分析分鄉(xiāng)站歷史洪水，并按公式(4-1)、（4-2）、（4-3）換算至**廟水庫壩址，并填入表4.1中（現(xiàn)以1984年分鄉(xiāng)站歷史洪水為例）：</p><p>　　由（4-1）可得，= =0.63931×4680=2992m3/

18、</p><p>　　根據(jù)**廟水庫1978—2001年峰、量關(guān)系建立峰、量相關(guān)關(guān)系： </p><p>　　W1=0.0002042*Qm+0.07096……………(4-4)</p><p>　　W3=0.0002983*Qm+0.1341……………(4-5)</p><p>　　4.2根據(jù)以上峰、量關(guān)系計(jì)算歷史洪水的1d、3d洪量：<

19、;/p><p>　　1935年：由Qm=4680 m3/s</p><p>　　W1=0.0002042*Qm+0.07096=1.0266×108m3</p><p>　　W3= 0.0002983*Qm+0.1341=1.5301×108m3 </p><p>　　再根據(jù)分鄉(xiāng)站與**廟的換算公式，（4—1）、（4-2

20、）、（4—3）換算至**廟，</p><p><b>　　==0.51117</b></p><p>　　=0.51117×1.0266×108=0.5248×108m3</p><p><b>　　==0.51117</b></p><p>　　=0.51117

21、15;1.5301×108=0.7821×108m3</p><p>　　又由于1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，且為1826年以來的地2~4位，故設(shè)</p><p>　　=2385 m3/s ，= 0.5550×108m3 ，=0.8580×108m3</p><p>　　=2380 m3/s ，=0.557

22、0 ×108m3 ，=0.8598×108m3</p><p>　　分鄉(xiāng)站與**廟峰、量換算（表4.1）</p><p>　　五、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算1、對**廟壩址峰量1d、3d系列進(jìn)行頻率計(jì)算，推求出各種設(shè)計(jì)頻率的實(shí)際峰量及1d、3d的設(shè)計(jì)洪量</p><p>　　由統(tǒng)一樣本法, （%），分別計(jì)算洪峰Qm,W1,W3的頻率（如下表5.1）：<

23、/p><p>　　考證期至今：N=2001-1826+1=176</p><p>　　實(shí)測洪水系列：n=44</p><p>　　N年中的特大洪水：a=5</p><p>　　N年中的特大洪水：l=2</p><p><b>　　表5.1</b></p><p><b&g

24、t;　　根據(jù)基本公式：</b></p><p><b>　　分別求得</b></p><p>　　=510.5m³/s </p><p><b>　　= 0.79</b></p><p>　　由, Cv=0.79, 分別取進(jìn)行配線</p

25、><p><b>　　表5.2</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　0.5915</b></p><p><b>　　表5.3</b></p><p><b>　　表5.4</b&

26、gt;</p><p>　　由上述得=510.5m3/s； Cv=0.79； Cs=2.5 Cv=2.0；</p><p>　　計(jì)算洪峰：Q2%= ×（Cv×φ2%+1）=510.5 ×（0.79×2.91+1）=1684.09 m3/s</p><p>　　Q0.2%=×（Cv×φ0.2%+1）

27、=510.5 ×（0.79×5.22+1）%=2615.70m3/s </p><p>　　計(jì)算1d洪量：由上述得=0.1677×108m3 Cv=0.59 Cs=2.5 Cv=1.5</p><p>　　W2%=0.1677×108×（0.59×2.74+1）=0.4388×108m3</p>

28、<p>　　W0.2%=0.1677×108×（0.59×4.68+1）=0.6308×108m3</p><p>　　計(jì)算3 d洪量：由上述可得=0.2721×108m3 Cv=0.59 Cs=2.5 Cv=1.5</p><p>　　W2%=0.2721×108×(0.59×2.7

29、4+1)=0.7120×108m3 </p><p>　　W0.2%=0.2721×108×(0.59×4.68+1)=1.0234×108m3</p><p>　　2，頻率計(jì)算成果合理性分析：</p><p>　　在洪水峰、量頻率計(jì)算中，不可避免地存在各種誤差，為了防止因各種原因帶來的差錯(cuò)，必須對計(jì)算成果

30、進(jìn)行合理性分析，以便盡可能提高精度。通過數(shù)據(jù)計(jì)算和做出的頻率曲線分析可以看出，頻率計(jì)算成果滿足精度要求，基本符合設(shè)計(jì)要求：</p><p>　?。?）通過對本站洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時(shí)間變化的分析和從洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨地區(qū)的變化規(guī)律的分析，以及從形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相應(yīng)的合理結(jié)論。</p><p>　?。?）將各種統(tǒng)計(jì)時(shí)段洪量的頻率曲線點(diǎn)繪制在一張圖上，在適用范圍內(nèi)不能

31、相交。因?yàn)槿绻嘟唬筒荒鼙ＷC同一頻率下長時(shí)段的洪量大于短時(shí)段的洪量。3，選擇典型洪水過程線：</p><p>　　根據(jù)典型洪水過程線的選擇原則，特選定**廟水庫19884年7月26-28日的流量作為典型洪水過程線分析 </p><p>　　典型洪水過程線（1984.7.26—28） (表KS1-3)</p><p>　　4、按同頻率放大法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線

32、，并按選擇時(shí)段Δt=1h繪制洪水過程線</p><p>　　在表KS1—3中運(yùn)用，由公式，分別算出典型Qm=2389m3/s, </p><p>　　W1d=（96.6/2+572.0+1085.0+1345.0+……+138.0+121.0+103.9/2）=0.7158×108m3，</p><p>　　W3d=(96.6/2+572.2+……+11.

33、8+11.0+10.6/2)=0.7779×108m3，</p><p><b>　　表5.5</b></p><p><b>　?、儆?jì)算放大倍比:</b></p><p>　?、诜糯罅髁浚ㄏ卤?.6） </p><p>　　③繪制△t=1h洪水過程線（圖5.1）：</p&g

34、t;<p><b>　　圖5.1</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算</b></p><p>　　推求庫容曲線Z~V和蓄泄曲線q~V</p><p>　　**廟水庫為有閘溢洪道，調(diào)洪時(shí)段Δt=1h，進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，并繪制入庫和下泄流量過程線圖。調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水位409m，在此水位下，左岸

35、溢洪道2孔、壩頂溢洪道4孔全開的泄流量為2940m3/s。當(dāng)入庫洪水流量小于此流量時(shí)，通過開啟溢洪道閘門數(shù)，使泄流量等于來水流量，保持設(shè)計(jì)蓄水位409m不變。當(dāng)入庫洪水流量大一2940 m3/s時(shí)，6孔閘門全開泄洪，庫水位開始上漲，直至達(dá)到最高洪水位，然后再回落至設(shè)計(jì)蓄水位409m。</p><p>　　**廟水庫庫容曲線和泄洪建筑物泄流曲線</p><p>　　**廟水庫庫容曲線根據(jù)原庫

36、區(qū)1：2000地形圖進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，與《湖北省中型水庫調(diào)度規(guī)定》刊布成果一致。左岸溢洪道堰頂高程398.0m，2孔，每孔凈寬13.0m，為弧形閘門控制。壩頂溢洪道堰頂高程402.4m，4孔，每孔凈寬8.0m，亦為弧形閘門控制。兩溢洪道堰型均為WES標(biāo)準(zhǔn)型剖面實(shí)用堰，流量計(jì)算公式為</p><p>　　Q=δcmnb3/2</p><p>　　**廟水庫庫容曲線和泄洪建筑物泄流曲線 （表KS

37、1—4）</p><p>　　由表（KS1—4）的數(shù)據(jù)，可求得庫容曲線Z~V和蓄泄曲線q~V繪于下圖中，并求得各自的相關(guān)關(guān)系，也標(biāo)注于圖中。</p><p><b>　　圖6.1</b></p><p>　　2，確定調(diào)洪的起始條件</p><p>　　溢洪道屬于閘門控制，調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水Z=409m,相應(yīng)的庫容V=

38、6032萬m3，q=0，允許的最大泄流量q允=2940m3/s，Q1=0，Q2=610.7 m3/s</p><p>　　3，推求下泄流量過程線q~t</p><p>　　由于設(shè)計(jì)洪水量Q小于允許的最大泄流量q允,因此各時(shí)段下泄流量q就等于來水量，再代入公式=( +)△t—(+) △t＋ 計(jì)算出各時(shí)段相應(yīng)Vi，再由V~Z的相關(guān)關(guān)系：Zi= 0.004Vi + 383.9 計(jì)算出對應(yīng)的水位Z

39、，填入下表（表6.1）中,并繪制下泄流量過程線q～t(圖6.2)</p><p>　　調(diào)洪計(jì)算 （表6.1）</p><p><b>　　圖6.2</b></p><p>　　七、壩頂高程復(fù)核計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL282—2003），壩頂高程應(yīng)不低于校核洪水位，壩頂上游側(cè)放浪墻頂高程與

40、設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差Δh按下式計(jì)算 Δh= hb+ hz+ hc</p><p>　　式中 hb—波高，m；</p><p>　　hz—波浪中心線超出靜水位的風(fēng)壅高度，m；</p><p>　　hc—安全超高，根據(jù)建筑物等級選取表（表7.1）</p><p>　　波高： </p><p>

41、;　　波長： </p><p>　　風(fēng)壅高度： </p><p>　　式中 V—計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)工況采用1.5倍的多年平均最大風(fēng)速，校核工況，采用多年平均最大風(fēng)速；</p><p><b>　　H—壩前水深，m；</b></p><p><b>　　g—重力加速度；</

42、b></p><p>　　D—庫區(qū)長度，即吹成，m。</p><p>　　由流域自然地理概況，流域水文氣象特性可知</p><p>　　D=1000m g=9.81m/s2 H=348m V=15.5m/s</p><p><b>　　則：</b></p><p&g

43、t;<b>　　hb=0.805</b></p><p><b>　　hz=6.067</b></p><p><b>　　hc=0.34</b></p><p>　　根據(jù)凝土拱壩安全超高h(yuǎn)c表可知 :hc=0.4</p><p>　　則 </p>

44、<p>　　Δh= hb+ hz+ hc=0.805+0.34+0.4=1.505m</p><p>　　根據(jù)調(diào)洪計(jì)算表(6.1)知最大洪水位為409.6m</p><p>　　則409.6+Δh=411.1m<防浪墻頂高程411.3m </p><p>　　故復(fù)核水庫高程安全.</p><p><b>　　八、

45、結(jié)論與建議</b></p><p>　　第一次課程設(shè)計(jì),本以為會(huì)無從下手,但在仔細(xì)查閱課設(shè)的說明和要求后,發(fā)現(xiàn)跟著書中課設(shè)的設(shè)計(jì)步驟,并結(jié)合第七章—由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水和第十三章—水庫防洪計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，一切就水到渠成了。由于在處理**廟的洪峰和洪量系列時(shí)，有特大洪水存在，為更加精確，選擇了統(tǒng)一樣本法，但在5年特大洪水系列中有2年的特大洪水?dāng)?shù)據(jù)缺失且不能定量，雖不影響參數(shù)的頻率計(jì)算，但在計(jì)算均值和C

46、v卻不能略去所缺失2年的洪水系列（否則就不滿足統(tǒng)一樣本法計(jì)算公式的那兩個(gè)假設(shè)：① ；② ，在N—n的缺測年份內(nèi)，通過洪水調(diào)查，確實(shí)沒有漏掉特大洪水，公式成立）。因此在計(jì)算均值和Cv時(shí)，根據(jù)1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，以及歷史洪水洪峰、量的相關(guān)關(guān)系，假設(shè)了1826和1930年峰、量值，由于非實(shí)測值，因此不可避免的出現(xiàn)了較大的誤差，影響了后期的各項(xiàng)計(jì)算（①在設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算中，1d洪水的放大倍比小于1，相應(yīng)的放大的流量也比

47、較小，并影響了調(diào)洪計(jì)算中，下泄流量q的推求——由于放大流量小，其最大的來水量都小于水庫允許的下泄流量q允,因而就不必采用試算法，下泄流量q直接等于來水量，如果計(jì)算出來的設(shè)計(jì)洪水過程相應(yīng)的來水量，比</p><p>　　通過此次水文課程設(shè)計(jì)，讓我真實(shí)的感受了將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中那種過程，并加深了對此門課程的理解以及更加熟練的掌握了在處理水文問題中所運(yùn)用的各類軟件。但由于缺乏指導(dǎo)，在一些問題上，總感覺有點(diǎn)問題，就是