工程水文及水利计算课程设计水库防洪复核计算.docx

工程水文及水利计算课程设计题 目： 天福庙水库防洪复核计算 目录1. 设计任务2. 流域自然地理概况，流域水文气象特征3. 防洪标准选择4. 峰、量选样及历史洪水调查5. 设计洪水计算6. 设计洪水调洪计算7. 坝顶高程复核计算一、设计任务天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6，总库容6367万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，已运行近30年。1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务，是在延长基本资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核，其具体任务是：1 . 选择水库防洪标准。2 . 历史洪水调查分析及洪量插补。3 . 设计洪水和校核洪水的计算。4 . 调洪计算。5 . 坝顶高程复核。二、流域自然地理概况，流域水文气象特征天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6，总库容6367万m2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库位置及水系见图KS1-1。图KS1-1 黄柏河流域及天福庙水库位置图天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。水库死水位378m，死库容714万m3，正常蓄水位409m，相应库容6032万m3。设计洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。水文气象资料1.气象特征。天福庙流域地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季低温少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变化较大，无霜期长。多年平均气温16.8，历年最高气温达40，最低气温-12，平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s，风向多为NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，4-10月为汛期，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，仅占全年的1.3%。2.水文测站。黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站，1971年设立小溪塔水文站，1961年在东支设立分乡水文站。天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流观测，有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积1083.0km2。3.分乡站历史洪水。根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，资料可靠，可直接采用。经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2-4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。分乡站历史洪水成果见表KS1-1。表KS1-1 分乡站历史洪水成果表序号年洪峰流（m3/s）1d洪量（108m3）3d洪量（108m3）重现期备注12345193519841826193019584680373928201.07381.22011.66641.9500176不能定量不能定量三、防洪标准选择根据课本第七章的知识点进行防洪标准选择，如下表1、2、3所示。表1 水利水电枢纽工程的等级工程等级水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容（108m3）城镇及工矿企业的重要性保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）城镇及工矿企业的重要性装机容量（104kW）一大（1）型10特别重要500200150非常重要120二大（2）型100.1重要5001002006015050重要12030三中型1.00.10中等100306015505中等305四小（1）型0.100.01一般30513350.5一般51五小（2）型0.010.001530.51表2 水工建筑物等级工程等级永久性水工建筑物级别临时性水工建筑物级别工程等级永久性水工建筑物级别临时性水工建筑物级别主要建筑物次要建筑物主要建筑物次要建筑物1134444522345553345表3 水库工程水工建筑物的防洪标准水工建筑物级别防洪标准重现期（年）山区、丘陵区平原区、滨海区设计校核设计校核混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物土坝、堆石坝一100050050002000可能最大洪水（PMF）或10000500030010020001000二5003002000100050002000100501000300三100501000500200010005020300100四50305002001000300201010050五3020200100300200105020由分乡站历史洪水成果表，得到天福庙水库记录的最大洪量为4680m3/s，重现期为176年，以及库容量，根据水库工程建筑物防洪标准查得天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为：设计T=50年，校核T=500年。四、峰、量选样及历史洪水调查1、天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算得出，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算。2、天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。3、分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝址。根据天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列建立峰量关系；根据比峰、量关系计算历史洪水的1d、3d洪量。具体如下：KS1-2 天福庙水库洪峰、洪量系列年份洪峰Qm（m3/s）1d洪量W1（108m3）3d洪量（108m3）195818030.62370.996819591310.04340.066419602660.0921006640.102319626400.19990.2924196310360.37270.572519644520.13140.222319655190.14520.2319661890.08170.125319677740.18760.285219688380.28320.659419694280.15140.221319705980.22330.310319713890.16810.28771972640.03630.079719734450.14570.223319742400.08130.158919758480.14830.24819762720.0931009150.179519782990.15250.281219796340.2880.539319805710.17250.209219811260.08410.124119825820.21270.317219834370.21240.3223198423890.54890.851819851210.06130.130719862180.09790.192419874380.16770.286419882220.1154022290.318919906340.1209023340.315819928510.26350.328819934250.11950.182419941670.11770.213119952610.0985023410.433419975440.13830.318619989740.22620.413519991700.07340.168620006130.21130.315720014710.19130.2986洪峰、1d、3d洪量相关性分析结果五、设计洪水计算1.对天福庙水库坝址洪峰及1d洪量、3d洪量系列分别分别进行频率计算，推求出各设计频率的设计洪峰和1d、3d设计洪量。（在几率格纸上绘制峰、量频率曲线）2.洪峰和洪量成果的合理分析。3.选择典型洪水过程线。4按同频率放大法计算设计洪水过程线，并按选择时段t=1h绘制洪水过程线。由于天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算得出，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算。则Q天福庙=（F天福庙/F分乡站）2/3Q分乡站 W天福庙1d=（F天福庙/F分乡站）W分乡站1d W天福庙3d=（F天福庙/F分乡站）W分乡站3d，计算天福庙库区1935、1984年洪峰和1d、3d洪量。1935年Q天福庙=2992m3/s1984年Q天福庙=2390 m3/s，W天福庙1d=0.5489108m3，W天福庙3d=0.8518108m3洪峰经验频率计算表序号年份洪峰Qm（m3/s）PM（%）Pm（%）序号年份洪峰Qm（m3/s）PM（%）Pm（%）Mn由大到小排序Mn由大到小排序123456123456193529920.5621200147146.67198423891.1322196445248.89182623891.6923197344551.11193023892.2624198743853.33195818032.8225198343755.56119842389已抽到上栏一起排位26196942857.78219581803已抽到上栏一起排位27199342560.003196310366.6728197138962.22419989748.8929197829964.445199285111.1130197627266.676197584813.3331196026668.897196883815.5632199526171.118199180417.7833197424073.339196777420.0034198822275.5610196264022.2235198621877.7811197963424.4436196120080.0012199063426.6737196618982.2213200061328.8938199917084.4414197059831.1139199416786.6715198959233.3340197716288.8916198258235.5641195913191.1117198057137.7842198112693.3318199754440.0043198512195.5619196551942.224419726497.7820199648744.44绘制洪峰经验频率曲线如下图（第一次配线）（第二次配线）由公式计算理论频率曲线的统计参数Q平均=1/nQi=627.84m3/sCv=0.71Cs=3.58Cv=2.54，查附表1得2%=3.048，0.2%=5.77。则P=2%的设计洪峰流量为Q=2%=Q平均（2%Cv+1）=627.84（3.0480.71+1）=1986.54m3/s。P=0.2%的校核洪峰量为Q=0.2%=Q平均（0.2%Cv+1）=627.84（5.770.71+1）=3199.91m3/s。1d洪量经验频率计算表序号年份1d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）序号年份1d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）MnMn119350.562119780.152546.67219840.54891.132219690.151448.89318260.54891.692319750.148351.11419300.54892.262419730.145753.33519580.62372.822519650.145255.56119580.6237已抽到上栏一起排位2619970.138357.78219840.5489已抽到上栏一起排位2719640.131460.00319630.37276.672819900.120962.22419790.2888.892919930.119564.44519680.283211.113019940.117766.67619920.263513.333119880.115468.89719960.234115.563219950.098571.11819910.233417.783319860.097973.33919980.226220.003419760.093175.561019700.223322.223519600.092177.781119890.222924.443619770.091580.001219820.212726.673719810.084182.221319830.212428.893819660.081784.441420000.211331.113919740.081386.671519620.199933.334019990.073488.891620010.191335.564119610.066491.111719670.187637.784219850.061393.331819800.172540.004319590.043495.561919710.168142.224419720.036397.782019870.167744.441d洪量经验频率曲线（第一次配线）（第二次配线）W平均=1/nWi=0.19108m3Cv=0.61Cs=3.15Cv=1.92，查附表1得2%=2.89，0.2%=5.14。则P=2%的设计1d洪量为W=2%=W平均（2%Cv+1）=0.52108m3P=0.2%的校核1d洪量为W=0.2%=W平均（0.2%Cv+1）=0.79108m33d洪量经验频率计算表序号年份3d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）序号年份3d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）MnMn119350.56 2119780.281246.67219840.85180.56 2219750.24848.89318260.85180.56 2319650.2351.11419300.85180.56 2419730.223353.33519580.99680.56 2519640.222355.56119580.9968已抽到上栏一起排位2619690.221357.78219840.8518已抽到上栏一起排位2719940.213160.00319680.65946.672819800.209262.22419630.57258.892919860.192464.44519790.539311.113019950.18666.67619960.433413.333119930.182468.89719980.413515.563219770.179571.11819920.328817.783319880.17973.33919830.322320.003419900.17975.561019890.318922.223519990.168677.781119970.318624.443619740.158980.001219820.317226.673719600.13882.221319910.315828.893819760.13884.441420000.315731.113919850.130786.671519700.310333.334019660.125388.891620010.298635.564119810.124191.111719620.292437.784219610.102393.331819710.287740.004319720.079795.561919870.286442.224419590.066497.782019670.285244.443d洪量经验频率曲线（第一次配线）（第二次配线）W平均=1/nWi=0.34108m3Cv=0.54Cs=3.89Cv=2.1，查附表1得2%=2.93，0.2%=5.33。则P=2%的设计3d洪量为W=2%=W平均（2%Cv+1）=0.88108m3P=0.2%的校核3d洪量为W=0.2%=W平均（0.2%Cv+1）=1.32108m3合理性分析(1)通过对本站洪峰、洪量及其统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及其统计参数随地区的变化规律的分析，以及从形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相应的合理结论。(2)将各种统计时段洪量的频率曲线绘制在一张图纸上，在适用范围内不能相交。因为如果相交，就不能保证同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。选择典型洪水过程线项目（1）洪峰（m3/s）洪量【（m3/s）h】一日三日P=0.2%的校核洪峰、洪量（2）3199.9121944.4436666.67典型洪水过程线的洪峰、洪量（3）2389.019879.621670.4起止时间（4）1894.726281894.726.0241894.726.07.28.24计算放大倍比KQ=Qmp/Qm典=3199.91/2389.0=1.34KW1=W1P/W1典=21944.44/19879.6=1.10KW31=（W3P-W1P）/（W3典-W1典）=（36666.67-21944.44）/（21670.4-19879.6）=8.22校核洪水过程线计算表时段(t=1h)流量（m/s）放大倍比放大流量（m/s）时段(t=1h)流量（m/s）放大倍比放大流量（m/s）096.61.1106.263744.28.22363.32415721.1629.23843.58.22357.57210851.11193.53941.78.22342.774313451.11479.540408.22328.8415681.11724.84138.38.22314.826517911.11970.14236.68.22300.852620901.122994334.88.22286.056723891.1/1.342627.9/3201.264433.18.22272.08282138.71.12352.574532.28.22264.68491465.51.11612.054631.38.22257.286101005.11.11105.614730.48.22249.88811768.81.1845.684829.58.22242.4912494.31.1543.734928.78.22235.91413584.91.1643.395027.88.22228.51614421.21.1463.325127.28.22223.58415358.71.1394.575226.68.22218.65216344.81.1379.2853268.22213.7217313.71.1345.075435.48.22290.98818232.51.1255.755524.88.22203.85619216.31.1237.935624.28.22198.92420183.51.1201.855723.58.22193.17211561.1171.65822.88.22187.416221381.1151.85922.18.22181.662231211.1133.16021.58.22176.7324103.91.1/8.22141.29/854.0586120.68.22169.33225108.48.22891.0486219.38.22158.6462691.58.22752.136318.28.22149.6042783.58.22686.376417.38.22142.2062868.68.22563.8926516.18.22132.3422953.38.22438.1266615.38.22125.7663040.98.22336.1986714.48.22118.36831518.22419.226813.58.22110.9732618.22501.426912.68.22103.5723354.88.22450.4567011.88.2296.9963448.58.22398.6771118.2290.423546.38.22380.5867210.68.2287.1323652.28.22429.084典型洪水放大过程线图六、设计洪水调洪计算天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段t=1h，编程上机进行调洪计算，并绘制入库和下泄流量过程线图。调洪起调水位为正常蓄水位409m，在此水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的泄流量为2940m3/s。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸孔数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位409m不变。当入库洪水流量大于2940m3/s 时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高水位，然后再回落至设计蓄水位409m。天福庙水库库容曲线根据原库区1:2000地形图进行了复核计算，与湖北省中型水库调度规程刊布成果一致，见表KS1-4。左岸溢洪道坝顶高程398.0m，2孔，每孔净宽13.0m，为弧形闸门控制。坝顶溢洪道堰顶高程402.4m，4孔，每孔净宽8.0m，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为WES标准型剖面实用堰，流量计算公式为Q=cmnb2gH3/2由该式计算泄洪建筑物泄流曲线，见表KS1-4.KS14 天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线库水位库容（104m3）左岸溢洪道q1（m3/s）坝顶溢洪q2（m3/s）合计泄洪量q（m3/s）3983460000399367037037400389010701074014100216021640243253650365403454553025555404477573010383340550049222301152406523511304001530407551513456051950408579015828352417409604518451095294041063102115137534904116596237016954065水位容积曲线泄流曲线推求下泄流量过程线：由天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线表知，起始V1=3460，q1=0，已知第一时段Q1=128.Q2=755.04，用列表试算法，假定q2值。由水量平衡方程V2=（Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2+V1得V2值。假定第一时段q2=30m3/s，所以V2=3613.46*104m3，以第一时段的V2、q2作为第二时段初的V1、q1,重复第一时段试算过程，连续试算得：时段Q(Q1+Q2) t/2qVZ（m3/s）(*106m3/s)(m3/s)(*104m3)（m）01281.589034603981755.043.937303613.4639821432.25.7741203980.1640031775.46.9214004463.9340242069.87.9818504931.0640452364.129.22116005288.1