洪水调节课程设计说明书.doc

洪水调节课程设计说明书一、设计相关的初始资料简介：1.根据工程等级及建筑物的等级，确定相应的洪水标准：法官泉水库是一座以灌溉为主的小(一)型水库,且总库容为407万m3，查相关规范得工程等别为级，且溢洪道为土质溢洪道，继而查相关标准确定水工建筑物的设计洪水等级为30年一遇，水工建筑物的校核洪水等级为200年一遇，故选频率p=3.33%的洪水过程为设计洪水过程，频率p=0.5%的洪水过程为校核洪水过程。具体洪水流量过程见下表：表一：各频率坝址洪水过程线时段(t=1h)q(m3/s)（p=3.33%）q(m3/s)（p=0.5%）00.40.511.83.124.31136.514.348.31751016.861219713.521.281726.1922.125.21032.339.81179.450.61293.884.31379.32741457.9132.51539.558.21626.722.61718.813.21813.511.71910.412.6207.711.8215.711.3224.46.3233.54.9243.14.72.溢洪道相关尺寸参数及相关水力学参数：根据我的学号最后两位数是17，该水库溢洪道堰顶高程为167.7m，堰顶宽度为60.1m。堰顶溢流公式：式中m流量系数，取0.35；b溢流堰宽度，60.ym；h0堰上水头，考虑坝前行进流速水头较小，取h0=h。3. 水位库容关系：图一：水位库容曲线161162163164165166167168169170171150200250300350400450500库容v(104m3)水位z(m)表二：法官泉水库库容曲线表序号水位(m)库容（万m3）1162196.22163221.0843164247.9794165277.0155166307.9046167339.9357168374.4718169411.3319170449.614二、用列表试算法对设计洪水进行调洪演算：1. 计算并绘制vz线，qv线，qz线：表三：水库水位容积关系及水库q=f(v)关系曲线计算表：水位z（m）库容v（万m3）溢洪道堰上水头hw(m)流量系数m溢洪道泄量q(m3/s)162196.200.350163221.0840 0.35 0164247.97900.350165277.01500.350166307.90400.350167339.93500.350168374.4710.30.3515.302169411.3311.30.35138.034170449.6142.30.35324.835其中：起调水位为167.7m，此时库容根据内插法算出为364.110万m3，下泄流量由水力学公式算出。2.列表试算起调水位是167.7m，从0时开始计算，此时=0,q1=0，v1=364.110万m3表四： 设计洪水下泄流量列表试算法计算表 时间 t=1h入库洪水流量q(m3/s)时段平均入库流量q(m3/s) 时段入库水量q t（万m3）下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量(m3/s)时段下泄水量qt（万m3）时段内水库存水量变化v（万m3）水库存水量v（万m3）水库水位z（m）00.40 1.10 0.40 0.00 0.05 0.02 1.08 364.11 167.70 11.80 0.11 364.49 167.71 24.30 3.05 1.10 0.71 0.41 0.15 2.90 365.44 167.74 36.50 5.40 1.94 2.11 1.41 0.51 4.89 366.88 167.78 48.30 7.40 2.66 4.11 3.11 1.12 6.28 368.42 167.82 510.00 9.15 3.29 6.30 5.21 1.87 7.28 369.84 167.87 612.00 11.00 3.96 8.53 7.42 2.67 8.33 371.13 167.90 713.50 12.75 4.59 10.68 9.61 3.46 9.29 372.26 167.94 817.00 15.25 5.49 13.13 11.91 4.29 10.96 373.47 167.97 922.10 19.55 7.04 16.70 14.92 5.37 14.18 375.14 168.02 1032.30 27.20 9.79 22.77 19.73 7.10 20.10 377.82 168.09 1179.40 55.85 20.11 44.27 33.52 12.07 43.78 385.86 168.31 1293.80 86.60 31.18 75.54 59.90 21.56 65.04 395.47 168.57 12.2590.18 91.99 8.28 80.09 77.82 7.00 84.98 396.75 168.60 12.586.55 88.36 7.95 82.41 81.25 7.31 81.05 397.39 168.62 12.7582.93 84.74 7.63 83.07 82.74 7.45 77.29 397.57 168.63 1379.30 81.11 7.30 82.52 82.79 7.45 73.66 397.42 168.62 1457.90 68.60 24.70 71.99 77.25 27.81 40.79 394.46 168.54 1539.50 48.70 17.53 54.55 63.27 22.78 25.92 389.22 168.40 1626.70 33.10 11.92 39.47 47.01 16.92 16.18 384.21 168.26 1718.80 22.75 8.19 28.53 34.00 12.24 10.51 380.16 168.15 1813.50 16.15 5.81 20.99 24.76 8.91 7.24 377.07 168.07 1910.40 11.95 4.30 15.85 18.42 6.63 5.32 374.73 168.01 207.70 9.05 3.26 12.09 13.97 5.03 4.02 372.96 167.96 215.70 6.70 2.41 9.27 10.68 3.84 2.86 371.53 167.91 224.40 5.05 1.82 7.20 8.24 2.97 2.08 370.38 167.88 233.50 3.95 1.42 5.71 6.46 2.32 1.63 369.48 167.86 243.10 3.30 1.19 4.66 5.19 1.87 1.43 368.80 167.84 列表试算：q1=0, v1=364.110,假设一个q2,则由水量平衡方程可以算出相应的v2，再由q-v曲线可以查得v2所对应的q2，如果此q2与假设的q2相同，则假设正确，如果不同，则重新假设并计算，并把假设正确的q2和v2作为下一时段的q1和v1，继续计算，以此类推，直至算出整个洪水过程线，其中在画出qt图线，qt图线后发现不在qt线上，故在1213时细分为4个时段，此时正好在qt图线上。最后算得：最大下泄流量为83.07m3/s，最高库水位为168.63m。为了避免手工试算，我编了一个c语言程序帮助试算，程序代码如下：#include#includevoid main() float v1,v2,q1,q2,q1,q2,q3, t=0.36; printf(v1=); scanf(%f,&v1); printf(q1=); scanf(%f,&q1); printf(q2=); scanf(%f,&q2); printf(q1=); scanf(%f,&q1); printf(q2=); scanf(%f,&q2); loop: v2=v1+ (q1+q2-q2-q1) * t/2;if (v2=339.935) q3=(pow(v2-364.11)/34.536,1.5)*93.126; else if (v2=374.471) q3=(pow(v2-363.413)/36.86,1.5)*93.126; else if (v2=411.331) q3=(pow(v2-361.563)/38.283,1.5)*93.126; if (fabs(q3-q2)0.01) q2=q3;goto loop; printf(q2=%fn,q3);printf(v2=%fn,v2);观察原始资料zv曲线，可近似分段视为直线，具体表达式如下： , v , v , vc语言程序正是基于此基础上编译而来，考虑到zv之间仅为一次函数关系，且为分段拟合，故误差在可控的范围内！其中在开始时计算时段t=0.36，后来在细分时段时的试算，t=0.09。具体运用过程见下图的截图：先输入,，以及假设一个，利用c语言程序的收敛性，得到真正的和。利用已算出的和作为下一个时段的和，继续用c程序试算，循环执行此流程，得到下泄流量历时曲线qt。3.根据列表试算结果绘制设计洪水qt曲线、qt曲线，zt曲线：图二：qt、qt曲线图三：zt曲线三、由半图解法对设计洪水调洪演算：1、拟合q（v/t+q/2）关系式：由于q、v之间通过堰顶水头（水位（z-167.7）可以确立关系，因此q、v/t+q/2之间也可以确立关系，若只是通过qv/t+q/2图线来进行半途解法计算，手工描点存在很大的误差，且工作量大。因此我使用了mathematica软件将qv/t+q/2之间的确切关系式拟合出来，为：q=1.38221*10(-14)+0.354612*a+0.00178425*a2+4.91418*10(-7)*a3-5.23019*10(-9)*a4，其中a为（v/t+q/2），用到的四个点的坐标：（0，0），（36.432，15.302）（200.186，138.034），（399.929，324.835）。该四个点的坐标由zv曲线上（167.7，364.110），（168，374.471），（169，411.331），（170，449.614）四个点坐标以及算得。因此只需通过前一时刻的/t+/2及时段间的平均来水流量和上一时段的下泄流量来得到下一时刻的/t+/2，通过以上拟合的公式算出下一时段的下泄流量。其中，第一个各时段的v/t+q/2=0，=0。2. 绘制v/t+q/2=f2(z)曲线及q=f(z)曲线：图四：v/t+q/2=f2(z)曲线图五：q=f(z)曲线图六：单辅助曲线表五、水库设计洪水调洪半图解法计算表时间t(h)入库流量q(m3/s)平均入库流量q(m3/s)v/t +q/2(m3/s)q(m3/s)z(m)00.41.100 0.000 0.000 167.700 11.81.100 0.392 167.726 24.33.050 3.758 1.358 167.760 36.55.400 7.800 2.875 167.798 48.37.400 12.325 4.643 167.835 5109.150 16.833 6.477 167.869 61211.000 21.356 8.391 167.901 713.512.750 25.716 10.305 167.930 81715.250 30.661 12.559 167.963 922.119.550 37.651 15.897 168.008 1032.327.200 48.954 21.663 168.078 1179.455.850 83.141 41.849 168.287 1293.886.600 127.892 74.165 168.559 1379.386.550 140.277 84.185 168.635 1457.968.600 124.692 71.647 168.540 1539.548.700 101.745 54.508 168.400 1626.733.100 80.337 40.041 168.270 1718.822.750 63.046 29.489 168.165 1813.516.150 49.707 22.063 168.083 1910.411.950 39.593 16.855 168.020 207.79.050 31.788 13.086 167.970 215.76.700 25.402 10.165 167.928 224.45.050 20.287 7.932 167.894 233.53.950 16.306 6.258 167.865 243.13.300 13.347 5.052 167.843 最后可算出：最大下泄流量为84.185m3/s，最高库水位为168.635m.四、 比较分析试算法和半图解法对设计洪水调洪计算的成果：利用试算法得出的最大下泄流量为83.07m3/s，最高库水位为168.627m；利用半图解法得出的最大下泄流量为84.185m3/s，最高库水位为168.635m。其中有一定的误差，其主要原因可能是线性内插造成的，其次很有可能是用mathematica软件拟合qv/t+q/2造成较大误差！。五、用列表试算法对校核洪水进行调洪演算：1. 计算并绘制vz线，qv线，qz线：表六：水库水位容积关系及水库q=f(v)关系曲线计算表水位z（m）库容v（万m3）溢洪道堰上水头hw(m)流量系数m溢洪道泄量q(m3/s)162196.200.350163221.0840 0.35 0164247.97900.350165277.01500.350166307.90400.350167339.93500.350168374.4710.30.3515.302169411.3311.30.35138.034170449.6142.30.35324.835其中：起调水位为167.7m，此时库容根据内插法算出为364.110万m3，下泄流量由水力学公式算出。2.列表试算起调水位是227.2m，从0时开始计算，此时=0,q1=0，v1=364.110万m3表七： 校核洪水下泄流量列表试算计算表 时间 t=1h入库洪水流量q(m3/s)时段平均入库流量q(m3/s) 时段入库水量q t（万m3）下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量(m3/s)时段下泄水量qt（万m3）时段内水库存水量变化v（万m3）水库存水量v（万m3）水库水位z（m）00.50 1.80 0.65 0.00 0.11 0.04 0.61 364.11 167.70 13.10 0.22 364.72 167.72 211.00 7.05 2.54 2.07 1.15 0.41 2.13 366.84 167.78 314.30 12.65 4.55 6.36 4.22 1.52 3.04 369.88 167.87 417.00 15.65 5.63 10.95 8.65 3.12 2.52 372.40 167.94 516.80 16.90 6.08 14.18 12.56 4.52 1.56 373.96 167.99 619.00 17.90 6.44 16.25 15.22 5.48 0.97 374.93 168.01 721.20 20.10 7.24 18.41 17.33 6.24 1.00 375.92 168.04 826.10 23.65 8.51 21.44 19.93 7.17 1.34 377.26 168.08 925.20 25.65 9.23 23.96 22.70 8.17 1.06 378.32 168.10 1039.80 32.50 11.70 29.25 26.60 9.58 2.12 380.45 168.16 1150.60 45.20 16.27 39.76 34.51 12.42 3.85 384.31 168.27 1284.30 67.45 24.28 59.44 49.60 17.86 6.43 390.74 168.44 13274.00 179.15 64.49 158.17 108.81 39.17 25.32 416.06 169.12 13.25238.63 256.31 23.07 191.21 174.69 15.72 7.35 423.41 169.32 13.5203.25 220.94 19.88 201.55 196.38 17.67 2.21 425.62 169.37 13.75167.88 185.56 16.70 195.97 198.76 17.89 -1.19 424.43 169.34 14132.50 150.19 13.52 180.99 188.48 16.96 -3.45 421.18 169.26 1558.20 95.35 34.33 108.07 144.53 52.03 -17.71 404.12 168.80 1622.60 40.40 14.54 54.90 81.49 29.34 -14.79 389.33 168.40 1713.20 17.90 6.44 29.57 42.24 15.21 -8.76 380.57 168.17 1811.70 12.45 4.48 19.20 24.38 8.78 -4.30 376.28 168.05 1912.60 12.15 4.37 15.26 17.23 6.20 -1.83 374.45 168.00 2011.80 12.20 4.39 13.54 14.40 5.18 -0.79 373.66 167.98 2111.30 11.55 4.16 12.45 13.00 4.68 -0.52 373.14 167.96 226.30 8.80 3.17 10.51 11.48 4.13 -0.97 372.18 167.93 234.90 5.60 2.02 8.03 9.27 3.34 -1.32 370.85 167.90 244.70 4.80 1.73 6.502 7.27 2.62 -0.89 369.97 167.87 列表试算：q1=0, =364.110,假设一个q2,则由水量平衡方程可以算出相应的v2，再由q-v曲线可以查得v2所对应的q2，如果此q2与假设的q2相同，则假设正确，如果不同，则重新假设并计算，并把假设正确的q2和v2作为下一时段的q1和v1，继续计算，以此类推，直至算出整个洪水过程线，其中在画出qt，qt图线后发现不在qt线上，故在1314时细分为4个时段，最后算得：最大下泄流量为201.55m3/s，最高库水位为169.37m。至于试算过程及方法同设计洪水试算方法，此处不再赘述！3.根据列表试算结果绘制设计洪水qt、qt曲线，zt曲线：图二：qt、qt曲线：图七、qt、qt曲线图八：zt曲线六、由半图解法对设计洪水调洪演算：1、拟合q（v/t+q/2）关系式：由于设计洪水与校核洪水并不影响堰顶高程和库容特性，故qv/t+q/2关系式并不会改变，故方法同设计洪水半图解法，此处不再赘述！2. 绘制v/t+q/2=f2(z)曲线及q=f(z)曲线：图九：v/t+q/2=f(z)曲线图十：q=f(z)曲线图十一：单辅助曲线表八、水库设计洪水调洪半图解法计算表时间t(h)入库流量q(m3/s）平均入库流量q(m3/s)v/t +q/2(m3/s)q(m3/s)z(m)00.51.80 0.000 0.000 167.700 13.11.800 0.644 167.736 2117.058.206 3.030 167.802 314.312.6517.826 6.890 167.876 41715.6526.585 10.695 167.936 516.816.932.790 13.557 167.977 61917.937.133 15.643 168.004 721.220.141.590 17.854 168.032 8