武汉大学水利水电学院水库水文设计报告书(简化版).docx

武汉大学水利水电学院工程水文设计报告书 专业班级：2014级水电x班指导老师：xx姓 名：xxx学 号：20143日 期：2016.05目 录一、设计任务3二、流域资料概况31、流域和水库简介32. 水文气象资料4三、设计年径流及其年内分配51、设计年径流量计算52、设计年径流的年内分配6四、水库死水位选择71、由泥沙淤积计算72、死水位确定8五、正常水位的选择（附表912）8六、装机容量及多年平均发电量101、选取丰水年对应的年内分配进行水能计算（附表1315）102、用同样的方法对平水年和枯水年进行出力计算（附表1621）11七、设计洪水过程线的推求12 1、设计要求 122、流域洪水资料12 3、资料三性审查及延展洪水系列154、设计洪峰及洪量计算16八、水库特征水位及坝顶高程的计算211、调洪规则及起调水位212、防洪高水位计算213、设计洪水位计算214、校核洪水位计算215、坝顶高程选择216、结论21一、设计任务在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建一水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，其具体任务是：1.设计年径流及其年内分配；2.选择水库死水位；3.选择正常蓄水位；4.计算保证出力和多年平均发电量；5.选择水电站装机容量；6.推求各种洪水特征水位和确定大坝高程。二、流域资料概况1、流域和水库简介西苕溪为太湖流域一大水系，流域面积为2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因流域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。该水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积328km2。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量孝丰站为1450mm，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘陵，平地较少。流域水系及测站分布见图1。图1 西苕溪流域水系及测站分布图水库以防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产，是一座综合利用水库。2.水文气象资料在坝址下游1公里处设有潜渔水文站，自1954年开始有观测的流量资料，见表1。表1 年径流过程（单位：m3/s）年份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月19793 33 1521 45 29 18 20 4 2 2 19803 3 7 19 33 67 77 101 31 117 6 19813 47 26 2831 1911 5 5 4 3 19822 6 12 21 31 56 23 45 41 16 26 11 19839 78 273846 9322 28 23 12 4 19843 2 3 11 2544 39 26 18 28 12 7 19855 6824 29 30 31 18 12 6 7 7 19866 6 8 23 21 46 63 11 10 6 6 5 19874 33 16 32 4458 43 16 26 10 5 19885 3 6 1024 24 15 20 37 7 4 3 19893 6 1040 2237 23 17 28 24 26 719906 71023 34 38 27 21 12 7 75 19917101219 41 32 8623 17 6 3 319922 4101635 3821 14 6 5 3 3 19937 10 1317 27 2666 65 20 19 12 8 19944 4 5 20 18 34 22 168 8 7 5 19951113819 36 74 43 30 17 117 4 19964 3 7 1023 63 93 2322 19 28619975 111329 201933 13 78 68 1998871829 48 34 82 71 13 12 5 3 199932 2 23 27 87 72 2216 1496 20005 7 11152145 24 25 181411 11 三、设计年径流及其年内分配1、设计年径流量计算进行年径流量频率计算，表2；表2 进行年径流量频率计算绘制年径流频率曲线（图2）;图2 流量频率分析曲线2、设计年径流的年内分配根据年、月径流资料和代表年的选择原则及由频率曲线查得的结果确定丰、中、枯三个代表年（见表3）;按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配（见表4）表3 不同频率的设计年径流特征年频率P年径流（m3/s）丰水年10%26.95中水年50%19.43枯水年90%13.32表4 代表年的逐月年内分配（单位：m3/s）四、水库死水位选择1、由泥沙淤积计算根据实测泥沙资料分析，河流多年平均年径流量W0=6.28X108m3 ,多年平均含沙量 kg/m3，泥沙干容重kg/m3，泥沙沉积率m90，孔隙率0.3，推移质与悬移质淤积量之比值15，水库设计使用年限为T=50年。根据水库年淤积计算公式和以及对照表进行插值（图3），得确定死水位（表5）表5 由泥沙淤积计算死水位成果V沙，年V沙，总初步确定水位 H1最终确定水位 H20.133X106m36.65X106m358.82m60.82m图3 由泥沙淤积计算死水位插值图2、由水轮机运行允许最低水头计算死库容（图4、表3）图4 水库下游水位流量关系曲线插值图表6 根据水轮机最小运行水头推求水库最低水位流量（m3/s）流量水位（m）最终水位（m）13.3246.8747.372、死水位确定 根据上述两种计算方法，选择较大者为设计水位为H=57.81m。五、正常水位的选择（1）设计保证率为90%，则选取枯水年对应的年内分配为来水量；（2）兴利要求调节流量不低于13m/s；（3）兴利计算，确定水库兴利库容:代表年法确定兴利库容，根据作业一设计枯水年（P=90%）查的来水流量为Q=13.32 m3/s，满足设计水平年用水量取13 m3/s，忽略库容损失。用代表年法确定兴利库容，设计保证率为90%，则选取枯水年对应的年内分配为来水量，计算过程如下表7： 表7 水库兴利库容由以上计算结果可以看出，枯水年存在缺水状况，为保证90%发电效益，兴利库容应为V兴= 147.09X106m3。（4）由（3）中计算得兴利库容为V兴 =147.09X106m3；按照插值法计算死库容V死=10.86 X106m3（计算插值如下图5）图5 由死水位确定死库容插值图正常蓄水库容为V正=V死+V兴=157.95X106m3，插值计算对应的正常蓄水位图6：图6 正常蓄水位的插值计算最终的正常蓄水位为H正=86.9m。六、装机容量及多年平均发电量1、选取丰水年对应的年内分配进行水能计算选取枯水年对应的年内分配进行水能计算（表8）(已知兴利库容应为V兴= 147.09X106m3，即55.9m3/(s*月)，死库容V死=10.86 X106m3，即4.1m3/s.)（1）根据来水量及兴利用水量，对发电用水进行调试，确定8-3月为供水期，其它月为蓄水期；（2）根据天然来水量及发电用水量求得各月份余水量及不足水量；（3）根据水库死库容、各月天然来水入库量及水库放水量确定月末水库蓄水量，并求得月平均蓄水量；（4）根据月平均蓄水量及水位容积曲线求得月平均水位；（5）根据发电用水量及水位流量曲线求得下游水位；（6）月平均水位减去下游水位及预留水头损失（0.5m）即得到水头差；（7）出力系数为7.5，则根据水电站出力公式计算出各月的水流出力。表8 水库出力计算月份天然来水 （m3/s)发电用水 （m3/s)余水量不足水量月末水库蓄水 （万m3)平均蓄水 （万m3)月平均水位 (m)下游水位(m)水头 (m)出力（kw)流量 （m3/s)水量 （万m3)流量（m3/s)水量 （万m3)31086426.65 12.6813.97 3669 47552921 66.1 46.8 18.8 1787.9 528.70 12.6816.02 4208 8963 6859 77.4 46.8 30.1 2862.5 631.78 12.6819.10 5015 13978 11470 82.4 46.8 35.1 3338.0 719.48 12.686.80 1785 15763 14871 86.0 46.8 38.7 3680.4 811.28 13.14 1.87 490 15273 15518 86.9 46.9 39.5 3892.7 95.13 13.14 8.02 2105 13168 14220 85.4 46.9 38.0 3744.9 105.13 13.14 8.02 2105 11063 12115 83.0 46.9 35.6 3508.4 114.10 13.14 9.04 2374 8688 9875 80.5 46.9 33.1 3262.0 123.08 13.14 10.07 2644 6045 7366 77.0 46.9 29.6 2917.1 12.05 13.14 11.09 2913 3132 4588 70.9 46.9 23.5 2315.9 26.15 13.14 6.99 1836 1296 2214 64.1 46.9 16.7 1645.8 312.30 13.10 0.80 210 1086 1191 61.1 46.9 13.7 1346.0 计算年发电量：E=2858.5X365X24=25.04X106kw*h。按照枯水年的最大出力作为保证出力，即N保=3892.7kw。2、保证出力倍比法选择装机容量 N1=cN保=2.5*3892.7=9371.8kw 进而求得装机个数N=9371.8/12507台。装机发电出力为N装=8500kw.2、用同样的方法对中水年进行出力计算（表9）表9 中水年出力计算月份天然来水 （m3/s)发电用水 （m3/s)余水量不足水量月末水库蓄水 （万m3)平均蓄水 （万m3)月平均水位 (m)下游水位(m)水头 (m)出力（kw)流量 （m3/s)水量 （万m3)流量（m3/s)水量 （万m3)31086 417.5817.581086 108660.6 47.113.0 0539.9331.798.1421383224 2155.0163.9 47.216.2 3862.5 629.629.603224 3224.0267.0 47.119.4 4306.8 779.5531.7947.761254415768 9496.2579.1 47.730.9 7367.3 821.2821.2815768 15768.586.9 47.2239.2 6253.1 915.7315.7315768 15768.586.9 4739.4 4648.2 105.5513.648.092125 13644 1470685.9 46.8838.5 3940.6 112.7813.6410.862852 10791 12217.483.2 46.8835.8 3664.4 122.7813.6410.862852 7939 9364.9279.9 46.8832.5 3326.8 11.8513.6411.793097 4842 6390.347646.8828.6 2927.8 23.713.649.942611 2231 3536.5867.846.8820.4 2089.0 39.2513.644.391153 1078 1654.6562.446.8815.0 0四月份和次年3月份水头小于16m,故出力为0.计算结果中各月出力无超过装机出力者，不需要切头。故中水年平均出力计算N=3532.2kw.进一步计算多年平均发电量E=N*T309.4x106kw*h.七、设计洪水过程线的推求1、设计要求规划水库为大（2）型水库，工程等别为等，永久性水工建筑物级别为2级。下游防洪标准为5%，水库设计洪水标准为1，校核洪水标准为0.1%。2、流域洪水资料坝址处有19541977年实测洪峰资料（见表2）。另据调查，1922年在坝址附近发生一场大洪水，推算洪峰流量为1350m3/s。这场洪水是发生后至今最大的一次洪水。缺测年份内，没有大于1160m3/s的洪水发生。根据代表性和不利性原则，选取1963年的一场洪水作为典型（见表10）。表10 潜渔站洪峰资料统计表年洪峰Qm（m3/s）年洪峰Qm（m3/s）1954702196623219552841967244195674819681671957402196938719582001970305195923719715001960478197210819616591973484196258519742871963116019751661964409197611919655101977238表11 典型洪水过程线（1963年） 时段（t1h）流量（m3/s）时段（t1h）流量（m3/s）时段（t1h）流量（m3/s）063410606713017359506811827368646911838377607010341538660719752339617729263440470738574341370748285742306757997343260766510100442357755111304522778431217146240794113230472538033142604826981361531749277824316335502868349173625129584531837352290855019350532638648203305427787472131555265884622305562528944232935724590432429358235914125445592249239265756021293372767561205943528805621929534299156318096333010006416197323110606515598313211306614599303311603、资料三性审查（1）资料可靠性的审查与改正对实测洪水资料的测验与整编方法要进行检查，检查的重点应放在观测与整编质量较差的年份，特别是建国以前和整治动乱时期，以及对设计洪水计算成果影响较大的大洪水年份。审查时要注意了解水尺位置、零点高程、水准基面的变动情况，测流断面冲淤变化情况和浮标系数的选用、水位流量关系曲线的高水延长是否合理等。除此之外，还应通过历年水位流量关系曲线的对比、上下游干支流的水量平衡及洪水过程线的对照、暴雨资料及降雨径流关系的分析等方面进行检查。如发现问题，应会同原资料整编单位研究和修正。历史洪水资料的审查，一是调查计算的洪峰流量；二是审查洪水发生的年份。对于前者，主要审查历史洪水痕迹是否可靠、上下游是否一致以及流量计算采用的方法、参数等是否合理。对于后者，主要要了解确定历史洪水发生年份的依据是否充分、与上下游和临近流域是否一致，有无当时的气象资料旁证。通过熟悉流域的自然地理情况，广泛搜集有关水文气象资料（见流域资料概况），对实测资料可靠性进行初步审查，证实此资料可用于本次设计。（2） 资料一致性的审查与还原所谓洪水资料的一致性，就是产生各年洪水的流域产流和汇流条件在调查观测期中应基本相同。若这些条件发生了较大的变化，以致明显地影响到各年洪水资料的一致性时，需要将变化后的资料还原到原先天然状态的基础上，以保证抽样的随机性（消除人为的控制）和能与历史洪水组成一个具有一致性的系列。通过熟悉流域的自然地理情况，广泛搜集有关水文气象资料（见流域资料概况），对实测资料一致性进行初步审查，证实此资料可用于本次设计。（3） 资料代表性的审查与插补延长洪水资料代表性的概念与年径流资料代表性的概念是一致的。当洪水资料的频率分布能近似反映洪水的总体分布时，则认为具有代表性；否则，则认为缺乏代表性。由于总体的概率分布为未知，代表性的鉴别一般只能通过与更长期的其他系列（近似代表总体作做较来衡量。实际工作中，为保证洪水系列具有一定的代表性，常要求连续实测的洪水年数一般不少于2030年，并有若干个调查的历史洪水。本次实测资料为24年，符合要求。另外根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水，推算得水文站洪峰流量为1350m/s。这场洪水是发生后至今最大的一次洪水。缺测年份内，没有大于1160m/s的洪水发生。4、洪水过程计算 按照统一样