水电站水利计算课程设计.docx

13水利1班 曾志华 201330390125YY水电站水利计算课程设计 -水文水利计算课程设计（任务一）姓名：当代雷锋班级：13水利1班学号：20133039目录YY水电站水利计算课程设计1一、基本资料11.1地理位置11.2水文与气象11.2.1气温11.2.3降水量11.2.4蒸发量21.3水文特性21.4厂区水位流量关系61.5水库面积、容积关系61.6泥沙61.7工程地质71.8给定的设计控制数据8二、水文水利计算82.1兴利调节82.1.1确定工程的等级和建筑物的级别82.1.2确定死水位82.1.3确定兴利库容的大小和设计保证率92.1.4确定水文年度92.1.5径流调节计算92.1.6计算平均多年发电量及1013水利1班 曾志华 201330390125一、基本资料1.1地理位置YY水电站位于O江支流LQ溪上，坝址以上流域面积为2761平方公里。LQ溪发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，河流全长153公里，直线长度77公里，平均宽度36公里。除LQ县附近及赤石、仁三等三处有小片盆地外，其余多为峡谷，河床覆盖多以大石块和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与O江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为O江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系动官山脉所包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921m，流域平均高度662m，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为6.320.97。因河道陡，河槽调蓄能力低。汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛降，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属于典型的山区性河流。LQ溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为O江干支流域规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木以及防洪等综合效益。电站建成后主要承担华东电网调峰并供电温州、丽水，将使得温、丽地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后LQ木材的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有1.53亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区的防洪压力。该电站为大（1）型水电站，工程等级为一级，主要建筑物等级为1级，次要建筑物等级为3级，临时建筑物等级为4级。1.2水文与气象1.2.1气温本流域地处浙江东南沿海山区，属于温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温17.3，月平均最低气温13，最高气温30.7，实测最高气温40.7，最低-8.1。1.2.2湿度流域内气候湿润，历年相对平均湿度79%，其中以6月份的87%为最大，一月份的74为最小，实测相对最小湿度为8%。1.2.3降水量本流域距东海仅120180公里，水汽供应充沛坝址以上流域年平均雨量为1833.8mm，但在年内分配很不均匀，39月份占年雨量的80.5%，其中56月份为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成起伏连绵的洪水，本流域暴雨常常出现在此期间，实测最大24小时雨量为236.8mm（道太站），7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4mm（木岱口站）。流域多年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。根据坝址附近云和站按雨量分级统计的历年各月平均降水日数如下表：表1-1 分级统计历年各月平均降水日数表雨量 月分级123456789101112年0.18.611.717.316.520.416.911.612.913.48.68.410.1156.25.03.35.99.19.612.410.96.15.66.23.12.82.977.910.01.53.55.26.28.78.23.94.14.21.71.51.249.620.00.51.01.62.84.45.01.92.32.30.50.70.223.230.00.10.40.41.32.83.41.11.41.70.30.30.113.250.000.20.20.21.11.50.50.70.70.2005.3注：雨量分级以毫米计。1.2.4蒸发量库区的蒸发量以道太站为代表，19571972年的平均蒸发量为867.4mm（口径80mm蒸发皿所测），其中以1957年7月185.7mm为最大，1970年12月16.7mm最小，水库水面年蒸发量以80厘米蒸发皿观测值的109%计算为945.5mm。1.2.5风速、风向本流域48月为东南风，13月、912月为东北风及西北风。历年平均风速为1.15m/s，出现在1970年4月，风向西北偏西。根据电站附近各地实测最大风速记录，坝址区可能发生的最大风力为11级，相当于风速32m/s。1.3水文特性YY坝址与石富站流域面积仅差41平方公里，占控制流域面积的15%，股坝址处流量资料均不加改正，直接可以使用石富站的资料。1.3.1年径流量石富站根据实测及插外延长的1951至1976年共26年径流资料，求的多年平均流量为100 m3/s，见表1-2.表1-2 石富站历年月平均流量表 m3/s流量 月年份123456789101112年195123.368.624932086.029962.419.434.520.518.328.2102195225.884.722712328823831484.910743.316.415.8131195347.859.011413431333434.274.614436.612395.7126195480.453.493.127741759422774.218.810.69.4910.6156195510.074.279.996.524238067.254.116.34.457.024.9786.119568.4426.812296.138114613.731.725828.213.910.194.7195714.249.087.719724397.519.320.714.938.913.617.767.8195816.042.018421740168.149.833.514643.513.99.64102195918.238.510435924741312260.115712.718.616.3130196030.512.471.217516131646.816225.27.987.127.7485.2196121.412514515926635228.431.043.214.315.721.4101196223.08.8210819144037219111991.161.834.218.3138196310.212.320.461.812821839.050.569.610.323.711.654.6196473.152.669.575.713944733.645.116.626.79.615.9682.919655.8230.041.619890.728144.511320.051.867.584.285.7196660.170.311524552.125216719.154.416.215.023.490.8196710.847.083.013822226752.99.8451.85.438.047.5275.319685.4119.046.711014737435023.423.028.48.7413.395.7196944.711812979.339924212248.282.725.219.611.3110.1197024.333.917720424633616125.943.852.318.242.1113.7197115.319.516.545.983.619211.710.276.619.48.7216.243.019728.9896.236.662.815614656.117422.219.322.825.768.9197354.539.610323445538916224.976.949.913.98.64134.3197415.951.732.528.514832182.410814.938.446.551.578.3197533.410411040347123878.110862.078.047.053.9148.9197616.850.512119213944926226.522.345.520.318.3113.6平均26.753.3103.3170.1244.7298.5107.659.765.130.423.924.2100.6占年内%2.234.418.5614.120.2624.728.914.945.392.501.982.00100年月平均流量频率计算，采用p-三型线。以适线法选配参数，期成果见表1-3.表1-3 石富站年、月平均流量频率计算成果表月份参数频率（%）均值CvCs/Cv125102050809095128.00.902.011699.777.861.344.221.07.844.202.24264.90.892.02.6722.917914110348.718.610.45.1931030.662.032428523519415288.946.531.021.741620.652.049944336430223814173.050.135.652450.572.068060851043234821812793.168.6629850.442.067962053746939527718414512171151.032.054646235226818677.622.410.95.18862.30.952.026322917713898.144.115.47.974.29967.01.072.033127821015910943612.45.362.011030.90.702.010289.872.959.946.426.312.98.345.561124.31.082.012110276.858.139.615.64.371.700.931224.11.022.011395.973.355.939.016.44.822.412.21年1000.312.018617415014112597.073.663.055.0水量的年内分配较不均匀，来水量最多为6月份，占全年来水量的24.8%，最小为11、12月份，占全年的2%。上半年来水稳定，年际变化不大，各月Cv值相对较大。本次所采用19511976年的资料示例中，有1951年到1954年的丰水段，1963到1967年的枯水段，所以具有一定的代表性。1.3.2设计洪水1.设计洪水（1）实测资料统计与插补：根据石富站实测洪水资料，以年最大值法，洪峰流量及各时段流量，分别从各次洪水中独立取样进行统计，又根据石富站均溪相关及石富1/2（道太+均溪）相关，插补延长得26年资料。（2）历史洪水：根据历史记载与实地考证分析，推求得石富站：洪峰流量为：9870 m3/s，重现期为200年一遇（1904年） 6900 m3/s，重现期为50年一遇（1912年） 6400 m3/s，重现期为30年一遇（1912年）（3）频率计算：根据实测和插补延长的26年洪水系列，并加入历史洪水进行频率计算，最后确定频率计算成果见表1-5。表1-5 石富站洪峰、洪量频率计算成果项目单位参数频率（%）均值CvCs/Cv0.010.10.5125102050洪峰m3/s33.00.454.014900117009500854075506260526042702880一日洪量亿m31.920.413.07.035.744.824.413.993.422.972.491.77三日洪量亿m33.500.383.011.839.808.307.636.976.025.284.483.26五日洪量亿m34.400.353.013.7311.489.869118.367.306.475.544.14七日洪量亿m35.060.343.015.3812.9011.0810.279.468.307.396.384.762.可能最大洪水洪峰流量 2000 m3/s三天洪量 15.4亿m3YY入库设计洪水，采用示储流量法推算，根据1960年6月10日至12日实测洪水过程进行分析，与坝址洪水形成的洪峰、洪量相差不超过3%，在水文分析计算误差的范围内，因此建议采用坝址设计洪水为设计依据。3.设计洪水过程线按典型洪水过程线放大的方法进行拟制。选择1962年5月双峰型作为典型洪水过程线。设计洪水过程线按峰量同频率，分时段控制进行放大，每时段为3小时。见表1-6表1-6 石富站设计洪水过程线流 量 频率时间5%1%0.1%0.01%04505006007501800900105012502155020002300275032800350042506250432003950490062005325039254850630062600312540005200720252500320041508165020252650340091400165022002750101175137518252300111000117515501950128251020130016501370090011251450146507751000130015575700900117016550675850110017625800100013501810501400220030501928003850505067502050006500830011000216100840011250171502261508100107501550023470067007900101502430003900500070002521252600385043502616001875245030002713001450175021502810751200140016502992510501200137030800925107514503172582595011003265075085098033600675750800345406007007503550057565072036450500570675374154805306503838043049060039350400450560403253804205401.4厂区水位流量关系厂区水位流量关系的情况如下表1-7表1-7 电站厂房处水位流量关系曲线水位（m） 201 202 203 205 206 207208流量（m3/s） 08024088012801740 2300水位（m） 209 210211212213214215流量（m3/s）2900362043805200606070007940水位（m） 216 217218219流量（m3/s） 89801008011200123401.5水库面积、容积关系水库面积容积关系表见表1-8。表1-8 水库面积、容积关系表高程（m）205215220225230235240面积（km2）01.32.33.95.77.79.7容积（亿m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面积（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容积（亿m3）1.902.53.24.055.056.257.75高程（m）280285290295300面积（km2）31.235.240.348.158.4容积（亿m3）9.1010.7512.715.517.71.6泥沙石富站与1958年1966年实测悬移质含沙量。实测最大日平均断面含沙量2.81kg/ m3。，最大日平均断面输沙率1670kg/s，平均年输沙总量为27.1万吨。从实测资料统计49月份输沙量占全年85%，56月份占全年51%，这说明沙量与降水强度有密切的关系，通过输沙量与年平均流量相关延长涉沙资料系列，求的多年平均含沙量为0.89kg/ m3。，多年平均输沙率为8.76kg/s，多年平均悬移质输沙总量27.6万吨。石富站19591961年进行了为期三年的推移质测验，实测对大断面推移质为13.5kg/s，实测最小粒径为0.05mm，最大粒径为120mm，启动流速为1.401.93m/s。全年产生推移质天数为7393天，推移质输沙率占悬移质砂率20%，估计得多年平均推移质输沙量为5.52万吨。石富站多年平均输沙总量为33.1万吨，多年平均侵蚀模数120吨/平方公里左右，为浙江省水土流失最少的地区之一，因而泥沙对YY水库使用不会有严重影响.1.7工程地质1.7.1库区工程地址水库周围地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬完整，虽有部分断层延生库外，但断层胶结较好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之忧。由于库区岸边有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失很小，对水库蓄水无影响。库区范围内，尚未发现有重要经济价值的工业矿产，不影响水库建设。库区岩石以山岩为主，无力地质现象以小型塌滑体为多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为6度。1.7.2坝址地质1.地貌YY峡谷长约300m，坝址上游河谷为东西向，进入坝址后转为南北向，水流湍急，河流径急滩折向南偏东流出峡谷，在坝址上游转变和下游急滩两地段，水流集中冲刷形成深潭。河流深切，河谷呈“V”型，两岸地形坡度：200220m高程，为35；220260m高程为45；260340m高程为5060；河底高程为200m，谷宽80100m，一般枯水期水面宽度为50m，水深13m。左坝头上下游有北东向小冲沟发育，延伸长，切割深；右坝头下游有北西向和上游有北东向小冲沟发育，延伸短，切割浅。在冲沟之间形成北东向展布的地形分水岭，高达240m以上，回水线上下游分水岭宽度120150m，河流的发育系与近北东、北西节理及小型挤压破碎带有关，据两岸地形对称、岩脉、花岗斑岩接触线横切河谷，河中出露的岩基观察以及钻孔勘探结果证实，未发现较大的断层在河床中通过。2.岩性坝区位于90平方公里的“牛头山“花岗斑岩岩基的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉倾入其间，与周围围岩接触良好。3.地质构造（1）风化层两岸风化层零星分布，一般厚为0.52m。右坝头下游有西北向的F1断层和岩脉斜切分水岭分布，在其上盘劈理和挤压破碎带，节理密集带较为发育，致使岩石破碎，而且河谷在坝上有近90度转弯，形成向河谷突出的空面，所以右岸岩石风化破碎均较左岸严重，右岸分水岭310孔风化层达23层，左岸405洞口15m也较风化破碎。坝址下游为产状平缓的侏罗系中下缘的砂岩、页岩组成的小背斜，风化也较深。（2）断层花钢班岩中断层构造行迹也较少见，一般规模不大，为新华夏系华夏式构造体系的产物，主要的断层和挤压破碎带有：A）F1断层：从金水抗冲沟横穿河谷，斜切右岸分水岭，属张扭性，呈N4560W,NE4560产状延伸,长达500余米,破碎带宽35m,影响带月10m，期中有辉缘岩脉侵入，风化较剧，有暂时地下水渗出，该断层虽然伸向库内，但山体雄厚，断层带有一定程度的胶结，据压水实验，透水性极微。B）F2断层：位于右岸坝线附近，属张扭性，呈N4550W,NE50，破碎带宽510m，影响带宽度2m以上，为糜糜岩断层泥充填，并有地下水渗属张扭性，呈N4560W,NE4560产状延伸,长达500余米出。C)F3断层：分布于右岸坝头附近，压性，产状N25W,SE7075延伸,长达100余米, 破碎带宽0.3m,充填有糜岩，断层泥机岩屑等，该断层延伸与F交切。地下水以裂隙水为主，根据两岸分水岭钻孔资料，地下水位和相对抗水层顶板均高于300高程以上，越库渗漏问题不大。根据坝区资料分析，YY坝址两岸地形对称、岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属于工程地质条件较好的地质。4.厂房工程地质厂房位于河床勘探线之间，建基高程198m，河床中沙砾石厚度4.365.98m，近岸边基岩裸露，岩石全为花岗斑岩，新鲜完整，强度可以满足基础承载力要求，缓倾角节理仅在岸边3300孔及330孔中有分布，河床中少见低水头的2.8给定的设计控制数据裂隙承压水，在此范围内均有发现，一般说来，厂房工程地质条件较好，对缓倾角节理裂隙承压水可结合坝基处理。本区地震烈度小于6度。1.8给定的设计控制数据 正常蓄水位：283.00m 水库的兴利库容根据淹没范围确定为255m，防洪限制水位与正常蓄水位同高，水电站最大水头Hmax=82m。二、水文水利计算2.1兴利调节2.1.1确定工程的等级和建筑物的级别根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）及工程的基本资料，确定该工程的等级为等，工程规模为大（1）型，主要建筑物级别为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物等级为4级。2.1.2确定死水位根据前期调研，水库的消落深度h确定为30%Hmax=24.6m（Hmax为水电站的最大水头），故死水位为258.4m。2.1.3确定兴利库容的大小和设计保证率根据水库水位库容关系曲线，正常蓄水位283.00m对应的库容为10.09亿m3，死水位258.4m，对应的库容为3.78亿m3，故兴利库容的大小为6.31亿m3，即239.92（m3/s)月。根据兴利库容的大小及水利水电工程动能设计规范(DL/T5015-1996)，确定水库的设计保证率为95%。2.1.4确定水文年度 根据给定的实测径流资料（1951年1月至1976年12月），确定水文年度为每年的3月份开始，次年2月份结束。2.1.5径流调节计算1判断水库调节类型根据实测资料进行计算，得到坝址多年平均年径流量为Q=100.6m3/s，取用100m3/s，多年平均径流量为31.54亿m3，根据以下式（2-1） （2-1）式中：为库容系数；为兴利库容，m3；W 为多年平均径流量。计算得到=0.213=20.0%30%，故该水库调节属于年调节。2采用长系列法进行兴利调节计算采用长系列法进行兴利调节计算，通过试算判断出蓄水期、供水期以及不蓄不供期（具体过程见附表1），并根据以下式（2-2）、（2-3）及（2-4）计算得到各时段调节流量，计算结果见表2-1。 (2-2) (2-3) (2-4)式中： 为蓄水期某时段的调节流量，m3/s； 为供水期某时段的调节流量，m3/s； 为不蓄不供期某时段的调节流量，m3/s；W为某时段的来水总量，m3； 为兴利库容，m3；T为时间，s。3确定供水期QP，并计算NP对供水期的调节流量进行排频计算，得到供水期在95%的设计保证率下的调节流量为121.11m3/s，即QP=121.11m3/s。保证出力可根据以下式（2-5）进行计算 （2-5）式中： 为保证出力；K为出力系数，取8.0； 为设计保证率下的调节流量，m3/s； 为供水期平均水头，m。忽略水头损失，可由以下式(2-6)进行计算 (2-6)式中：为枯水年供水期水库上游平均水位，m，可由(V死+V兴)之值查水库水位库容曲线求得，其中V死为死库容，m3，V兴兴利库容