太湖流域潜鱼水库设计任务书.docx

太湖流域潜鱼水库设计任务书目录一、设计任务3二、背景资料32.1流域和水库情况简介32.2径流资料42.3流域洪水资料52.4坝顶高程设计相关资料72.5装机容量选择相关资料8三、设计年径流量的确定83.1按水利年度整理后的年径流量表83.2年径流量最终频率曲线图103.3设计、典型年径流量及缩放系数表103.4设计年内分配及典型年选择113.4.1设计丰水年的选择：113.4.2设计中水年的选择：113.4.2设计枯水年的选择：123.5数据表格及系数选择12四、水库死水位及正常蓄水位的选择134.1列表计算兴利库容134.2由泥沙资料确定死水位的计算过程154.3确定正常蓄水位的计算过程17五、装机容量初选175.1枯水年的水能计算175.2中水年的水能计算195.3确定装机容量及装机台数215.4确定多年平均发电量21六、设计洪水过程线的推求226.1经验频率计算226.2洪峰样本的最终配线图236.3设计值、典型值及缩放系数归纳表236.4.设计洪水过程线综合计算表246.5洪水过程图25七、结语26一、设计任务在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建一水库（坝址拟设在潜渔站），因而要进行水库规划的水文水利计算工作。（1）根据相关资料求出频率为10%、50、90丰、平、枯三代表年的年径流量。根据水利年度年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按设计年径流量用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配。（2）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%。请根据整理后的洪水资料，推求三种标准的设计洪水。（3）确定水库兴利库容、水库死水位和正常蓄水位。（4） 通过代表年的水能计算，进行装机容量及装机台数初选，并确定水能指标。二、背景资料2.1流域和水库情况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。2.2径流资料在坝址下游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 2.3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3）。表2 潜渔站洪峰资料统计表年洪峰Qm（m3/s）年洪峰Qm（m3/s）1954702196623219552841967244195674819681671957402196938719582001970305195923719715001960478197210819616591973484196258519742871963116019751661964409197611919655101977238表3 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）063410606713017359506811827368646911838377607010341538660719752339617729263440470738574341370748285742306757997343260766510100442357755111304522778431217146240794113230472538033142604826981361531749277824316335502868349173625129584531837352290855019350532638648203305427787472131555265884622305562528944232935724590432429358235914125445592249239265756021293372767561205943528805621929534299156318096333010006416197323110606515598313211306614599303311602.4坝顶高程设计相关资料1、根据实测泥沙资料分析，河流多年平均含沙量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50年。确定死水位时另加安全值2米。2、水轮机适应最小水头为16米。确定死水位时另加安全值0.5米。3、水库水位容积曲线（表4）。表4 水库水位容积曲线水位（m）48505255606570容积（106 m3）00.10.62.38.018.035.7水位（m）75808182838485容积（106 m3）60.394.4102.8111.3120.0129.0138.6水位（m）868788899091容积（106 m3）148.3158.8170.0181.5194.5207.04、水库下游水位流量关系曲线（表5）。表5 水位流量关系曲线水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m3/s）01.03.67.311.916.220.52.5装机容量选择相关资料1、出力系数取7.5，预留水头损失0.5米；保证出力倍比系数取2.5； 2、水轮机机型为HL263-LJ-100(即混流式263型)，单机容量为1250kw，适应最小水头16米；三、设计年径流量的确定3.1按水利年度整理后的年径流量表水利年度年径流量年份4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月年平均流量1979-198015214529182042233714.08 1980-19811933677710131117634730.50 1981-198226283119115543261212.67 1982-198321315623454116261197824.50 1983-19842738469322282312432325.08 1984-19851125443926182812756819.08 1985-198624293031181267766815.33 1986-198723214663111066543316.75 1987-19881632445843162610553622.00 1988-1989102424152037743361013.58 1989-199040223723172824267671020.58 1990-19912334382721127757101216.92 1991-1992194132862317633241020.50 1992-1993163538211465337101314.25 1993-19941727266665201912844522.75 1994-1995201834221688751113814.17 1995-1996193674433017117443721.25 1996-1997102363932322192865111326.33 1997-199829201933137868871814.67 1998-1999294834827113125332225.33 1999-20002327877222161496571124.92 3.2年径流量最终频率曲线图3.3设计、典型年径流量及缩放系数表潜鱼水文站年径流量理论频率计算曲线年份年平均流量序号年平均流量由大到小模比系数KiKi-1（Ki-1）2p=m/(n+1)*100%197914.08 130.50 1.543 0.543 0.2946 4.55 198030.50 226.33 1.332 0.332 0.1102 9.09 198112.67 325.33 1.281 0.281 0.0792 13.64 198224.50 425.08 1.269 0.269 0.0722 18.18 198325.08 524.92 1.260 0.260 0.0678 22.73 198419.08 624.50 1.239 0.239 0.0572 27.27 198515.33 722.75 1.151 0.151 0.0227 31.82 198616.75 822.00 1.113 0.113 0.0127 36.36 198722.00 921.25 1.075 0.075 0.0056 40.91 198813.58 1020.58 1.041 0.041 0.0017 45.45 198920.58 1120.50 1.037 0.037 0.0014 50.00 199016.92 1219.08 0.965 -0.035 0.0012 54.55 199120.50 1316.92 0.856 -0.144 0.0208 59.09 199214.25 1416.75 0.847 -0.153 0.0233 63.64 199322.75 1515.33 0.776 -0.224 0.0504 68.18 199414.17 1614.67 0.742 -0.258 0.0666 72.73 199521.25 1714.25 0.721 -0.279 0.0780 77.27 199626.33 1814.17 0.717 -0.283 0.0803 81.82 199714.67 1914.08 0.712 -0.288 0.0827 86.36 199825.33 2013.58 0.687 -0.313 0.0979 90.91 199924.92 2112.67 0.641 -0.359 0.1291 95.45 总计415.25415.2521.0040.0041.3557理论频率曲线选配计算表频率第一次配线第二次配线Q平均=19.77 Cv=0.26 Cs=1.5CvQ平均=19.77 Cv=0.26 Cs=2CvpKpQppKpQp12.62 1.68 33.24 2.68 1.70 33.55 51.75 1.46 28.77 1.77 1.46 28.87 101.32 1.34 26.56 1.32 1.34 26.56 200.82 1.21 23.98 0.81 1.21 23.93 50-0.07 0.98 19.41 -0.08 0.98 19.36 75-0.71 0.82 16.12 -0.71 0.82 16.12 90-1.23 0.68 13.45 -1.22 0.68 13.50 95-1.52 0.60 11.96 -1.49 0.61 12.11 99-2.03 0.47 9.34 -1.96 0.49 9.70 Cs=0.57，从表格中可以查得： 当P=10%时，QP=10%=26.56（m3/s）当P=50%时，QP=50%=19.36（m3/s） 当P=90%时，QP=90%=13.50（m3/s）3.4设计年内分配及典型年选择3.4.1设计丰水年的选择：从数据中可以看出，19831984年、19961997年、19981999年年流量分别为25.1m3、26.33m3、25.3m3，与年设计流量相近，不过19961997年610月的来水量占全年的70%，为最典型丰水年。所以选择其为丰水年典型年。3.4.2设计中水年的选择：从数据中可以看出，19841985年、19891990年、19911992年年流量分别为19.08m3、20.6m3、20.5m3，与年设计流量相近，从年内分布情况来看，19841985年更符合典型中水年的选择，所以选择其为中水年典型年。3.4.2设计枯水年的选择：从数据中可以看出，19791980年、19811982年、19881989年、19921993年、19941995年五个水利年的年流量分别为：14.08m3、12.67m3、13.58 m3、14.25 m3、14.17 m3，都与年设计径流量相近。从年内分布情况来分析，19791980年10月到第二年2月来水最枯，仅占全年的8.28%，年内分布最不利，所以选此年枯水年为典型年。3.5数据表格及系数选择设计、典型年径流量及其缩放系数年份缩放系数KP典型年平均流量Q典设计年平均流量QP199619971.008726.3326.56198419851.014719.0819.36197919800.958814.0813.50潜鱼水文站设计枯水年流量各月分配表月份456789101112123年平均典型年月平均径流量15.00 21.00 45.00 29.00 18.00 20.00 4.00 2.00 2.00 3.00 3.00 7.00 14.08 设计年月平均净流量14.38 20.13 43.15 27.81 17.26 19.18 3.84 1.92 1.92 2.88 2.88 6.71 13.50 潜鱼水文站设计中水年流量各月分配表月份456789101112123年平均典型年月平均径流量11.00 25.00 44.00 39.00 26.00 18.00 28.00 12.00 7.00 5.00 6.00 8.00 19.08 设计年月平均净流量11.16 25.37 44.65 39.57 26.38 18.26 28.41 12.18 7.10 5.07 6.09 8.12 19.36 潜鱼水文站设计丰水年流量各月分配表月份456789101112123年平均典型年月平均径流量102363932322192865111326.33 设计年月平均净流量10.09 23.20 63.55 93.81 23.20 22.19 19.17 28.24 6.05 5.04 11.10 13.11 26.56 四、水库死水位及正常蓄水位的选择4.1列表计算兴利库容表1 潜鱼水文站设计枯水年（P=90%）流量各月分配表月份456789101112123年平均典型年月平均径流量15.00 21.00 45.00 29.00 18.00 20.00 4.00 2.00 2.00 3.00 3.00 7.00 14.08 设计年月平均净流量14.38 20.13 43.15 27.81 17.26 19.18 3.84 1.92 1.92 2.88 2.88 6.71 13.50 表2 潜鱼水文站水库年调节计算表时间（年月）来水量（单位：m/s）用水量（单位：m/s）来水量-用水量（单位：m/s）兴利库容（单位：106m）余水（单位：m/s）缺水（单位：m/s）1979414.38131.38151.371979520.13137.131979643.151330.151979727.811314.811979817.26134.261979919.18136.181979103.84139.161979111.921311.081979121.921311.08198012.881310.12198022.881310.12198036.71136.29合计162.0615663.9157.85校核162.043-156=6.0663.91-57.85=6.064.2由泥沙资料确定死水位的计算过程（1）泥沙淤积的需要V沙 年=1+0W0m1-r+V塌式中： V沙 年多年平均年淤沙容积, m/年0 多年平均含沙量, kg/ m W0多年平均年径流量, m m 淤积体的孔隙率,% 淤积体的孔隙率, =0.3-0.4 r 泥沙颗粒的干容重, kg/ m 根据实测泥沙资料分析，河流多年平均含沙量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50年。又根据作业一，W0=6.25108m将上述数据代入，即可得V沙 年=1.33105 m/年T年后的总淤沙容积为V沙 总=TV沙 年而T=50年，故 V沙 总=6.65106m再由V沙 总可查水位容积曲线得相应库水位，另加安全值2米，即为淤沙需要的死水位。如表3-1为水库水位容积曲线，插值即可得淤沙需要的死水位为58.82米，另加安全值2米，淤沙需要的死水位为60.82米.表3-1 水库水位容积曲线表水位（m）48505255606570容积（106 m3）00.10.62.38.018.035.7水位（m）75808182838485容积（106 m3）60.394.4102.8111.3120.0129.0138.6水位（m）868788899091容积（106 m3）148.3158.8170.0181.5194.5207.0（2）水力发电的需要根据水轮机最小运行水头推求水库最低水位，其中下游水位采用设计多年平均流量确定。已知设计多年平均流量为19.81 m3/s，查表3-2水位流量关系曲线表并插值即可得下游水位为47.17米，水轮机适应最小水头为16米，确定死水位时另加安全值0.5米，最终得发电所需死水位为63.67米。表3-2 水位流量关系曲线表水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m3/s）01.03.67.311.916.220.5（3）死水位的确定综合以上两方面的要求，发电所需死水位为63.67米，淤沙需要的死水位为60.82米，选择高者为设计水库的死水位，得出其死水位为63.67米。4.3确定正常蓄水位的计算过程（1）确定死库容由上可知死水位为63.67米，查表3-1 水库水位容积曲线表并插值的死库容为15.34106m（2）确定正常蓄水位由上计算得兴利库容为151.37106m，死库容为15.34106m，二者之和为166.71106m，再查表3-1 水库水位容积曲线表并插值得正常蓄水位87.71米。五、装机容量初选5.1枯水年的水能计算（1）采用等流量调节方式，进行水能计算假设10月次年3月6个月为供水期，则：W供=3.84+1.92+1.92+2.88+2.88+6.71=20.2 m/s月，利用公式，Q供，调=（20.2+57.60）/6=12.97 m/s；而10月次年3月的天然来水量小于12.97 m/s，4月9月的天然来水量大于12.97 m/s，该假设正确。同理假设4月9月6个月为蓄水期，则：W蓄= 14.38+20.13+43.15+27.81+17.26+19.18=141.91 m/s月，利用公式，Q蓄，调=（141.91-57.60）/614.05 m/s；而4月9月的天然来水量大于14.05 m/s，10月次年3月的天然来水量小于14.05 m/s，该假设正确。计算水库各月蓄水和月平均水位（采用直线插值）；计算各月下游水位（并采用直线插值）；计算各月出力。由公式N=AQH；H=H水库 + H下游 H损，取H损=0.5m,A=7.5。计算结果如表一所示。月份天然来水量（m/s）发电用水（m/s）余水量不足水量月末水库蓄水量（万m）平均蓄水（万m）月平均水位（m）下游水位（m）水头（m）出力（m）流量（m/s）水量（万m）流量（m/s）水量（万m）414.3814.050.3387 15811558 63.7946.90 16.39 1727.10 520.1314.056.081597 31782380 66.6446.90 19.24 2027.42 643.1514.0529.17643 108217000 76.4246.9029.02 3057.98 727.8114.0513.763614 1443512628 83.746.90 36.30 3825.11 817.2614.053.21843 1527814857 86.0346.90 38.63 4070.64 919.1814.055.131347 1662515952 87.0646.90 39.66 4179.17 103.8412.979.132398 14227 15426 86.5746.85 39.22 3815.13 111.9212.9711.052902 11325 12776 83.8646.85 36.51 3551.51 121.9212.9711.052902 8450 9887 80.5346.85 33.18 3227.58 12.8812.9710.092650 5815 7133 76.6246.85 29.27 2847.24 22.8812.9710.092650 3178 4497 71.8846.85 24.53 2386.16 36.7112.956.241639 15342356 66.5746.85 19.22 1866.74 5.2中水年的水能计算计算方法与第一步完全相同，其计算结果如表所示。月份天然来水量（m/s）发电用水（m/s）余水量不足水量月末水库蓄水量（万m）平均蓄水（万m）月平均水位（m）下游水位（m）水头（m）出力（m）流量（m/s）水量（万m）流量（m/s）水量（万m）525.3719.595.7815183052229366.3947.1618.732751.91644.6519.5925.066582 9634 6343 75.46 47.16 27.80 4084.52 739.5719.5919.985248 14882 12258 83.29 47.16 35.63 5234.94 826.3819.596.791783 16666 15774 86.90 47.16 39.24 5765.34 918.2618.2600 16666 16666 87.70 47.10 40.10 5491.70 1028.4128.4100 00 16666 16666 87.70 47.57 39.63 8444.16 1112.1817.895.711500 15166 15916 87.03 47.01 39.52 5302.60 127.117.8910.792834 12332 13749 84.88 47.01 37.37 5014.12 15.0717.8912.823367 8965 10648 81.43 47.01 33.92 4551.22 26.0917.8911.83099 5865 7415 77.03 47.01 29.52 3960.85 38.1217.899.772566 3299 4582 72.06 47.01 24.55 3294.00 411.1617.886.721765 15342417 65.35 47.01 17.84 2392.34 5.3确定装机容量及装机台数采用保证出力倍比法，以枯水年的供水期的平均出力即为保证出力，即NP =（3815.13+3551.51+3227.58+2847.24+2386.16+1866.74）/62949.06kw; 取c=2.5，由公式N装=c NP可得，N装=2.52949.067372.65kw由水轮机机型为HL263-LJ-100(即混流式263型)，单机容量为1250kw，确定装机台数，即n=7372.6512505.9（台）实际生活中，机组只可能是整数，所以取n=6台，则装机容量修正为N装=7500kw5.4确定多年平均发电量 由中水年计算多年平均发电量，计算结果:年发电总量为：E=56287.6730.4244.11107（kwh）六、设计洪水过程线的推求6.1经验频率计算原始数据洪峰流量从大到小排序经验频率计算PM= Pm=年份洪峰流量Qm(m/s)年份洪峰流量Qm(m/s)序号MPM(%)序号mPm(%)192213501922135011.8 19547021963116023.5 1955284195674828.0 19567481954702312.0 19574021961659416.0 19582001962585520.0 19592371965510624.0 19604781971500728.0 19616591973484832.0 19625851960478936.0 1963116019644091040.0 196440919574021144.0 196551019693871248.0 196623219703051352.0 196724419742871456.0 196816719552841560.0 196938719672441664.0 197030519772381768.0 197150019592371872.0 197210819662321976.0 197348419582002080.0 197428719681672184.0 197516619751662288.0 197611919761192392.0 197723819721082496.0 备注：N=56，n=24,a=2,l=1, =399.13m3/s6.2洪峰样本的最终配线图图1 潜鱼水库设计洪水频率分析曲线图6.3设计值、典型值及缩放系数归纳表表二 设计值、典型值及缩放系数归纳表频率（%）设计流量（m3/s）典型流量（m3/s）缩放系数0.11914.69 11601.651 11327.71 11601.145 5916.06 11600.790 6.4.设计洪水过程线综合计算表时段（t1h）流量（m3/s）设计流量时段（t1h）流量（m3/s）设计流量P=0.1%P=1%P=5%P=0.1%P=1%P=5%Kq=1.651Kq=1.145Kq=0.790Kq=1.651Kq=1.145Kq=0.790069.906 6.870 4.740 50286472.186 327.470 225.940 1711.557 8.015 5.530 51295487.045 337.775 233.050 2711.557 8.015 5.530 52290478.790 332.050 229.100 3813.208 9.160 6.320 53263434.213 301.135 207.770 41524.765 17.175 11.850 54277457.327 317.165 218.830 52337.973 26.335 18.170 55265437.515 303.425 209.350 63456.134 38.930 26.860 56252416.052 288.540 199.080 74370.993 49.235 33.970 57245404.495 280.525 193.550 85794.107 65.265 45.030 58235387.985 269.075 185.650 973120.523 83.585 57.670 59224369.824 256.480 176.960 10100165.100 114.500 79.000 60212350.012 242.740 167.480 11130214.630 148.850 102.700 61205338.455 234.725 161.950 12171282.321 195.795 135.090 62192316.992 219.840 151.680 13230379.730 263.350 181.700 63180297.180 206.100 142.200 14260429.260 297.700 205.400 64161265.811 184.345 127.190 15317523.367 362.965 250.430 65155255.905 177.475 122.450 16335553.085 383.575 264.650 66145239.395 166.025 114.550 17362597.662 414.490 285.980 67130214.630 148.850 102.700 18373615.823 427.085 294.670 68118194.818 135.110 93.220 19350577.850 400.750 276.500 69118194.818 135.110