水库设计洪水工程水文学课程设计.doc

水文学课程设计课程名称： 工程水文学 题 目： 陂 下 水 库 设 计 洪 水 学 院： 土木工程 系： 水利水电与港口工程 专 业： 水利水电工程 班 级： 2012级 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 2014.06.23 2014.06.27 指导教师： 职称： 高工 二O一四 年 六 月 目录第1章 基本资料1 1.1 工程概况1 1.2 设计资料1第2章 设计要点3 2.1 设计标准3 2.2 确定流域参数3 2.3 设计暴雨3 2.4 损失参数11 2.5 汇流参数11 2.6 设计洪峰流量推求11 2.7 设计洪水过程线13第3章 设计成果18第4章 成果合理性分析19附录20第1章 基本资料1.1 工程概况 1.1.1 水库概况 陂下水库位于福建省长汀县四都乡，与江西省毗邻。坝址位于汀江支 流濯田河的小支流陂下河上。濯田河水力资源丰富，经流域规划，提出水力发电四级开发方案，陂下水库为一级龙头水库。根据地形、地质条件，总库容初估约为50006000万m3，属中型水库，装机容量5000kW左右，属小型电站。水工建筑物为三级建筑物，大坝为砌石坝。1.1.2 流域概况 陂下水库坝址以上流域面积166 km2，流域为山丘区，平均高度500 m，主河长304 km，主河道平均比降782 。流域内植被良好，土壤以红壤土为主。流域内雨量丰沛，多年平均降雨量16175 mm，主要集中在四九月，其中四六月份以锋面雨为主，七九月份以台风雨为主。流域内多年平均径流深981 mm，多年平均陆面蒸发量6365 mm，多年平均水面蒸发量990 mm。1.2设计资料1.2.1 资料概况陂下水库坝址处无实测流量资料，流域内也无实测雨量资料。坝址下游约1 km 处有四都雨量站，具有19561975年实测降雨系列。陂下河1973年5月31日发生过一场特大暴雨，四都站实测最大一日雨量3325 mm ，经调查，重现期约为80100年。流域附近有观音桥、官庄、上杭、桃溪、杨家坊水文站及长汀、新桥、铁长、庵杰、四都、濯田等雨量站。资料情况见表1。其它资料：水利水电工程设计洪水计算手册，福建省水文手册、龙岩地区简易水文手册、龙岩地区水文图集。1.2.2 设计资料1各水文站站有关资料年限统计表，见表1。2. 暴雨资料 长汀、四都、濯田站实测短历时暴雨资料，见表2。3.福建省暴雨点面折算关系，见表3。4. 福建省设计暴雨时程分配，见表4。5. 福建省次暴雨强度和损失参数关系，见表5。6. 降雨历时等于24小时的径流系数值表，见表6。7. 福建省汇流参数m 经验公式，见表7。8. 汇流参数 m 值查用表，见表8。9. 福建省24h暴雨洪水概化过程线系数表，见表9。10. 福建省龙岩市和江西省赣州市部分水文站洪峰流量分析成果表，见表10。第2章 设计要点2.1 设计标准 根据工程规模确定设计洪水标准，包括设计洪水标准和校核洪水标准。该水库为三级建筑物，大坝为砌石坝，设计标准为50年一遇，校核标准为500年一遇。2.2 确定流域参数 根据万分之一地形图，坝址以上集水面积F为166 km2，主河道长度L为30.4km，主河道河底比降为7.83。2.3 设计暴雨2.3.1 暴雨递减指数根据长汀雨量站各种历时T=3h、6h、12h、24h实测最大雨量系列进行频率分析，其中1966年暴雨可以认为是1936年以来最大。求出P=0.2%，1%，2%，10%，20%设计雨量，并化为降雨强度，在双对数纸上点绘T和关系，并图解出暴雨递减指数。表2-1 长汀3h降雨量经验频率成果表序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）1154.42.41150.152.4295.59.51250.157.1364.114.31347.961.9463.419.01446.566.755723.81545.471.4656.528.61643.376.2755.933.31741.881.0853.738.11841.185.7952.242.91939.690.51051.347.62024.995.2经计算，Ex=54.2mm Cv=0.39调整后得：图2-1表2-2 长汀6h降雨量经验频率成果表序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率(%)1174.72.4116052.421309.51259.557.1396.914.31358.561.9496.619.01456.266.7579.223.81552.971.4678.128.61652.576.2764.233.31751.281.0864.138.11849.385.7962.242.91946.490.51060.647.62037.595.2经计算，Ex=68.8mm Cv=0.4调整后得：图2-2表2-3 长汀12h降雨量经验频率成果表序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）1178.82.41975.552.82141.75.62074.655.63129.88.32174.158.34113.711.12273.261.15111.113.92369.163.96106.616.72467.566.77106.419.42565.569.4810022.22662.672.2998.525.02759.375.01097.227.82858.777.81195.630.62957.780.61292.533.33057.483.31389.836.13153.386.11489.438.93253.288.91585.841.73352.791.71683.544.43451.794.41777.447.23551.597.21877.150.0经计算，Ex=83.4mm Cv=0.33调整后得：图2-3表2-4 长汀24h降雨量经验频率成果表序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）1219.62.420102.451.32167.75.121101.853.83148.27.722100.756.4414410.32395.459.0513912.82495.161.56138.915.42593.664.17137.317.92690.466.78133.620.5278969.2912223.12886.671.810116.825.62984.974.411115.828.23079.576.912113.730.83176.779.513112.833.33270.382.114112.535.93369.984.615112.338.53466.287.216108.541.03561.189.717104.343.63659.592.318103.446.23758.394.919102.748.73856.997.4经计算，Ex=104.9mm Cv=0.31调整后得：图2-4表2-5 长汀设计雨量成果表（mm） P(%)T(h)0.2121020CvCs/Cv3214.66164.7142.4192.671.520.513.56229.92180.26158.86109.1587.720.503.512240.2195.08175.28127.84106.290.383.524264.67221.1201.7154.11131.680.344.0表2-6 P=0.2%长汀降雨强度表T（h）设计雨量（mm）降雨强度(mm/h)3214.6671.566229.9238.3212240.220.0124264.6711.03表2-7 P=1%长汀降雨强度表T(h)设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）3164.754.96180.2630.0412195.0816.2624221.19.21表2-8 P=2%长汀降雨强度表T(h)设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）3142.4147.476158.8626.4812175.2814.6124201.78.40表2-9 P=10%长汀降雨强度表T(h)设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）396.630.876109.1518.1912127.8410.6524154.116.42表2-10 P=20%长汀降雨强度表T(h)设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）371.5223.84687.7214.6212106.298.8624131.685.49图2-5 根据长汀站降雨强度与时间对数关系曲线，见图2-5，解出暴雨递减指数并求其平均值，为最终的暴雨递减指数。2.3.2 四都站24h设计暴雨计算根据四都站实测日最大雨量进行频率分析，其中1973年暴雨须作特大值处理，求出设计日雨量，再按经验关系：，换算为24h设计雨量。表2-11 四都最大一日降水量经验频率成果表序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）1332.51.0118952.42171.89.5128657.13130.114.31384.261.94121.219.01483.866.75118.923.81583.471.46110.428.61677.376.27108.233.31774.681.08108.238.11865.185.7993.442.91955.290.5109047.62054.395.2经计算，,Ex=97.4mm Cv=0.37调整后得：图2-6 表2-12 四都24h设计暴雨单位：mm频率雨量0.2%2%设计日雨量435.29274.5924h设计雨量496.23313.032.3.3 设计雨力SP当P=2%时，根据公式求出设计雨力=175.68mm。当P=0.2%时，为278.46mm。2.3.4 求各种历时设计雨量利用暴雨公式： （）推求1h、3h、6h、24h设计雨量。表2-13 P=2%时各种历时设计雨量表T（h）13624Ht,p(mm)175.67214.49239.02303.34 表2-14 P=0.2%时各种历时设计雨量表T（h）13624Ht,p(mm)278.41340.02378.90480.862.3.5陂下水库坝址以上流域面平均设计雨量及时程分配直接移用四都站设计雨量，按福建省暴雨点面折算关系求陂下水库各种历时流域设计面平均雨量。 按福建省水文手册中24h设计暴雨典型分配推求设计暴雨时程分配（表3）。查表并由内插法算得：表2-15 陂下水库坝址以上流域点面折算系数成果表T（h）13624折算系数0.8130.8490.8900.948 表2-16 P=2%时设计面平均雨量表T（h）13624设计面平均雨量 (mm)142.81182.10212.73287.56表2-17 设计暴雨时程分配表（p=2%) （mm）日程最大24小时时段历时662136占H1 %100占（H3-H1）%100占（H6-H3）%100占（H24-H6）%204238设计暴雨过程15.9731.4339.292142.8130.62828.44表2-18 P=0.2%时设计面平均雨量表T（h）13624设计面平均雨量 (mm)226.39288.68337.22455.86表2-19 P=0.2%时暴雨时程分配表 (mm)日程最大24小时时段历时662136占H1 %100占（H3-H1）%100占（H6-H3）%100占（H24-H6）%204238设计暴雨过程23.72749.82662.288226.38748.54645.082.3.6 求设计净雨过程 按福建省水文手册规定，24h设计暴雨不扣损，直接将设计暴雨过程作为设计净雨过程2.4 损失参数P=2%时 ，i次=H24,p/24=11.98mm/h ，查表并由内插法算得，=4.29mm/hP=0.2时，i次= H24,p/24=18.99mm/h，查表并由内插法算得，=6.16mm/h2.5 汇流参数m 按福建省水文手册经验关系： 推求。主河道长度L=30.4km，主河道河底比降J=7.83。L/J1/3=153.16，查表并由内插法算得，m=1.292.6 设计洪峰流量推求用推理公式计算：当时： 当时： 采用试算法，试算法步骤如下： 由（D）式计算。 假定一个，代入（B）式计算出。 计算（1）当时： 由（A1）式计算。 （2）当时： 由（A2）式计算。 比较和， （1）当，即为所求； （2）当，将，返回 。式中为误差标准。试算法： P=0.2%时=10.22h 表2-20 P=0.2%设计洪峰流量试算表Qmp(m3/s）TcQmp(m3/s255010.224.66 2689 260010.224.64 2701 265010.224.61 2713 270010.224.59 2724 271010.224.59 2726 272010.224.58 2729 273010.224.58 2731 274010.224.58 2733 275010.224.57 2735 取校核洪峰流量Qmp=2730m3/s =4.58P=2%时=9.05h 表2-21 P=2%时试算成果表Qmp(m3/sTcQmp(m3/s）14009.055.41 1461 14109.055.40 1463 14209.055.39 1466 14309.055.38 1468 14409.055.37 1471 14509.055.37 1473 14609.055.36 1475 14709.055.35 1478 14809.055.34 1480 14909.055.33 1482 15009.055.32 1485 取设计洪峰流量Qmp=1480m3/s =5.342.7 设计洪水过程线2.7.1 分割时段地表径流和地下径流 记时段净雨为Ri，时段地表净雨为RSi，时段地下净雨为Rgi。 当Ri ： 当： 地表净雨 （mm） 地下净雨 （mm）表2-22 P=2%时时段地表和地下净雨量表 时段历时（h）662136Rgi(mm)15.9725.748.584.2912.8725.74Rsi（mm）05.6930.71138.5217.762.70地表净雨 =195.38mm地下净雨 =93.19mm表2-23 P=0.2%时时段地表和地下净雨量表时段历时（h）662136Rgi(mm)23.7336.9612.326.1618.4836.96Rsi（mm）012.8749.97220.2330.078.12地表净雨 =321.25mm地下净雨 =134.61mm2.7.2计算设计洪量 当 P=2%时，根据公式算得 地表洪量 =32433080m3 地下洪量 =15469540m3 P=0.2%时，根据公式算得 地表洪量 =53327002m3 地下洪量 =22344762m32.7.3 地表洪水过程线 采用福建省概化洪水过程线推求。先计算洪水形状系数，式中，T为地表洪水过程线的底宽，24h设计雨量固定为50h，然后根据值查关系表（见表9），乘以地表洪峰流量即得设计地表洪水过程线（表9）。P=2%时，=0.12 P=0.2%时，= 0.11 表2-24 设计/校核洪水过程线表t(h)p=2%Qt(m3/s)Qm(m3/s)Qt+QmP=0.2%Qt(m3/s)Qm(m3/s)Qt+QmQt/Qm(%)(m3/s)Qt/Qm(%)(m3/s)000 0 0 0 0 0 0 32.334 5 39 263 7 70 65.886 10 96 5.2158 15 173 77.2107 12 119 6.4197 17 214 88.6127 14 141 7.7235 20 255 910.1149 15 165 9276 22 298 1011.8175 17 192 10.5322 25 347 1113.7203 19 222 12.4374 27 401 1216.3241 21 262 14.7445 30 475 1319.6290 22 312 17.8535 32 567 1428.2417 24 441 25.8770 35 805 1546.4687 26 713 43.11267 37 1304 15.572.81077 27 1104 69.31987 38 2026 161001480 28 1508 1002730 40 2770 16.581.81211 28 1239 79.82233 41 2274 1767.2995 29 1024 64.31835 42 1877 1844.6660 31 691 41.11218 45 1262 1934.1505 33 537 31931 47 978 2027.4406 34 440 24.7748 50 798 2122.8337 36 374 20.5622 52 675 2219.6290 38 328 17.5535 55 590 2317.1253 40 293 15.1467 57 524 2414.7218 41 259 12.9401 60 461 2512.8189 43 232 11.1349 62 412 2611163 45 207 9.6300 65 365 304.262 52 114 3.4115 74 189 351.624 60 84 1.244 87 131 400.913 69 82 0.825 99 124 450.34 77 82 0.28 112 120 5000 86 86 00 124 124 5184 84 122 122 5283 83 119 119 5381 81 117 117 5479 79 114 114 5577 77 112 112 5676 76 109 109 5774 74 107 107 5872 72 104 104 5970 70 102 102 6069 69 99 99 6167 67 97 97 6265 65 94 94 6364 64 92 92 6462 62 89 89 6560 60 87 87 6658 58 84 84 6757 57 82 82 6855 55 79 79 6953 53 77 77 7052 52 74 74 7150 50 72 72 7248 48 70 70 7346 46 67 67 7445 45 65 65 7543 43 62 62 7641 41 60 60 7740 40 57 57 7838 38 55 55 7936 36 52 52 8034 34 50 50 8133 33 47 47 8231 31 45 45 8329 29 42 42 8428 28 40 40 8526 26 37 37 8624 24 35 35 8722 22 32 32 8821 21 30 30 8919 19 27 27 9017 17 25 25 9115 15 22 22 9214 14 20 20 9312 12 17 17 9410 10 15 15 959 9 12 12 967 7 10 10 975 5 7 7 983 3 5 5 992 2 2 2 1000 0 0 0 图2-7 设计洪水地表过程线 图2-8 校核洪水地表过程线2.7.4 地下洪水过程线 地下洪水过程线概化为等腰三角形，底宽是地表洪水过程线底宽的两倍，洪峰流量，T为地表洪水过程线的底宽。P=2%时 ，=86m3/s P=0.2%时，=124m3/s 图2-9 地下洪水过程线 2.7.5设计洪水过程线 将地下洪水过程线的洪峰流量置于地表洪水过程线的终止点，起涨点和地表洪水过程线的起涨点重合，中间过程按直线内插，然后同时刻地表流量和地下流量叠加即得设计洪水过程线。图2-10 设计洪水过程线图2-11 校核洪水过程线第3章 设计成果 表3-1 设计成果表暴雨递减指数n2四都站24h设计雨量H24,p（mm）设计雨力Sp(mm)损失参数(mm/h)汇流参数m设计洪峰流量Qmp(m3/s)设计0.82313.03274.594.291.291480校核0.82496.23435.296.161.292730地表净雨Rs(mm)地下净雨Rg(mm)地表洪量Ws(m3)地下洪量Wg(m3)洪水形状系数地下洪峰流量Qmg(m3/s)设计195.3893.1932433080154695400.1286校核321.25134.6153327002223447620.11124 第4 章 成果合理性分析根据福建省及江西省赣州市部分小流域实测洪水频率计算成果分析论证陂下水库设计洪水的合理性和可靠性。设面积为取对数为x，洪峰流量取对数为y表4-1 成果合理性分析成果表F(km2)Qm(m3/s)log Flog Qm37713302.583.1252716202.723.2174127202.873.43588865003.773.8179226202.903.422809802.452.9931.52571.502.4119210602.283.0365429402.823.4764222202.813.3591117602.963.2534812302.543.0956926002.763.4146711502.673.0651.54001.712.60 经计算，回归线性方程为：y=0.63x+1.52。以95%为置信区间做该直线的两条平行线作为所有点的包线,经计算，两条平行线的方程分别为 Y=0.63x+1.85 y=0.63x+1.18 做成果分析，把F=166，Qm=1480m3/s点在图中，该点刚好落在包线的区域内部，所以坡下水库设计洪水合理。图4-1附录附表1 各水文站站有关资料年限统计表站 名观音桥 官 庄 上 杭 桃 溪杨家坊 长 汀 新 桥 铁 长 庵 杰 四 都 濯 田流域面积（km2）37734685888527741观测项目流量流量流量流量流量雨量雨量雨量雨量雨量雨量资料年限1958197519511975194119751958197519581975194119751956197519631975196519751956197519561975附表2 各雨量站逐年各时段最大降水量统计表 站 名长 汀 四 都 濯 田 年 份 3 h 6 h 12 h 24 h最大一日最大一日 1936 951 19371168 19381034 1939 9561137 1940 7711007 1941 675 849 1942 9851390 1943 515 595 1944 593 890 1945 691 767 1946 8981085 1947 655 936 194810661125 1949 1950 1951 6261373 1952 577 699 1953 9721043 1954 517 569 1955 746 866 1956 249 375 532 795 842 843 1957 501 512 7741024 8341237 1958 396 493 533 611 746 701 1959 955130014171440 8601376 1960 454 525 527 662 773 910 1961 522 600 8581018 9001658 1962 433 781 92510271189 950 1963 418 585 7551123 838 968 1964 641 9691298167710821599 1965 465 529100014821212 800 1966154417471788219617181961 1967 411 464 587 703 651 841 1968 570 595 7411128 552 786 1969 634 641 835 954 9341132 1970 501 606 7321158 8901105 1971 559 562 574 583 543 668 1972 479 622 894 90411041411 1973 513 6421111133633251614 1974 537 7921137138913011101 1975 565 9661064122010821384附表3 福建省暴雨点面折算关系表 F（km2）t（h） 0 20 40 60 80100120140160180 11.0000.9450.9110.8840.8640.8470.8340.8230.8150.807 31.0000.9600.9310.9100.8930.8790.8670.8580.8510.845 61.0000.9770.9570.9420.9280.9170.9070.8990.8920.886 121.0000.9860.9720.9610.9510.9430.9350.9280.9210.915 241.0000.9910.9830.9750.9690.9640.9590.9530.9490.944附表4 福建省设计暴雨时程分配表 日 程 最 大 24 小 时 时段历时（h） 6 6 2 1 3 6 占H1 % 100占（H3-H1）% 100占（H6-H3）% 100占（H24-H6）% 20 42 38附表5 福建省次暴雨强度和损失参数关系表 （单位：mm/h） 0 5 10 15 20 25 30 0 20 37 52 64 73 81附表6 降雨历时等于24小时的径流系数值表（设计手册） 地 区H24 （mm） 土 壤 粘土类 壤土类 沙壤土类 山 区 100200 0.650.80 0.550.70 0.400.60 200300 0.800.85 0.700.75 0.600.70 300400 0.850.90 0.750.80 0.700.75 40050