毕业设计--平垣水库水文水利计算.doc

平垣水库水文水利计算目 录摘 要1关键词1Abstract1Key words1前 言21 工程设计基本资料31.1 流域基本资料31.2 水文资料42 水文计算52.1 水文资料的插补延长52.1.1 陈村站水文资料相关图52.1.2 陈村站流量的还原计算52.1.3 陈村站水文资料相关图72.1.4 平垣站水文资料插补计算82.2 系列代表性分析92.2.1 平垣水文站年径流量分析（长系列）92.2.2 平垣水文站年径流量分析（短系列法)122.3 设计年径流量和灌溉供水期设计径流量的计算以及径流年内分配142.3.1 统计参数计算142.3.2 选择典型年，用同倍放大法，求设计枯水年径流年内分配153 设计洪水计算153.1 洪水峰、量频率计算153.1.1洪水资料收集163.1.2 洪水资料的插补延展163.1.3 资料一致性、代表性审查163.1.4 洪水特大值处理163.1.5 洪水频率计算173.1.6 设计成果的合理性检查203.2 设计洪水过程线推求203.2.1平垣站洪水统计资料203.2.2平原水库设计洪峰及典型洪峰统计214 水库的兴利调节计算244.1 设计用水过程线244.2 水位-库容曲线254.3 洪水调节计算264.3.1调洪演算264.3.2确定坝顶高程和最大坝高30参考文献31致 谢32平垣水库水文水利计算摘要：平垣水库位于芜湖径县境内徽水上，积水面积F=992km2，主河道长94Km，河道坡降3.84，流域坡度6.5dm/km2, 多年平均径流深740mm，多年平均水面蒸发量950mm。本设计主要进行平垣水库水文及水利计算，水文计算的主要任务主要是：第一，推求年、月径流系列和设计枯水年的年内径流分配；第二，推求设计洪水（P=1%）和校核洪水（P=0.1%）过程线及求出满足设计频率p=80%, p=85%, p=90%的设计流量值。水利计算的主要任务是：第一，推求水库特征水位；第二，确定大坝建筑物高度。在计算过程中，先对陈村站水文资料进行还原，再利用还原后的数据对平垣站的水文资料进行插补计算，利用还原后的数据，通过系列代表性分析（包括平垣水文站年径流量长系列分析计算，平垣水文站年径流量短系列分析计算），选择典型年，用同倍放大法，可求得设计枯水年径流年内分配以及不同设计频率的设计流量，；再通过同倍放大法求得设计洪水（P=0.1%）和校核洪水（P=1%）过程线。再通过水库的兴利调节计算求得水库特征水位以及大坝高程。 关键词：水文水利计算；水库兴利计算；调洪演算The Ping Yuan reservoir hydraulic calculation Abstract:Is located in Wuhu the Keng County emblem Water Ping Yuan Reservoir, the water area of F = 992km2, the main river length of 94Km river gradient of 3.84 , basin slope 6.5dm/km2, years of average runoff depth of 740mm, mean annual water surface evaporation 950mm. Hydrological and Water this design Ping Yuan calculation, the main task of hydrological calculation is: Deriving the year, the monthly runoff series and design dry year runoff allocation for the year; Second, the Design Flood (P = 1%) and check flood (P = 0.1%) process lines and calculated to meet the design frequency p = 80%, p = 85%, p = 90% of design flow rate value. Hydraulic calculation of the main tasks are: first, Deriving water level of reservoir characteristics; to determine the building height of the dam. During the calculation, the first the Chencun station hydrological data restore, re-use of hydrological data of the restored data of Ping Yuani station interpolation calculation, the use of the restored data analysis (including thePing Yuan Station in diameter, through a series of representative flow of a long series of analysis and calculation, Ping Yuan Station in a short series of runoff analysis), select the typical year, the amplification method with the same times, we can calculate the design flow, design dry year annual runoff distribution and the different design frequency; through the same magnification obtained by the design flood (P = 0.1%) (P = 1%) and check flood hydrograph. And then by reservoir Hennessy adjusted calculation to obtain reservoir characteristics of the water level and dam elevation. Key words: Hydrological hydraulic calculation ; Reservoir Beneficial calculation; Flood Routing.前 言平垣水库位于芜湖径县境内徽水上，积水面积F=992km2，主河道长94Km，河道坡降3.84，流域坡度6.5dm/km2, 流域平均高程378m, 主峰莲花峰1680m。流域植被良好，多年平均降水量1520mm，多年平均径流深740mm，多年平均水面蒸发量950mm。平垣水库坝址处有平垣水文站，1953年开始观测水位、流量和降雨，1956年1958年5月曾经中断观测，后又继续观测至1969年。1970年改为水位站，仅观测水位流量。流域内具有长期观测降雨资料的水文站还有旌德站、陈村和西河镇水文站。 经对所给流域情况、水文、气候和建库要求等分析，平垣水库水文计算可分为以下几个部分：第一，水文资料计算（包括水文资料的插补延长、系列代表性分析、设计年径流量和灌溉供水期设计径流量的计算和径流年内分配）；第二，设计洪水计算（包括洪水峰、量频率计算、3.2 设计洪水过程线推求）；第三，水库的兴利调节计算（设计用水过程线、水位-库容曲线、洪水调节计算）。通过以上三步计算，可以确定出水库的特征水位、特征库容、坝顶高程和最大坝高等。 1 工程设计基本资料1.1 流域基本资料平垣水库位于芜湖径县境内徽水上，积水面积F=992km2，主河道长94Km，河道坡降3.84，流域坡度6.5dm/km2, 流域平均高程378m, 主峰莲花峰1680m。流域植被良好，多年平均降水量1520mm，多年平均径流深740mm，多年平均水面蒸发量950mm。平垣水库坝址处有平垣水文站，1953年开始观测水位、流量和降雨，1956年至1958年5月曾经中断观测，后又继续观测至196年。1970年改为水位站，仅观测水位流量。流域内具有长期观测降雨资料的水文站还有旌德站、陈村和西河镇水文站。测站及工程布置见图1，实测水文资料系列长度见表1-1.图1 测站与工程位置示意图 表1-1 实测水文资料系列长度测站流域面积km2观测项目资料系列（年）1950 1960 1970 1980 1985平垣陈村西河镇平垣旌德芜湖99228645796水位流量流量流量雨量雨量雨量 1880年 1.2 水文资料流域各水文站水文实测资料如表1-2所示。 表1-2 流域测站水文资料统计表年份平垣站Q( m3/s）陈村站Q( m3/s）西河镇站Q( m3/s）平垣以上流域面雨量X年雨19511675294.11655322.489.71501452.85455.61903342399.25524.084.21625695.71891780.15793.11761657.95858.51101193.75923.188.31501618.66024.284.31511643.36120.570.71371532.36219.888.61466317.259.01021372.56415.762.31101337.16515.663.51081383.96620.876.91261341.06721.076.11351338.36811.447.474.31195.36926.51051891577.67098.61584.07166.51385.07250.91484.0731621846.57472.01389.5751011692.67694.81324.6771211908.47842.5931.57938.61325.4801231811.1811031756.98297.51439.4831382053.18487.51618.9198583.71539.02 水文计算 2.1 水文资料的插补延长2.1.1 陈村站水文资料相关图 平垣站年（月）平均径流量（)图2 陈村站水文资料相关图 2.1.2 陈村站流量的还原计算1970年后，陈村站年、月径流量受陈村水库影响，必须进行还原计算。再用还原后的陈村年、月径流量插补平垣站的年、月径流系列。通过分析可知，陈村站年径流量与平垣以上流域面降雨量都有较长的统计资料，且也具有较好的相关性，因此，可以通过陈村站年径流量与平垣以上流域面降雨量的相关分析，对陈村站1970年以后的年径流量进行还原计算。陈村水文站年降水量与平垣以上流域面降雨量相关计算如下所示。 表2-1 陈村水文站年降水量与年净流量相关计算年份年份水量X (mm)年份流量Y (mm) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)19531452.889.70.954 1.067-0.046 0.067 0.332 0.004 -0.003 19542399.21901.576 2.2610.576 1.261 0.029 1.590 0.726 19561780.195.71.170 1.1380.170 0.138 0.008 0.019 0.023 19571657.993.11.090 1.1080.090 0.108 0.046 0.012 0.010 19581193.758.50.785 0.696-0.215 -0.304 0.004 0.092 0.065 19591618.688.31.064 1.0510.064 0.051 0.006 0.003 0.003 19601643.384.31.080 1.0030.080 0.003 0.000 0.000 0.000 19611532.370.71.010 0.8410.010 -0.159 0.010 0.025 -0.002 19631372.5590.901 0.702-0.099 -0.298 0.015 0.089 0.030 19641337.162.30.878 0.741-0.122 -0.259 0.008 0.067 0.032 19651383.963.50.910 0.756-0.090 -0.244 0.014 0.060 0.022 19661341.0 76.90.881 0.915-0.119 -0.085 0.014 0.007 0.010 19671338.376.10.880 0.905-0.120 -0.095 0.046 0.009 0.011 19681195.347.40.785 0.564-0.215 -0.436 0.001 0.190 0.094 19691577.61051.036 1.2490.036 0.249 0.000 0.062 0.009 合计22823.60 1260.50 15.0015.00 0.00 0.000.534 2.229 1.03 平均1521.57 84.03 因为年降水量系列长，故以年降水量为自变量x,年径流量为倚变量y。计算结果列于表2-1.由表2-1的计算成果，可得： （1）均值： ； （2）均方差： （3）相关系数： （4）回归系数： （5）y倚x的回归方程： （6）回归直线的均方误差： 占的13.17%（小于15%）。 （7）相关系数的误差; 占r的2.96%（小于5%）。把陈村站1970-1985年径流量带入回归方程中，可以还原计算出陈村站在未修水库时的天然净流量（见表2-2）.从而使陈村站水文资料系列与年降水量资料系列具有相同的长度（1952-1985年）（还原后）。 表2-2 陈村站水文资料还原及平垣站水文资料插补统计表年份平垣站Q年/m3/s陈村站Q年/m3/s西河镇站Q年/m3/s平垣以上流域面雨量X年雨19511675225.594.11651612.25322.489.71501452.85455.61903342399.25524.084.21621523.05626.095.71891780.15725.293.11761657.95814.858.51101193.75923.188.31501618.66024.284.31511643.36120.570.71371532.36219.888.61461562.76317.259.01021372.56415.762.31101337.16515.663.51081383.96620.876.91261341.06721.076.11351338.36811.447.474.31195.36926.51051891577.67024.6 91.0 1584.07118.0 68.9 1385.07221.2 79.9 1484.07333.3 120.1 1846.57418.1 69.4 1389.57528.2 103.0 1692.67615.9 62.2 1324.67735.4 127.0 1908.4782.8 18.5 931.57916.0 62.3 1325.48032.1 116.2 1811.18130.3 110.2 1756.98219.8 74.9 1439.48340.2 143.0 2053.18425.7 94.8 1618.98523.1 86.0 1539.02.1.3 陈村站水文资料相关图 图3 平垣以上流域年降雨径流相关图 2.1.4 平垣站水文资料插补计算 通过水文资料分析，平垣站年径流量与陈村站年径流量也有一定的相关性，如图2所示。根据陈村站径流量对平垣站径流量进行插补延伸计算，计算结果见表2-2所示。 表2-3 平垣站水文资料插补计算年份陈村站Q年/m3/s X平垣站Q年/m3/s Y(1)(3)(2)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)195389.722.41.06 0.99 0.06 -0.01 0.003 0.000 -0.001 195419055.62.24 2.45 1.24 1.45 1.545 2.101 1.801 195584.2240.99 1.06 -0.01 0.06 0.000 0.003 0.000 195988.323.11.04 1.02 0.04 0.02 0.002 0.000 0.001 196084.324.21.00 1.07 0.00 0.07 0.000 0.004 0.000 196170.720.50.83 0.90 -0.17 -0.10 0.027 0.009 0.016 196288.619.81.05 0.87 0.05 -0.13 0.002 0.016 -0.006 19635917.20.70 0.76 -0.30 -0.24 0.092 0.059 0.074 196462.315.70.74 0.69 -0.26 -0.31 0.070 0.095 0.082 196563.515.60.75 0.69 -0.25 -0.31 0.063 0.098 0.078 196676.920.80.91 0.92 -0.09 -0.08 0.009 0.007 0.008 196776.1210.90 0.93 -0.10 -0.07 0.010 0.006 0.008 196847.411.40.56 0.50 -0.44 -0.50 0.194 0.248 0.219 196910526.51.24 1.17 0.24 0.17 0.057 0.028 0.040 合计1186.0317.80 14.014.0 0.00 0.00 2.074 2.674 2.319 平均84.71 22.70 因为陈村站年径流量系列长，故以陈村站年径流量为自变量x,平原站年径流量为倚变量y。计算结果列于表2-3.由表2-3的计算成果，可得： （1）均值： ; （2）均方差： （3）相关系数： （4）回归系数： （5）y倚x的回归方程： （6）回归直线的均方误差： 占的7.82%（小于15%）。（7）相关系数的误差; 占的0.73%（小于5%）。 把平垣站19701985年径流量带入回归方程中，可以插补计算出平垣站的空缺数据（见表2-3）.从而使平垣站年径流量系列与陈村站年径流量系列具有相同的长度（19521985年）。2.2 系列代表性分析2.2.1 平垣水文站年径流量分析（长系列） 平垣水文站年径流量分析如表2-4所示，第（1）栏为测站径流年份，第（2）栏为测站月平均径流，将该系列年月平均流量由大到小排序，序号由小到大列于第（3）栏，流月平均流量由大到小列于第（4）栏，计算得莫比系数Ki列于第（5）栏，、以及频率分别列于第（6）、（7）、（8）栏。2.2.1.1点经验频率曲线 根据表2-4中第（2）、（8）栏中的数据绘制频率曲线，如图4频率曲线1所示。 表2-4 平垣水文站年径流量频率计算表（长系列）年份平垣站年径流量Q（m3/s）序号有大到小排列Q（m3/s）莫比系数Ki经验频率P=m/n+1100%(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)195225.5 155.6 2.3809 1.9068 2.6330 2.78 5322.4 240.2 1.7214 0.5204 0.3754 5.55 5455.6 335.4 1.5159 0.2661 0.1373 8.57 5524.0 433.3 1.4259 0.1814 0.0773 11.42 5626.0 532.1 1.3746 0.1403 0.0525 14.29 5725.2 630.3 1.2975 0.0885 0.0263 17.15 5814.8 728.2 1.2076 0.0431 0.0089 20.00 5923.1 826.5 1.1348 0.0182 0.0024 22.86 6024.2 926.0 1.1134 0.0128 0.0015 25.71 6120.5 1025.7 1.1005 0.0101 0.0010 28.57 6219.8 1125.5 1.0919 0.0085 0.0008 31.43 6317.2 1225.2 1.0791 0.0063 0.0005 34.28 6415.7 1324.6 1.0534 0.0029 0.0002 37.15 6515.6 1424.2 1.0363 0.0013 0.0000 40.00 6620.8 1524.0 1.0277 0.0008 0.0000 42.86 6721.0 1623.1 0.9892 0.0001 0.0000 45.72 6811.4 1723.1 0.9892 0.0001 0.0000 48.57 6926.5 1822.4 0.9592 0.0017 -0.0001 52.43 7024.6 1921.2 0.9078 0.0085 -0.0008 54.28 7118.0 2021.0 0.8992 0.0102 -0.0010 57.14 7221.2 2120.8 0.8907 0.0120 -0.0013 60.00 7333.3 2220.5 0.8778 0.0149 -0.0018 62.86 7418.1 2319.8 0.8479 0.0231 -0.0035 65.72 7528.2 2419.8 0.8479 0.0231 -0.0035 68.56 7615.9 2518.1 0.7751 0.0506 -0.0114 71.43 7735.4 2618.0 0.7708 0.0525 -0.0120 74.29 782.8 2717.2 0.7365 0.0694 -0.0183 77.14 7916.0 2816.0 0.6851 0.0991 -0.0312 80.00 8032.1 2915.9 0.6809 0.1019 -0.0325 82.85 8130.3 3015.7 0.6723 0.1074 -0.0352 85.72 8219.8 3115.6 0.6680 0.1102 -0.0366 88.57 8340.2 3214.8 0.6338 0.1341 -0.0491 91.43 8425.7 3311.4 0.4882 0.2620 -0.1341 94.29 198523.1 342.8 0.1199 0.7746 -0.6817 97.14 合计79479434 5.0629 2.2630 平均值23.4 23.4 图4 平垣水文站年径流频率曲线图（长系列法） 2.2.1.2 按无偏估计公式计算统计参数 （1）计算年径流量的均值: （2）计算变差系数： （3）计算偏态系数： 2.2.1.3 长系列法理论频率曲线选配 （1） 选定,，并假设Cs=3Cv,查值表，得到相应不同频率值填入2-5表（2）栏，乘以得相应的值，列如2-5第（3）栏. （2）改变参数，根据第一次配线，选定,，并假设Cs=2Cv，在次查表。计算值。将,列入表2-5中的（4）栏和（5）栏。 （3）将(1)、(3)两栏的对应数值点绘在频率格纸上，如图4所示。 表2-5 长系列理论频率曲线选配计算表频率第一次配线第二次配线=23.4，=0.392，=3=1.176=23.4，=0.392，=2=0.784（1）（2）（3）（4）（5）12.2652.88 2.1650.54 51.7636.04 1.7540.95 101.5436.04 1.5436.04 201.2930.19 1.3130.65 500.9221.53 0.9522.23 750.7016.38 0.7116.61 900.5713.34 0.5312.40 950.5011.70 0.4510.53 990.429.83 0.307.02 （4）经验频率曲线与两次理论频率曲线对比，发现第一次理论频率曲线与经验频率曲线点配合较好。即作为最后采用的理论频率曲线。2.2.2 平垣水文站年径流量分析（短系列法) 表2-6 平垣水文站年径流量频率计算表（短系列）年份平垣站年径流量Q（m3/s）序号有大到小排列Q（m3/s）莫比系数经验频率P=m/n+1100%195923.1 126.5 1.3508 0.1231 0.0432 8.33 6024.2 224.2 1.2335 0.0545 0.0127 16.66 6120.5 323.1 1.1775 0.0315 0.0056 25.00 6219.8 421.0 1.0704 0.0050 0.0003 33.33 6317.2 520.8 1.0602 0.0036 0.0002 41.67 6415.7 620.5 1.0449 0.0020 0.0001 50.00 6515.6 719.8 1.0093 0.0001 0.0000 58.33 6620.8 817.2 0.8767 0.0152 -0.0019 66.67 6721.0 915.7 0.8003 0.0399 -0.0080 75.00 6811.4 1015.6 0.5811 0.1755 -0.0735 83.33 196926.5 1111.4 0.5811 0.1755 -0.0735 91.67 合计215.80 215.810.7859 0.6258 -0.0947 平均值19.62 19.62 2.2.2.1 点经验频率曲线 根据表2-6中第（2）、（8）栏中的数据绘制频率曲线，如图5频率曲线1所示。2.2.2.2 按无偏估计公式计算统计参数 （1）计算年径流量的均值: （2）计算变差系数： （3） 计算偏态系数： 2.2.2.3短系列法理论频率曲线选配 (1)选定,，并假设Cs=3Cv,查值表，得到相应不同频率值填入2-7表（2）栏，乘以得相应的值，列如2-7第（3）栏. （2）改变参数，根据第一次配线，选定,，并假设Cs=2Cv，在次查表。计算值。将,列入表2-7中的（4）栏和（5）栏。 （3）将(1)(3)两栏的对应数值点绘在频率格纸上。 （4）将(1)(5)两栏的对应数值点绘在频率格纸上。 （5）经验频率曲线与两次理论频率曲线对比，发现第一次理论频率曲线与经验频率曲线点配合较好。即作为最后采用的理论频率曲线。 表2-7 短系列理论频率曲线选配计算表频率第一次配线第二次配线=16.92，=0.25，=3=0.75=16.92，=0.25，=2=0.50（1）（2）（3）（4）（5）11.7229.10 1.6728.26 51.4624.70 1.4524.53 101.3422.67 1.3322.50 201.2020.30 1.2020.30 500.9716.41 0.9816.58 750.8213.87 0.8213.87 900.7112.01 0.7011.84 950.6511.00 0.6310.66 990.569.48 0.528.80 查频率曲线图4可得平垣站长系列法径流设计值，如表2-8。 查频率曲线图5可得平垣站短系列法径流设计值，如表2-8。 表2-8 长系列法与短系列法参数对比表项目年数设计值 计算值适线值P=10%P=50%P=90%长系列短系列341123.419.620.3920.2500.3920,2502233.722.721.816.513.811.82.3 设计年径流量和灌溉供水期设计径流量的计算和径流年内分配2.3.1 统计参数计算用适线法计算统计参数，对平垣站年径流量和灌溉供水期径流量分别进行频率计算，绘制频率曲线，求出满足设计频率p=80%, p=85%, p=90%的设计流量值。查图4可得平垣站不同频率年径流如下： ； ； .2.3.2 选择典型年，用同倍放大法，求设计枯水年径流年内分配 （1）代表年的设计 分析表2-9可知，1978年来水流量最小，可作为枯水代表年。 表2-9 平垣站历年最大洪峰流量及各时段最大洪量年份洪峰流量 Qm ( m3/s)最大1天洪量W1(108m3)最大3天洪量W1(108m3)最大7天洪量W1(108m3)年份洪峰流量 Qm ( m3/s)最大1天洪量W1(108m3)最大3天洪量W1(108m3)最大7天洪量W1(108m3)195312500.4501.041.52197012200.5751.341.55195412900.5691.342.33197111200.5050.8861.4319555270.2440.5180.86119724150.2100.4410.68019565160.3320.6380.851197317500.6371.221.54195717100.7651.401.6819745450.3130.7081.1119588340.3430.6160.90719758100.3260.8171.2619595540.2320.4620.68719767180.2130.3930.616196017200.7391.001.21197713100.5570.8771.3819619650.6070.9501.1419782170.0960.2230.30319627760.3210.5270.62519794210.2060.4140.69919634270.3180.6191.0119808600.3400.7351.2819647180.3640.6870.98219818550.3460.6890.97819655240.2390.4400.53219827500.3840.6290.72419666120.3790.6850.902198314800.4540.9671.8619677730.2700.6410.737198411250.4490.7300.94319683760.2230.5121.1419856400.3000.5950.723196921801.011.472.03 （2）求缩放倍比。 （3）枯水年径流年内分配 以缩放倍比乘以代表年逐月的作乐径流，即可得设计苦水年内分配，结果见表2-10。 表2-10 平垣水库设计枯水年流量年内分配表 单位：月123456789101112枯水代表年（1978年）14.117.018.524.621.311.72.61.90.13.81.41.6的设计枯水年19.623.625.734.229.616.33.62.60.15.32.02.23 设计洪水计算 3.1 洪水峰、量频率计算3.1.1洪水资料收集由水文统计特征值和水文年鉴上查得平垣站19531969年实测洪峰流量和各时段最大洪量见表4所示。历史调查洪水，1877年最大洪峰流量=2790m3/s.，1914年=2130m3/s。3.1.2 洪水资料的插补延展洪水资料的插补延展如2.1.1的计算过程，插补延展结果如表2-2