赋石水库水文水利计算课程设计说明书

水文水力计算课程设计水文水利计算课程设计说明书姓 名： 班 级： 学 号： 学 院： 水利与环境学院 指导老师： 2012年6月一、设计任务 在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建赋石水库，因而要进行水库规划的工程水文及水利计算，其具体任务是： 1. 设计年径流分析计算； 2. 选择水库死水位； 3. 选择正常蓄水位； 4. 计算保证出力、多年平均发电量和选择装机容量； 5. 推求丰、中、枯设计年径流过程；6. 推求防洪标准、设计标准和校核标准的设计洪水过程线。二、基本资料 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 2260，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长 150，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，又因域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。根据解放后二十多年的统计，仅安吉县因洪涝旱灾每年平均损失稻谷1500万斤，严重的19611963年，连续三年洪水损失稻谷9300万斤，冲毁耕地万余亩。 赋石水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，位于安吉县丰城以西十公里，控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积328。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量丰站为 1450，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。 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。 库区位于区域的斜构造内，周边岩石多为不透水或弱透水的砂页岩，仅在局部地区有奥陶纪石灰岩及钙质页岩，但因层薄，并有砂页岩隔层，岩溶现象不甚发育，加之山体宽厚其高程一般均在 200 以上，故库区渗漏问题可以不考虑。西苕溪流域受洪水灾害 25 万亩，其中安吉9万亩，长兴15万亩，吴兴3万亩，水库建成后，可使20年一遇洪水减轻到5年一遇以下，使圩区淹没面积11.3 万亩减至4万亩，使3万亩圩区农田免除洪水直接威胁，其它十几万亩可以不同程度的减轻洪水危害。水库兴建后，可灌溉赤坞、安城等地区的水田计4万亩，溪滩还田3000亩，河道整治还田 4000亩，旱改水3000亩，共计可灌溉5万亩。 航运发电水产方面，可解决上游每年200万支毛竹的水路运输以及水运康山的煤、化肥等。发电装机容量约3750千瓦，年发电量为14000度，补充电源不足，水库建成后，增加了6000亩水面面积，可以发展水产。 库区包括有耕地5766亩，3310户人家，征用地5610亩，迁移居民1500户，人口7400人，房屋6910间，还有国家粮库、商店等房屋约300间，有两条公路需要改线，总长11公里。 2、水文气象资料情况 流域内有天锦堂、坑垓、权岱三个雨量站，分别从1956 年、1961年和1962年开始观测到今，流域附近有潜渔站 1954 年开始观测，章村站 1961 年开始观测，孝丰站有较长的资料，1922 年开始观测，但中间有缺测年份，因此可以利用孝丰站的雨量资料来延长流域雨量资料。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。通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比，成果见表 1。通过典型缩放得丰（P=15）、中 (P=50)、枯 (P=85)设计年径流过程，见表2。 表 1 设计年径流及典型年径流量代表年设计频率P设计年径流量(m/s)典型年典型年径流量（m/s)缩放倍比枯水年85%5.5619735.351.039平水年50%7.5019577.111.055丰水年15%10.3719679.951.042表2 潜渔站设计年径流过程（单位：m/s）月份设计枯水年设计平水年设计丰水年典型年 Q设计年 Q典型年 Q设计年 Q典型年 Q设计年 Q314.0014.556.476.8211.1011.57418.6019.336.937.3112.8013.34519.5020.2720.8021.9423.0023.9761.311.368.248.6927.6028.7775.215.4121.8023.003.974.1480.060.065.505.801.241.2990.040.044.324.5623.2024.18100.410.432.812.967.657.97111.701.771.421.501.361.42120.750.783.603.800.440.4610.700.731.101.160.840.8821.881.952.332.466.116.37合计64.1666.6885.3290.00119.31124.35根据调查1922年 9月 1 日在坝址附近发生一场大洪水，推算得潜渔站洪峰流量为1350 。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 1160 的洪水发生。3、根据地区用电要求和电站的可能情况，发电要求为保证出力不能低于 800千瓦，发电保证率为 85，灌溉和航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。4、水库水位库容曲线表3 水位容积曲线水位(m)4850525560容积(106m3)00.10.62.38水位(m)6570758081容积(106m3)1835.760.394.4102.8水位(m)8283848586容积(106m3)111.3120129138.6148.3水位(m)8788899091容积(106m3)158.8170181.5194.52075、水电站下游水位流量关系曲线 表 4 水位流量关系曲线水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m/s）01.03.67.311.916.220.5三、计算及分析1、选择水库死水位（1）泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程（按百年运用估计） 水库使用T年后的淤积总容积： (1)年淤积量： (2)式中， 为水库正常使用年限(年)；为推移质淤积量与悬移质淤积量之比；为多年平均年淤沙容积(m/年)；为多年平均含沙量(kg/年)；为多年平均年径流量(m)；m为库中泥沙沉积率(%)；P为淤积体的孔隙率；为泥沙颗粒的干容重(kg/m)。根据实测泥沙资料得多年平均含沙量，泥沙干容重，泥沙沉积率m90，孔隙率p0.3，推移质与悬移质淤积量之比值，用P=50%的设计年的流量资料求得多年平均径流量由公式（2）求得,取水库使用年限为100年查水位容积曲线(见表3)对应的水位为，加上安全超高即得水库死水位，。（2）水轮机的情况确定水库的最低死水位；由下游流量关系曲线可知下游最低水位为46m，适应最小水头为 16m。（3）综合前几种情况得Z死=62m2、选择正常蓄水位 初步给定正常蓄水位为79.9m，根据本地区的兴利要求，发电方面要求保证出力不低于800千瓦，所以要对正常蓄水位进行检验，若满足发电要求则正常蓄水位就确定为79.9m，若不满足发电要求则需要调整正常蓄水位。出力公式为 上式中，A为出力系数，取A=7.5，为调节流量，水头损失取0.5m。假设正常蓄水位79.9m查水位容积曲线得库容为，查水位库容曲线。所以兴利库容在枯水年供水期为6月到次年2月共9个月 ，相应的调节流量为 用样，蓄水期为3到5月，相应的调节流量为 故枯水年水能计算表如下表5所示：月份t(月份)设计年Q(m3/s)水电站引用流量Q(m3/s)水库蓄水流量Qv(m3/s)水库蓄水量V(106m3/s)弃水流量Qs(m3/s)时段初末水库存水量V(106m3/s)时段平均存水量(106m3/s)上游平均水位(m)下游水位(m)平均水头(m)出力(kw)314.56 7.537.03 18.8 11.0 20.4 6646.618.91067 419.34 7.5311.81 30.6 0.78 29.8 45.1 72.0246.624.91407 520.28 7.5312.75 34.1 3.54 60.4 77.5 77.546.630.41717 61.36 4.4-3.04 -7.9 94.6 90.7 79.446.432.51073 71.42 4.4-2.98 -8.0 86.7 82.7 78.346.431.41036 80.06 4.4-4.34 -11.6 78.7 72.9 76.946.430990 90.04 4.4-4.36 -11.3 67.1 61.5 7546.428.1927 100.43 4.4-3.97 -10.6 55.8 50.5 72.946.426858 111.77 4.4-2.63 -6.8 45.2 41.8 71.246.424.3802 120.78 4.4-3.62 -9.7 38.4 33.5 6946.422.1729 10.73 4.4-3.67 -9.8 28.7 23.7 66.246.419.3637 21.96 4.4-2.44 -5.9 18.8 9.4 63.546.416.6548 则苦水年的平均出力,所以正常蓄水位为79.9m。3、保证出力、多年平均发电量和装机容量的计算3.1 丰、中、枯三个代表年水能计算对枯水年的水能计算前面已经算出 平水年水能计算： 在平水年供水期为7月到次年2月共8个月 ，相应的调节流量为 用样，蓄水期为3到6月，相应的调节流量为故平水年水能计算表如下表6所示：表6 设计平水年水能计算表月份设计年Q(m3/s)水电站引用流量Q(m3/s)水库蓄水流量Qv(m3/s)水库蓄水量V(106m3/s)弃水流量Qs(m3/s)时段初末水库存水量V(106m3/s)时段平均存水量(106m3/s)上游平均水位(m)下游水位(m)平均水头(m)出力(w)36.8 3.3 3.5 9.4 11.0 15.7 6446.417.1423 47.3 3.3 4.0 10.4 20.4 25.6 67.546.420.6510 521.9 3.3 18.6 49.9 30.8 62.4 75.846.428.9715 68.7 3.3 5.4 14.0 94.0 101.0 80.746.433.8837 73.0 7.1 -4.2 -11.1 2.2 108.0 102.4 8146.633.91250 85.8 7.1 -1.3 -3.5 2.1 96.9 95.1 80.246.633.11250 94.6 7.1 -2.5 -6.6 2.0 93.4 90.1 79.546.632.41250 103.0 7.1 -4.1 -11.1 1.7 86.8 81.2 78.246.631.11250 111.5 7.1 -5.6 -14.5 1.3 75.7 68.4 75.846.628.71250 123.8 7.1 -3.3 -8.8 0.9 61.2 56.8 73.946.626.81250 11.2 7.1 -5.9 -15.9 0.4 52.3 44.4 71.846.624.71250 22.5 7.1 -4.6 -11.2 36.4 23.7 67.246.620.11070 丰水年的水能计算：在丰水年供水期为7月到次年2月共8个月 ，相应的调节流量为 用样，蓄水期为3到6月，相应的调节流量为故设计丰水年水能计算表如下表7所示：表7 设计丰水年水能计算表月份设计年Q水电站引用流量水库蓄水流量Qv水库蓄水量V弃水流量时段初末水库存水量V时段平均存水量上游平均水位下游水位平均水头出力311.5811.510.07 0.2 0.2 11.0 11.1 62.146.814.81250 413.3511.511.84 4.8 0.8 11.2 13.6 62.946.815.61250 523.9911.5112.48 33.4 5.3 16.0 55.0 74.146.826.81250 628.7911.5117.28 44.8 6.8 94.0 116.4 82.746.835.41250 74.147.19-3.05 -8.2 2.8 138.8 134.7 84.846.637.71250 81.297.19-5.90 -15.8 2.6 130.6 122.7 83.446.636.31250 93.47.19-3.79 -9.8 2.4 114.8 109.9 81.946.634.81250 107.987.190.79 2.1 2.4 105.0 106.1 81.746.634.61250 111.427.19-5.77 -15.0 2.2 107.1 99.6 80.446.633.31250 120.467.19-6.73 -18.0 1.9 92.2 83.1 78.446.631.31250 10.887.19-6.31 -16.9 1.2 74.1 65.7 74.946.627.81250 26.377.19-0.82 -2.0 57.2 34.1 69.846.622.71224 3.2 装机容量和多年平均发电量的计算图1 装机容量与装机年平均利用小时数曲线图2 装机容量与多年平均发电量曲线根据装机年利用小时数，内插得装机容量为 多年平均发电量为4、各种设计标准洪水过程线的推求 本水库为大(2)型水库，工程等别为等，永久性水工建筑级别为2级。下游防洪标准为5%，设计标准为1，校核标准为0.1%,需要推求5%、1、0.1%设计洪水过程线。 按年最大值选样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算的要求，确定设计历时为7天，控制历时为1天和3天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。7天洪量只有19571972年有数据，故需用相关分析方法延长插补。经比较三天-七天洪量比较吻合，所以用三天洪量为据对七天洪量进行插补延展，相关性如图3，图4。图3 七天和24小时洪量相关图图4 七天和三天洪量相关图即可得潜渔站洪峰及定时段洪量统计表如表8所示。表8 潜渔站洪峰及定时段洪量统计表年洪峰 (m3/s)24 小时洪量 W（106m3）三 W(106m3)七天洪量W(106m3)195470227.9458.4067.2719552848.1713.3022.32195674829.8036.0044.95195740222.8037.1952.4619582008.7215.85221319.8032.90196047815.7020.8033.20196165952.5079.1088.20196258543.7049.2053.101963116055.6086.6095.90196440914.3231.7040.70196551015.6224.4027.0019662329.5014.0025.40196724411.8219.0028.0019681679.9018.4035.50196938720.9032.8048.40197030517.2031.9035.60197150023.4031.8035.3019721085.3410.2012.23197348419.8742.8551.77197428716.1639.0547.99197516611.5822.0531.0419761198.2919.9528.9519772387.6120.4529.45对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，其中洪峰1922年9月1日有个特大值1350m3/s，因此要进行特大值处理，利用统一处理法进行频率计算，同过计算机软件绘制出P曲线后即可得各设计频率的洪峰和洪量值。对洪峰和各时段进行的频率计算成果表分别如表9、表10、表11、表12所示，绘制出的P曲线分别如图5、图6、图7、图8所示。表9 洪峰频率计算表洪峰 N排序频率P(%)13505610.02 11605620.04 7482420.087022430.126592440.165852450.25102460.245002470.284842480.324782490.3640624100.440224110.4438724120.4830524130.5228724140.5628424150.624424160.6423824170.6823724180.7223224190.7620024200.816724210.8416624220.8811924230.9210824240.96表10 24h洪量频率计算表24 小时洪量 W(106m3)序号m频率P(%)24 小时洪量 W(106m3)序号m频率P(%)55.610.0415.62130.5252.520.0814.32140.5643.730.1211.82150.629.840.1611.58160.6427.9450.211.13170.6823.460.249.9180.7222.870.289.5190.7620.980.328.72200.819.8790.368.29210.8417.2100.48.17220.8816.16110.447.61230.9215.7120.485.34240.96表11 三天洪量频率计算表序号m24 小时洪量 W(106m3)频率P(%)序号m24 小时洪量 W(106m3)频率P(%)186.600.041324.400.52279.100.081422.050.56358.400.121520.800.6449.200.161620.450.64542.850.21719.950.68639.050.241819.800.72737.190.281919.000.76836.000.322018.400.8932.800.362115.850.841031.900.42214.000.881131.800.442313.300.921231.700.482410.200.96表12 七天洪量频率计算表序号m3天洪量 W(106m3)频率P(%)序号m3天洪量 W(106m3)频率P(%)195.900.041335.300.52288.200.081433.200.56367.270.121532.900.6453.100.161631.040.64552.460.21729.450.68651.770.241828.950.72748.400.281928.000.76847.990.322027.000.8944.950.362125.400.841040.700.42222.320.881135.600.442322.150.921235.500.482412.230.96由P曲线查得5%、1%、0.1%分别对应的洪峰、24小时洪量、3天洪量、7天洪量如表13所示。选取1963年为典型年，用同频率放大法对典型洪水过程线进行放大，计算5%、1%、0.1%的倍比计算如表13，并绘出洪水过程线图如图9所示。表13 放大倍比计算设计频率典型洪水5%K1%K0.10%K1d最大洪量W55.648.820.88 74.111.33 110.911.99 3d最大洪量W86.673.510.80 106.761.05 154.331.40 7d最大洪量W95.988.121.57 125.742.04 179.492.71 最大洪峰116010090.87 14531.25 20791.79 用上面求得的放大倍比分别对1963年典型洪水过程线进行放大，得到5%、1%、0.1%的设计洪水过程线计算表分别如表14所示。表14 设计洪水过程线时段(t1h)典型洪水过程线一定标准下的设计洪水过程线P=0.1%P=1%P=5%0616.23 12.25 9.43 1718.94 14.29 11.00 2718.94 14.29 11.00 3821.64 16.33 12.57 41540.58 30.61 23.56 52362.22 46.94 36.13 63491.98 69.39 53.41 743116.33 87.76 67.55 857154.21 116.33 89.55 973102.25 76.89 58.14 10100140.06 105.32 79.65 11130182.08 136.92 103.54 12171239.51 180.10 136.19 13230322.15 242.24 183.18 14260364.17 273.84 207.08 15317444.00 333.87 252.48 16335469.22 352.83 266.81 17362507.03 381.27 288.32 18373744.05 497.18 327.52 19350698.17 466.52 307.32 20330658.28 439.86 289.76 21315628.36 419.87 276.59 22305608.41 406.54 267.81 23293584.47 390.54 257.27 24293584.47 390.54 257.27 25445887.68 593.15 390.74 265751147.00 766.43 504.88 276751346.48 899.72 592.69 288051605.80 1073.00 706.84 299151825.23 1219.62 803.42 3010001994.78 1332.91 878.06 3110602114.47 1412.89 930.74 3211002194.26 1466.21 965.86 3311202234.16 1492.86 983.42 3410602114.47 1412.89 930.74 359501895.04 1266.27 834.15 368641723.49 1151.64 758.64 377601516.04 1013.01 667.32 386601316.56 879.72 579.52 396171230.78 822.41 541.76 40470937.55 626.47 412.69 41370738.07 493.18 324.88 42306428.60 322.29 243.71 43260364.17 273.84 207.08 44235329.15 247.51 187.17 45227317.95 239.08 180.79 46240336.15 252.77 191.15 47253354.36 266.47 201.50 48269376.77 283.32 214.25 49277387.98 291.74 220.62 50286400.58 301.22 227.79 51295413.19 310.70 234.95 52290406.19 305.44 230.97 53263368.37 277.00 209.47 54277387.98 291.74 220.62 55265371.17 279.10 211.06 56252352.96 265.41 200.71 57245343.16 258.04 195.13 58235329.15 247.51 187.17 59224313.74 235.92 178.41 60212296.94 223.28 168.85 61205287.13 215.91 163.27 62192268.92 202.22 152.92 63180252.12 189.58 143.36 64161225.50 169.57 128.23 65155217.10 163.25 123.45 66145203.09 152.72 115.49 67130182.08 136.92 103.54 68118165.28 124.2