天福庙水库防洪复核计算课程设计

工程水文及水利计算课程设计天福庙水库防洪复核计算学校：云南农业大 学学院：水利学院 专业：水利水电工程学号：2014313174 天福庙水库防洪复核计算一、设计任务天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降1.06%，总库容6367万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，已运行近30年。1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务，是在延长基本资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核，其具体任务是：1.选择水库防洪标准。2.历史洪水调查分析及洪量插补。3.设计洪水和校核洪水的计算。4.调洪计算。5.坝顶高程复核。二、流域自然地理概况，流域水文气象特性流域及工程概况天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6，总库容6367万m2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库位置及水系见图：黄柏河流域及天福庙水库位置图天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。水库死水位378m，死库容714万m3，正常蓄水位409m，相应库容6032万m3。设计洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m,坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。 水文气象资料1.气象特征。天福庙流域地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季低温少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变化较大，无霜期长。多年平均气温16.8，历年最高气温达40，最低气温-12，平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s，向多为NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，4-10月为汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的19.5%。月降雨量最少是12月，仅占全年的1.3%。2.水文测站。黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站，1971年设立小溪塔水文站，1961年在东支设立分乡水文站。天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流观测，有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积1083.0km2。 3.分乡站历史洪水。根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，资料可靠，可直接采用。经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2-4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。分乡站历史洪水成果见表KS11。表KS1-1 分乡站历史洪水成果表序号年份洪峰流量(m3/s)1d洪量(*108m3)3d洪量(*108m3)重现期备注1193546801762198437391.07381.666431826不能定量41930不能定量5195828201.22011.9500三、防洪标准选择根据国家防洪标准 （GB 50201-49）和部颁水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 252-2000）等有关规定，选择水库防洪复核的防洪标准。如下：水利水电枢纽工程等级工程等级水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容*108m3重要性保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）重要性装机容量*104KW一大（1）型10特别重要500200150特别重要120二大（2）型10-1.0重要500-100200-60150-50重要120-30三中型1.0-0.10中等100-3060-1550-5中等30-5四小（1）型0.10-0.01一般30-515-35-0.5一般5-1五小（2）型0.01-0.001530.51水库工程水工建筑物的防洪标准水工建筑物级别防洪标准【重现期 年】山区、丘陵区平原区、滨海区设计校核设计校核混泥土坝、浆砌石坝、及其它水工建筑物土坝、堆石坝一1000-5005000-2000可能最大洪水（PMF）或10000-5000300-1002000-1000二500-1002000-10005000-2000100-501000-300三100-501000-5002000-100050-20300-100四50-30500-2001000-30020-10100-50五30-20200-100300-2001050-20依据天福庙库容量，根据水库工程建筑物防洪标准查的天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为：设计T=50年，校核T=500年。四、峰、量选样及历史洪水调查1、天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算得出，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算。2、天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。3、分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝址。根据天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列建立峰量关系；根据比峰、量关系计算历史洪水的1d、3d洪量。具体如下：表KS1-2 天福庙水库洪峰、洪量系列年份洪峰Qm(m3/s)1d洪量W1(*108m3)3d洪量W3(*108m3)年份洪峰Qm(m3/s)1d洪量W1(*108m3)3d洪量W3(*108m3)195818030.62370.996819805710.17250.209219591310.04340.066419811260.08410.124119602660.0921021270.317219612000.06640.102319834370.21240.322319626400.19990.2924198423890.54890.8518196310360.37270.572519851210.06130.130719644520.13140.222319862180.09790.192419655190.14520.2319874380.16770.286419661890.08170.125319882220.1154018760.285219895920.22290.318919688380.28320.659419906340.1209015140.221319918040.23340.315819705980.22330.310319928510.26350.328819713890.16810.287719934250.1195003630.079719941670.11770.213119734450.14570.223319952610.0985008130.158919964870.23410.433419758480.14830.24819975440.13830.318619762720.0931022620.413519771620.09150.179519991700.07340.168619782990.15250.281220006130.21130.315719796340.2880.539320014710.19130.2986由天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列可得1978-2001年峰、量相关关系。根据此峰、量相关关系可计算得出历史洪水的1d、3d洪量W。五、设计洪水计算1、对天福庙水库坝址洪峰及1d、3d洪量系列分别进行频率计算，推求出各设计频率的设计洪峰和1d、3d设计洪量。（在几率格纸上绘制峰、量频率曲线）洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算。根据Q天福庙=（F天福庙/F分乡站）2/3Q分乡站，W庙1d=（F天福庙/F分乡站）W乡1d,W庙3d=（F天福庙/F分乡站）W乡3d计算天福庙库区1935,1984年的洪峰流量以及1d和3d洪量。得:年份洪峰Qm(m3/s)1d洪量W1(*108m3)3d洪量W2(*108m3)19352992198423900.54890.8518（）推求洪峰流量：将1935-2001年洪峰由大到小顺序排列，由公式（），m=m/(n+1)得经验频率。天福庙水库洪峰流量经验频率计算表序号洪峰流量排序（大-小）经验频率Mm年份洪峰Qm(m3/s)(%)m(%)1193529920.56 2198423891.13 318261.69 419302.26 5195818032.82 3196310366.67 419989748.89 5199285111.11 6197584813.33 7196883815.56 8199180417.78 9196777420.00 10196264022.22 11197963424.44 12199063426.67891133 16198258235.567800 19196551942.22 20199648744.44 21200147146.67 22196445248.89 23197344551.11 24198743853.33 25198343755.56 26196942857.78 27199342560.00 28197138962.22 29197829964.44 30197627266.67 31196026668.89 32199526171.11 33197424073.33 34198822275.56 35198621877.78 36196120080.00 37196618982.22 38199917084.44 39199416786.67 40197716288.89 41195913191.11 42198112693.33 43198512195.56 4419726497.78 天福庙水库洪峰流量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：平均nQi=661.57CV=1CS=2.63 CV=2.63选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库洪峰流量经验频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：平均nQi=627.84CV=0.71CS=3.58 CV=2.54推求设计洪峰流量：校核P=0.2%时查p=5.77,得（CVp）QP=%=Q平均m3/s设计P=2%时查p=，得（CVp）=QP=%=Q平均m3/s（）推求d设计洪量：天福庙水库1d洪量经验频率计算表序号（大-小）序列值1d洪量W1(*108m3)经验频率P（%）序号序列值1d洪量W1(*108m3)经验频率P（%）10.62371.13 230.148351.11 20.54891.69 240.145753.33 30.37276.67 250.145255.56 40.2888.89 260.138357.78 50.283211.11 270.131460.00 60.263513.33 280.120962.22 70.234115.56 290.119564.44 80.233417.78 300.117766.67 90.226220.00 310.115468.89 100.223322.22 320.098571.11 110.222924.44 330.097973.33 120.212726.67 340.093175.56 130.212428.89 350.092177.78 140.211331.11 360.091580.00 150.199933.33 370.084182.22 160.191335.56 380.081784.44 170.187637.78 390.081386.67 180.172540.00 400.073488.89 190.168142.22 410.066491.11 200.167744.44 420.061393.33 210.152546.67 430.043495.56 220.151448.89 440.036397.78 天福庙水库1d洪量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=0.1878*108m3CV=0.73CS= 2.62CV=1.91选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库1d洪量经验频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=0.1878*108m3CV=0.61CS=3.15 CV=1.92推求设计洪峰流量：校核P=0.2%时查p=5.12,得（CVp）4.12WP=%=W平均0.7737*108m3设计P=2%时查p=2.88，得（CVp）6.52WP=%=W平均1.2244*108m3（3）推求d设计洪量：天福庙水库3d洪量经验频率计算表序号（大-小）序列值3d洪量W1(*108m3)经验频率P（%）序号（大-小）序列值3d洪量W1(*108m3)经验频率P（%）10.99681.13 230.209251.11 20.06641.69 240.124153.33 30.1386.67 250.317255.56 40.10238.89 260.322357.78 50.292411.11 270.851860.00 60.572513.33 280.130762.22 70.222315.56 290.192464.44 80.2317.78 300.286466.67 90.125320.00 310.17968.89 100.285222.22 320.318971.11 110.659424.44 330.17973.33 120.221326.67 340.315875.56 130.310328.89 350.328877.78 140.287731.11 360.182480.00 150.079733.33 370.213182.22 160.223335.56 380.18684.44 170.158937.78 390.433486.67 180.24840.00 400.318688.89 190.13842.22 410.413591.11 200.179544.44 420.168693.33 210.281246.67 430.315795.56 220.539348.89 440.298697.78 天福庙水库3d洪量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=0.3420*108m3CV=0.68CS= CV=2.1选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库3d洪量经验频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=0.3420*108m3CV=0.54CS= CV=2.1推求设计洪峰流量：校核P=0.2%时查p=5.33,得（CVp）3.88WP=%=W平均1.3270*108m3设计P=2%时查p=2.93，得（CVp）=2.58WP=%=W平均0.8824*108m32、洪峰和洪量成果的合理性分析。（1）通过对本站洪峰、洪量及统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及统计参数随地区变化规律的分析以及从形成洪水的暴雨方面分析，得出了相应合理的结论，复核预期设计要求。 （2）将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上，在适用范围内不能相交，因为如果相交就不能保证在同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。3、选择典型洪水过程线。 表KS1-3 典型洪水过程线（1984.7.26-28）时段流量时段流量时段流量时段流量096.619216.33645.25524.8157220183.53744.25624.221085211563843.55723.531345221383941.75822.841568231214040592294138.36021.56209025108.44236.66120.6723892691.54334.86219.382138.72783.54433.16318.291465.52868.64532.26417.3101005.12953.34631.36516.111768.83040.94730.46615.312494.331514829.56714.413584.932614928.76813.514421.23354.85027.86912.615358.73448.55127.27011.816344.83546.35226.6711117313.73645.253267210.618232.53744.25435.473天福庙水库坝址的洪峰、洪量项目（1）洪峰（m3/s）洪量(m3/s)h一日三日P=0.2%的校核洪峰、洪量（2）32022149236861典型洪水过程线的洪峰、洪量（3）2389.019879.621663.4起讫时间1984年*月*日*时（4）7.26.77.26.247.28.244.按同频率放大法计算设计洪水过程线，并按选择时段绘制洪水过程线。（1）计算各时段放大倍比：KQ=3202/2389.2=1.34KW1=21492/19879.6=1.08KW（3-1）=（36861-21492）/（21663.4-19879.6）=8.62（2）校核洪水过程线：天福庙水库坝址P=0.2%校核洪水过程线计算表时段典型流量放大倍比放大流量时段典型流量放大倍比放大流量096.61.08104.3283645.28.62389.62415721.08617.763744.28.62381.004210851.081171.83843.58.62374.97313451.081452.63941.78.62359.454415681.081693.4440408.62344.8517911.081934.284138.38.62330.146620901.082257.24236.68.62315.492723891.343201.264334.88.62299.976洪峰1d交界处23891.082580.1282138.71.082309.7964433.18.62285.32291465.51.081582.744532.28.62277.564101005.11.081085.5084631.38.62269.80611768.81.08830.3044730.48.62262.04812494.31.08533.8444829.58.62254.2913584.91.08631.6924928.78.62247.39414421.21.08454.8965027.88.62239.63615358.71.08387.3965127.28.62234.46416344.81.08372.3845226.68.62229.29217313.71.08338.79653268.62224.1218232.51.08251.15435.48.62305.14819216.31.08233.6045524.88.62213.77620183.51.08198.185624.28.62208.604211561.08168.485723.58.62202.57221381.08149.045822.88.62196.536231211.08130.685922.18.62190.50224103.91.08112.2126021.58.62185.331d、3d交界处103.98.62895.61825108.48.62934.4086120.68.62177.5722691.58.62788.736219.38.62166.3662783.58.62719.776318.28.62156.8842868.68.62591.3326417.38.62149.1262953.38.62459.4466516.18.62138.7823040.98.62352.5586615.38.62131.88631518.62439.626714.48.62124.12832618.62525.826813.58.62116.373354.88.62472.3766912.68.62108.6123448.58.62418.077011.88.62101.7163546.38.62399.10671118.6294.823645.28.62389.6247210.68.6291.3723744.28.62381.004根据表格数据绘制过P=0.2%校核洪水（放大流量）程线和典型洪水过程线：六、设计洪水调洪计算天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段t=1h，编程上机进行调洪计算，并绘制入库和下泄流量过程线图。调洪起调水位为正常蓄水位409m，在此水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的泄流量为2940m3/s。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸孔数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位409m不变。当入库洪水流量大于2940m3/s时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高水位，然后再回落至设计蓄水位409m。天福庙水库库容曲线根据原库区1:2000地形图进行了复核计算，与湖北省中型水库调度规程刊布成果一致，见表KS1-4。左岸溢洪道坝顶高程398.0m，2孔，每孔净宽13.0m，为弧形闸门控制。坝顶溢洪道堰顶高程402.4m，4孔，每孔净宽8.0m，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为WES标准型剖面实用堰，流量计算公式为Q=c3/2由该式计算泄洪建筑物泄流曲线，见表KS1-4.表KS1-4 天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线库水位库容（*104m3）左岸溢洪道q1(m3/s)坝顶溢洪道q2(m3/s)合计泄洪量q(m3/s)3983460000399367037037400389010701074014100216021640243253650365403454553025555404477573010383340550049222301152406523511304001530407551513456051950408579015828352417409604518451095294041063102115137534904116596237016954065推求下泄流量过程线：已知第一时段Q1=128.Q2=755.04，由起始条件得V1=3460，q1=0，用列表试算法，假定q2值。由水量平衡方程V2=（Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2+V1得V2值。假定第一时段q2=30m3/s，所以V2=3613.46*104m3，以第一时段的V2、q2作为第二时段初的V1、q1,重复第一时段试算过程，连续试算得：天福庙水库调洪计算表时段Q(Q1+Q2) t/2qVZ（m3/s）(*106m3/s)(m3/s)(*104m3)（m）01281.589034603981755.043.937303613.4639821432.25.7741203980.1640031775.46.9214004463.9340242069.87.9