洪水调节设计试算法和半图解法模板带试算C语言程序

1、洪水调节课程设计任务书一、 设计目的1. 洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；2. 掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；3. 了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决问题的能力。二、 设计基本资料1. 某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104 kw·h，水库库容0.55亿m3。挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高84.80m。溢洪道堰顶高

2、程519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m。电站发电引用流量为10 m3/s。2. 本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。3. 上游防洪限制水位524.8m（注：X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛要求。三、 设计任务及步骤分别对设计洪水标准、校核洪水

3、标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。具体步骤：1. 根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；2. 用列表试算法进行调洪演算： 根据已知水库水位容积关系曲线VZ和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线qZ，并将VZ，qZ绘制在图上； 决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q2、V2进行试算； 将计算结果绘成曲线：Qt、qt在一张图上，Zt曲线绘制在下方。3. 用半图解法进行调洪计算： 绘制三条曲线：，； 进行图解计算，将结果列成表格。4

4、. 比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果。四、 时间安排和要求1. 设计时间为1周；2. 成果要求： 设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准； 列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程计算需提供程序清单及相应说明； 设计成果请独立完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。五、 参考书3. 水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)4. 水利水能规划附录：一、 堰顶溢流公式式中：q通过溢流孔口的下泄流量，m3/s； n溢流孔孔口数；b溢流孔单孔净宽，m ；g重力加速度，9.81m/s2；闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，初步计算可假设为0.92； m

5、流量系数，与堰顶形式有关，可查表，本工程取0.48； H0堰顶水头，m。二、 设计洪水过程时刻（h）Q实测（m3/s）各频率Q（m3/s）0.1%1%2%5%03.32503529201136296196162121231268052443235733491300727602524496020001220104073951670230013901130806612902100129010907757919175011901010698854311808537065419402895647505387103248174834003271129470943736227012264606398326

6、2431323454934828921614204477294251195151914402832301761617741426321916217164385245204151181503512241871391913732020417012520123286183152113211102571711421062210224015412796239722614411989249021213511183三、 水位库容曲线和库容表库容表高程（m）450460470480490500505库容（104m3）018113.5359.3837.21573.62043.2高程（m）510515520525

7、530535540库容（104m3）2583.33201.33895.74683.85593.966707842.6四、 工程分等分级规范和洪水标准五、 调洪计算成果表 频 率项 目 设计洪水校核洪水列表试算法最大泄量（m3/s）1003.35m3/s1550.73 m3/s水库最高水位（m）529.03m532.44m半图解法最大泄量（m3/s）1004.54m3/s1558.92m3/s水库最高水位（m）528.92m532.36m洪水调节演算过程一、 洪水标准的确定1. 工程等别的确定：由设计对象的基本资料可知，该水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等其他综合效益，电站装机为50

8、00kW，水库库容0.55108m3。若仅由装机容量5000kW为指标，根据 “水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为；若仅以水库总库容0.55108m3为指标，则可将工程等别定为。综合两种指标，取等级最高的等为工程最终等别。2. 洪水标准的确定：该水利工程的挡水建筑物为混凝土面板坝，由已确定的为等的工程等别，根据“山区，丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”，可查得，该工程设计洪水标准为10050年，校核标准为1000500年，不妨取设计标准为100年，校核洪水标准为1000年。二、 试算法洪水调节计算1. 计算并绘制水库的q=f(V)关系曲线：应用式，根据不同水库水位计算H与q,再

9、由HV关系曲线查得V，并计算于下表，绘制q=f(V) 关系曲线图如下。2.10324817483400327112947094373622701226460639832624313234549348289216142044772942511951519144028323017616177414263219162171643852452041511815035122418713919137320204170125201232861831521132111025717114210622102240154127962397226144119892490212135111833.4.水库q=f(V)关

10、系曲线计算表水位/m堰顶水头/mq溢(m³/s)q电(m³/s)总泄流量q库容V/104m³5190010103756.82520131.29671041.2973895.7521288.520441098.524053.325223162.622410172.624210.945234250.373610260.374368.565245349.907710359.914526.185256459.965710469.974683.85267579.62310589.624865.825278708.163510718.165047.845289845.0109

11、10855.015229.8652910989.688610999.695411.88530111141.794101151.85593.9531121300.9791013115809.12532131466.944101476.96024.34533141639.421101649.46239.56534151818.174101828.26454.78535162002.9891020136670536172193.673102203.76904.52537182390.052102400.17139.04538192591.9641026027373.56539202799.26210

12、2809.37608.08540213011.809103021.87842.65. 确定调洪的起始条件：起调水位也是防洪限制水位，Z=525.2m。相应库容4720.20×104m3。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。由公式：=280.920.48+10= 483.2 m3/s得调洪开始时的下泄流量为483.2 m3/s。所以在第一时段，以闸门控制入库流量等于下泄流量

13、；以后时段闸门全开不再控制，下泄流量由试算计算。6. 列表试算泄流量q，本过程采用C语言编程试算。 基本原理：根据水库容积曲线V=f（Z）和堰顶溢流公式q=f（H），得出蓄泄方程q=f（V）。联立水量平衡方程 可得q=f(V)=g（q），即q=g（q）。 编程公式的主要过程a) 已知的电站发电引用流量为10m3/s，结合堰顶溢流公式，得出下泄流q=nbm+10。（1）b) 水位高程Z与堰顶水头H的关系。基本材料可知溢洪道堰顶高程为519m则H=Z-519m；c) 水库容积曲线V=f（Z）的近似化。根据该设计的蓄泄情况，水位高程的变化范围在525m535m之间，又由于水库容积曲线在水位高程属52

14、5m535m之间的变化率较小，为方便计算，故可将其分段直线化以简化、近似计算。由水位库容表V=f（Z）及上式H=Z519m，可得V=f（H），易算出H=g（V） = 。（2）联立（1）、（2）式得。（3）d）将（3）式与水量平衡方程联立。 得 。（4）e）C语言程序源代码如下：#include<stdio.h>#include<math.h>void main() float V1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3, t=0.36;printf("V1=");scanf("%f",&V1); printf("Q

15、1="); scanf("%f",&Q1); printf("Q2="); scanf("%f",&Q2); printf("q1="); scanf("%f",&q1); printf("q2="); scanf("%f",&q2); printf("nn"); loop: V2=V1+ (Q1+Q2-q2-q1) * t/2;if (V2>=4683.8 && V2&l

16、t;=5593.9) q3=(pow(V2-3591.68)/182.02,1.5)*31.281+10; else if (V2>=5593.9 && V2<=6670.0) q3=(pow(V2-3226.48)/215.22,1.5)*31.281+10; if (fabs(q3-q2)>0.01) q2=q3; goto loop; printf("q2=%fn",q3); printf("V2=%fnnn",V2);7. 对设计洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。 将洪水过程表中P=1%的洪水过程线划分计算

17、时段，初选时段t=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。泄流量的计算见第五，六，七栏。从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。第一，十栏可绘制水位过程线； 为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变。见第15时段q=f（V）的程序计算截图； 绘制Qt与qt曲线，如图所示。最大下泄流量 =996.78 m3/s发生在t=8h时，正好是qt曲线与Qt曲线的交点，即为所求的最大下泄流量； 推求设计调洪库容和

18、设计洪水位。=996.78对应的库容和水位分别为5408.93万m3和528.98m，减去堰顶以下的库容3756.82万m3 即可得=1652.11万m3，=528.98 m。第2时段试算法程序计算截图第7.4375时段试算法的程序计算截图设计洪水调节计算表时间 t(h) 入库洪水流量 Q （m3/s） 时段平均入库流量 Q(平均) （m3/s）时段入库水量 Q(平均)t （万m3）下泄流量 q（m3/s）时段平均下泄流量（m3/s）时段下泄水量q(平均)t （万m3）时段内水库存水量变化 V （万m3）水库存 水量V （万m3）水库 水位 Z (m)12345678910035115.541

19、.5835115.541.5804652.276524.811961964652.276524.82524360129.6455.77325.89117.318612.28144664.56524.883727625.5225.18492.21473.99170.636454.54364719.1525.1941220973.5350.46594.85543.53195.6708154.78924873.89526.04513901305469.8756.51675.68243.2448226.55525100.45527.29612901340482.4897.66827.09297.750

20、6184.64945285.1528.3711901240446.4983.72940.69338.6484107.75165392.85528.97.51021.51105.75398.07996.53990.13356.44541.6255408.6528.987.58751000.4381010.9688363.9488996.78996.66358.79585.152955408.93528.987.675979.375989.90625356.3663996.66996.72358.8192-2.452955408.77528.987.75937.25958.3125344.9925

21、995.3995.98358.5528-13.56035407.11528.978853937.25337.41971.39977.56351.9198-14.50985377.61528.819647750270915.68943.54339.6726-69.67265307.94528.4310483565203.4841.17878.43316.233-112.8335212.47527.9111437460165.6750795.59286.4106-120.8115091.66527.2412398417.5150.3673.07711.54256.1526-105.8534985.

22、81526.6613348373134.28605.83639.45230.202-95.9224889.89526.1314294321115.56544.34575.09207.0306-91.47064798.96525.6315283288.5103.86485.39514.87185.3514-81.49144708.46525.141626327398.28410.07447.73161.1828-62.90284652.276524.81724525491.44245327.54117.9126-26.47264652.276524.818224234.584.42224234.

23、584.4204652.276524.81920421477.0420421477.0404652.276524.820183193.569.66183193.569.6604652.276524.82117117763.7217117763.7204652.276524.822154162.558.5154162.558.504652.276524.82314414953.6414414953.6404652.276524.824135139.550.22135139.550.2204652.276524.88. 对校核洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。 将洪水过程表中P=0.1%的洪

24、水过程线划分计算时段，初选时段t=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。泄流量的计算见第五，六，七栏。从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。第一，十栏可绘制水位过程线。 为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变。见第20时段q=f（V）的程序计算截图。 绘制Qt与qt曲线，如图所示。最大下泄流量=1548.52m3/s发生在t=8h时，正好是qt曲线与Qt曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。 推求

25、校核调洪库容和设计洪水位。=1548.52对应的库容和水位分别为6115.59万m3和532.42m，减去堰顶以下的库容3756.82万m3 即可得=2358.77万m3，=532.42 m。第2时段试算法程序计算截图第7.34375时段试算法程序计算截图校核洪水调节计算表时间 t(h) 入库洪水流量 Q （m3/s） 时段平均入库流量 Q(平均) （m3/s）时段入库水量 Q(平均)t （万m3）下泄流量 q（m3/s）时段平均下泄流量（m3/s）时段下泄水量q(平均)t （万m3）时段内水库存水量变化 V （万m3）水库存 水量V （万m3）水库 水位 Z (m)1234567891005

26、017362.285017362.2804652.276524.812962964652.276524.82680488175.68473.32384.66138.477637.20244689.48525.0331300990356.4582.53527.93190.053166.3474855.83525.95420001650594828.43705.48253.9728340.02725195.88527.815230021507741163.81996.12358.6032415.39685611.285306210022007921410.361287.1463.3506328.6

27、4945939.93531.617175019256931537.871474.1530.6814162.31866102.25532.367.251607.51678.75604.351547.641542.8555.391848.95826114.49532.427.31251571.8751589.6875572.28751548.391548557.285415.00216115.43532.427.343751554.0631562.9688562.66881548.521548.5557.44385.224956115.59532.47.3751536.251545.1563556

28、.25631548.51548.5557.4636-1.207356115.56532.427.514651500.625540.2251547.21547.9557.226-17.0016113.94532.46811801465527.41519.621528.7550.3482-22.94826079.3532.2698951037.5373.51400.51460.1525.6216-152.1225927.18531.5510817856308.161269.481335480.5964-172.4365754.74530.7311709763274.681151.071210.34

29、35.699-161.0195593.72529.9212606657.5236.71020.651085.9390.9096-154.215439.33529.1413549577.5207.9909.28964.97347.3874-139.4875299.84528.3814477513184.68812.25860.77309.8754-125.1955174.65527.715440458.5165.06728.44770.35277.3242-112.2645062.39527.0816414427153.72659.22693.83249.7788-96.05884966.335

30、26.5517385399.5143.82604.57631.9227.4822-83.66224888.07526.1218351368132.48553.13578.85208.386-75.9064812.16525.7119320335.5120.78507.04530.09190.8306-70.05064742.11525.3220286303109.08464.31485.68174.843-65.7634676.38524.9521257271.597.74323.99394.15141.894-44.1544652.276524.822240248.589.462402821

31、01.5182-12.05824652.276524.82322623383.8822623383.8804652.276524.82421221978.8421221978.8404652.276524.8某水库校核调洪计算表三、 半图解法洪水调节计算（以设计洪水标准进行调洪演算为例子）1. 计算并绘制辅助线。计算时段取。计算过程见下表。利用表中第五，七栏的相应数值绘制的辅助线如图。 辅助曲线计算表q=f(V/t+q/2)辅助曲线计算表水库水位Z（m）总库容V（万m³）堰顶以上库容（万m³）V/t(m³/s)q(m³/s)q/2(m³/s)V

32、/t+q/2 (m³/s)519.00 3756.82 0.00 0.00 10.00 5.00 5.00 522.00 4210.94 454.12 1261.44 172.62 86.31 1347.76 525.00 4683.80 926.98 2574.94 469.97 234.98 2809.93 528.00 5229.86 1473.04 4091.78 855.01 427.51 4519.28 531.00 5809.12 2052.30 5700.83 1310.98 655.49 6356.32 534.00 6454.78 2697.96 7494.33

33、1828.17 914.09 8408.42 537.00 7139.04 3382.22 9395.06 2400.05 1200.03 10595.08 540.00 7842.60 4085.78 11349.39 3021.81 1510.90 12860.29 2. 调洪计算求qt过程和库水位过程：由于作辅助线时需取固定值，且是由蓄泄曲线q=f（V）转换而来的，故该法只适用于自由泄流（无闸或闸门全开）和固定的情况。当有闸门控制泄流时，应按控制的流量调洪。所以对于第一时段Q<Q限时，起调水位也是防洪限制水位，Z=525.2m。相应库容4720.20×104m3。在洪水期

34、间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变，即q=Q；可直接求出= 13129.167 m3/s和= 13209.667 m3/s。从第二时段开始闸门全开，Q2= 196 m3/s，=524 m3/s，=196 m3/s，将=13209.667 m3/s代入 =（）+，求得=13373.667 m3/s，由式得，=250.199 m3/s。同法依次类推，可求出其他时段的泄量。其成果如表第四，六栏所示。3. 绘制Qt与qt过程线以及qZ，过程线，求。利用表中第一，二，四栏数值，可绘出Qt与qt过程线。取Qt与qt两曲线的交点的纵坐标数值，作为=1

35、004.54m3/s，t=8h时。利用表中的库水位Z与泄流能力q，可绘制Zq关系曲线，如图所示。半图解法调洪计算表（设计P=1%）时间t(h)入库流量Q（m³/s)平均入库流量Q'(m³/s)V/t+q/2 (m³/s)q(m³/s)水库水位Z（m）0352504.87835524.81196115.52583.378196524.825243602747.378457.306524.8793727625.52915.572493.767525.19241220973.53395.305601.851526.0635139013054098.45

36、4760.271527.2996129013404678.183894.45528.2527119012405023.733980.215528.86188531021.55065.018990.462528.93496477504824.556930.78528.51104835654458.776841.451527.876114374604077.325755.51527.26512398417.53739.315679.356526.687133483733432.959610.335526.131142943213143.624545.148525.60615283288.52886.976487.325525.14162632732672.651442.106524.8172452542609.878245524.818224234.52599.378224524.8192042142589.378204524.820183193.52578.878183524.8211711772572.878171524.822154162.52564.378154524.8231441492559.378144524.824135139.52554.878135524.