赋石水库水利水电规划课程设计(水文)

1、赋石水库水利水电规划课程设计说明书一、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. 选择水库死水位和确定兴利库容；3. 选择正常蓄水位；4. 推求防洪标准、设计标准和校核标准的设计洪水过程线；5. 推求各种洪水特征水位。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2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，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，又因流域拦蓄工程较少，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

2、灾每年平均损失稻谷1500 万斤，严重的196163 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328km2。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量孝丰站为1450mm，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。流域水系及测站分布见图1。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

3、，其高程一般均在200m 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

4、，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

5、测的流量资料。成果见表3。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，通过典型缩放得丰（P=10）、中(P=50)、枯(P=90)设计年径流过程。表1.年径流资料(m3/月)或月平均流量(m3/s)年份5月6月7月8月9月10月1979-198020.50152.13129.0158.91833.4624.3161980-198132.9166.58977.026101.31311.30230.8391981-198227.73231.0828.11710.6334.555.2141982-198331.25956.15223.08545.18141.24816.311

6、983-198437.84145.72793.34621.80427.68522.6621984-198525.28544.05139.00826.11213.42228.0771985-198628.97530.28330.5379.6717.5116.4731986-198721.3246.36862.88211.17610.2225.7551987-198832.04844.41857.87442.8616.00325.8631988-198924.14323.6911.71219.59545.5667.261989-199022.04136.72215.9018.68628.48923

7、.5771990-199133.83538.49126.9425.9323.5657.2711991-199240.66231.63486.05222.95417.7465.7811992-199335.3138.00620.9797.5445.9494.5271993-199426.62226.08365.52765.17120.31411.5441994-199514.67433.67612.3595.6468.23818.3621995-199635.83874.01243.27430.1827.18821.0911996-199723.1162.84992.90922.79122.32

8、418.5791997-199820.71119.37632.8712.6897.2858.2351998-199948.31934.19581.69170.52912.94311.8251999-200027.286.89371.70117.0515.6158.61311月12月1月2月3月4月年径流总量2.2262.1483.2553.2716.56119.173184.9777.1746.2133.6494.4126.98332.237380.6479.4833.4932.1465.84411.820.584140.67825.84310.5318.6117.3787.55427.135

9、300.28711.9574.4473.0842.1972.85911.302284.9116.83911.6434.8165.86816.0123.515244.64610.946.7865.7616.0887.78422.72173.5296.0644.7154.4422.8643.33116.39195.5299.9115.0134.5173.1536.2914.056252.0073.662.7872.7846.48317.86446.993212.53726.2617.4125.90311.00121.34822.825230.16615.115.1597.01610.22315.3

10、1315.969184.8263.2363.1472.2814.11316.07315.974249.6532.7442.7396.6289.84113.10816.996164.37119.3857.964.3623.5915.01119.703275.27310.1214.53511.01612.5967.92919.355168.5067.0234.0944.2563.3016.63410.191247.08428.3595.814.86410.55513.35229.268334.776.2788.3568.287.13918.45629.304178.9794.9813.3893.2

11、382.3322.08123.192298.71518.6795.6515.3086.80810.7899.879284.186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1350m3/s。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1160m3/s 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90，灌溉和航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。4.水库水位容积曲线如表5表2.水位容积曲线水位(m)48505255606570758081容积(106m3)00.10.62.381835.76

12、0.394.4102.8水位(m)82838485868788899091容积(106m3)111.3120129138.6148.3158.8170181.5194.52075.水电站下游水位流量关系曲线如表6表3.水位流量关系曲线水位(m)4646.246.446.646.84747.2流量(m3/s)01.03.67.311.916.220.56.根据实测泥沙资料得多年平均含沙量 0 = 0.237 kg/m3，泥沙干容重 =1650kg/m3，泥沙沉积率m90，孔隙率p0.3，推移质与悬移质淤积量之比值 15，加安全值2 米。7.本省生产的机型有HL263LJ100（即混流式263 型

13、，主轴金属锅壳，转轮直径1 米），单机容量为1250 千瓦，适应最小水头为16m。8.赋石水库属级建筑物，因此设计洪水标准为1%，校核洪水标准为0.1% 。水库下游保护地区防洪标准为5% 。9.赋石水库原设计采用雨量资料推求设计洪水，现采用流量资料来推求设计洪水，以作比较。历年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量如表7 所示。表4、潜鱼站洪峰及定时段洪量统计表年份洪峰Q(m3/s)24小时洪量W(106m3)三天洪量W(106m3)七天洪量W(106m3)195470227.9458.467.2819552848.1713.322.32195674829.83644.95195740222.83

14、7.1952.4619582008.7215.85221319.832.9196047815.720.833.2196165952.579.188.2196258543.749.253.11963116055.686.695.9196440914.3231.740.7196551015.6224.42719662329.51425.4196724411.82192819681679.918.435.5196938720.932.848.4197030517.231.935.6197150023.431.835.319721085.3410.212.2319734841

15、9.8742.8551.78197428716.1639.0547.99197516611.5822.0531.0419761198.2919.9528.9519772387.6120.4529.4510.典型洪水过程线如表8 所示。表5.典型洪水过程线时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s06203304047060212803317213154137061205813627223054230662192824338232934326063180834941524293442356416184535232544

16、545227651558550624265754624066145864874327675472536713087478572880548269681188846973299154927769118894410100301000502867010390431113031106051295719791411217132113052290729292391323033116053263738593371426034106054277748294351531735950552657579953416355368645625276659633173623776057245775597321837338

17、66058235784398311935039617592247941993011.泄洪建筑物型式尺寸溢洪道：实用堰型，净宽110m，堰顶高程88.3m。泄洪洞：洞径5m，进口底高程48.5m。根据以上尺寸计算得泄流曲线如表9 所示。表6.泄洪建筑物泄流曲线水位(m)808182838485流量(m3/s)332336341347351354水位(m)868788899091流量(m3/s)3583623704818741460表7.坝顶安全超高坝的安全级别IIIIIIIVV正常运用1.510.70.50.5非常运用0.70.60.40.30.312.泄洪规则及起调水位遇小于或等于二十年一遇洪

18、水，只放发电用水（9m3/s），其余全部拦蓄；超过二十年一遇洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪（泄洪洞闸门全开）。三、设计年径流量及其年内分配的推求1.设计年径流量计算现有年径流量资料21年，总体分布曲线选定为皮尔逊型，试求其参数。最终结果见表3-1计算步骤如下：(1)将原始资料按大小次序排列，列入表3-1中第四栏；(2)用公式P=m/(n+1)×100%计算经验频率，列入表3-1中第九栏，并将X和P对应点绘于概率格纸上，见附图1(3)计算序列的多年平均径流量(4)计算各项的模比系数Ki= xi/,计入表3-1中第五栏，其总和等于n。(5)计算各项的(Ki-1)，列入表3-1中第六栏，其总

19、和等于0。(6)计算各项的(Ki-1)2，列入表3-1中的第七栏，可求得CV (7)计算(Ki-1)3，列于表3-1中的第八栏，可求得Cs表3-1.年净流量频率计算表年份年径流量序号按大小排列的Xi模比系数kiKi-1(Ki-1)2(Ki-1)3P=m/(n+1)(%)1979184.9771380.6471.60 0.60 0.36 0.22 4.55 1980380.6472334.771.41 0.41 0.17 0.07 9.09 1981140.6783300.2871.26 0.26 0.07 0.02 13.64 1982300.2874298.7151.26 0.26 0.07

20、 0.02 18.18 1983284.9115284.9111.20 0.20 0.04 0.01 22.73 1984244.6466284.1861.20 0.20 0.04 0.01 27.27 1985173.5297275.2731.16 0.16 0.03 0.00 31.82 1986195.5298252.0071.06 0.06 0.00 0.00 36.36 1987252.0079249.6531.05 0.05 0.00 0.00 40.91 1988212.53710247.0841.04 0.04 0.00 0.00 45.45 1989230.16611244.

21、6461.03 0.03 0.00 0.00 50.00 1990184.82612230.1660.97 -0.03 0.00 0.00 54.55 1991249.65313212.5370.90 -0.10 0.01 0.00 59.09 1992164.37114195.5290.82 -0.18 0.03 -0.01 63.64 1993275.27315184.9770.78 -0.22 0.05 -0.01 68.18 1994168.50616184.8260.78 -0.22 0.05 -0.01 72.73 1995247.08417178.9790.75 -0.25 0.

22、06 -0.01 77.27 1996334.7718173.5290.73 -0.27 0.07 -0.02 81.82 1997178.97919168.5060.71 -0.29 0.08 -0.02 86.36 1998298.71520164.3710.69 -0.31 0.09 -0.03 90.91 1999284.18621140.6780.59 -0.41 0.17 -0.07 95.45 总计4986.277237.442 210.00 1.40 0.16 1050.00 (8)首先选定矩法算出的Cv、Cs 和频率P，查附录1得列入表3-2中的第四栏，利用公式，计算各种频率

23、下的值列入表3-2中的第五栏。根据表3-2中第一、第四栏对应数值点绘曲线（见附图1），观察其与经验频率点吻合程度，发现频率曲线与经验点据配备良好，无需再次配线，直接采用其作为最后的频率曲线，其参数为，表3-2 年径流理论频率曲线选配计算表P第一次配线XiCvCsXp1237.44 0.260.512.687403.32 51.773346.90 101.321318.99 200.809287.39 50-0.082232.38 75-0.711193.55 90-1.218162.25 95-1.486145.70 99-1.952116.94 根据年径流频率曲线可知：P=10%的设计丰水年

24、径流量P=50%的设计平水年径流量P=90%的设计枯水年径流量2.设计年内分配推求2.1代表年的选择根据代表年的选择原则：选取年径流量接近于设计年径流量的代表年径流量过程线。选取对工程较不利的代表年径流过程线。从而选出丰水年代表年为1982-1983年；平水年代表年为1989-1990年；枯水年代表年为1992-1993年2.2径流年分配计算根据同倍比法可知丰水年平水年枯水年根据已知的代表年径流量×缩放比K得出设计年径流量，数据整理入表3四水库死水位和兴利库容的确定1.绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线根据资料表2、表3分别绘制水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线，

25、结果见图1、图2；表4、水位容积曲线水位(m)48505255606570758081容积(106m3)00.10.62.381835.760.394.4102.8水位(m)82838485868788899091容积(106m3)111.3120129138.6148.3158.8170181.5194.5207图1.水位容积曲线表5、水位流量关系曲线水位(m)4646.246.446.646.84747.2流量(m3/s)01.03.67.311.916.220.5图2.水位流量关系曲线2.根据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）水库年淤积体积按百年运用估计，即

26、T=100则查Z-V曲线根据内插法得3.根据水轮机的情况确定水库的最低水位4.根据各方面的情况确定最低死水位5.确定兴利库容根据表3得枯水年1992-1993年的月设计净流量资料求得各月的净流量列于表4-1第（2）栏,用水量只满足发电用水9m3/s，则发电用水量,列于表4-1第（3）栏， 表4-1 水库年调节计算表 时间来水量用水量来水量-用水量早蓄方案余水(+)亏水(-)水库月末蓄水量弃水量1992.0591.3523.6467.7103.8363.881992.0698.3323.6474.6974.6963.881992.0754.2823.6430.6463.881992.0819.5

27、223.64-4.1259.761992.0915.3923.64-8.2551.511992.111.7123.64-11.9339.581992.117.123.64-16.5423.041992.127.0923.64-16.556.491992.0117.1523.6401992.0225.4623.641.821.821993.0333.9123.6410.2712.091993.0443.9723.6432.42合计425.25283.7205.47-63.88109.16校核425.25-283.68-32.42=109.15205.47-63.88-32.42=109.17累积

28、各连续时段的余、缺水量，得；所以水库的兴利库容为五选择正常蓄水位总库容由水库水位容积曲线图（附图2）得正常蓄水位为Z蓄=77.8m六推求各种设计标准的设计洪水过程线本水库为大（2）型水库，工程等别为等，永久性水工建筑级别为2级，查规范得下游防洪标准为5，设计标准为1，校核标准为0.1，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，得洪峰和各历时的洪量系列。7天洪量只有19571972年，用相关关系分析方法插补延长。6.1设计洪峰流量及洪量的推求1.1 推求设计洪峰流量先对原

29、始水文资料进行一致性，代表性，可靠性审查，实测洪水资料中有一个特大洪水，发生在1922年，洪峰流量为1350m3/s，在历史考证资料中有一个特大洪水，发生在1963年，洪峰流量1160m3/s共2个特大洪水，用分别处理法计算各洪水的经验频率：计算公式。计算结果列于表6-1表6-1 洪峰流量经验频率计算表洪峰流量经验频率计算按时间次序按数量大小排列年份Qm(m3/s)年份Qm(m3/s)M1P1 ()mP2 ()192213501922135011.819547021963116023.5空位1955284195674828195674819547023121957402196165941619

30、582001962585520195923719655106241960478191500728196165919734848321962585196047893619631160196440910401964409195740211441965510196938712481966232197030513521967244197428714561968167195528415601969387196724416641970305197723817681971500195923718721972108196623219761973484195820020801974287196816721841

31、97516619751662288197611919761192392197723819721082496把求得的各经验频率及其对应的洪峰流量绘于频率格纸上见附图2。根据矩法计算分布曲线的参数计算序列的多年平均径流量；计算各项的模比系数Ki= xi/,计入表6-2中第四栏，其总和等于n；计算各项的(Ki-1)，列入表6-2中第五栏，其总和等于0；计算各项的(Ki-1)2，列入表6-2中的第六栏，可求得CV 计算(Ki-1)3，列于表6-2中的第七栏，可求得Cs表6-2洪峰流量经验频率参数计算表年份年径流量按大小排列的Xi模比系数kiKi-1(Ki-1)2(Ki-1)31922135013503

32、.0792.08 4.32 8.99 195470211602.65 1.65 2.71 4.46 19552847481.71 0.7060.50 0.35 19567487021.60 0.6010.36 0.22 19574026591.50 0.5030.25 0.13 19582005851.33 0.3340.11 0.04 19592375101.16 0.1630.03 0.00 19604785001.14 0.1410.02 0.00 19616594841.10 0.1040.01 0.00 19625854781.090.090.01 0.00 196311604090

33、.933-0.0670.00 0.00 19644094020.917-0.0830.01 0.00 19655103870.883-0.1170.01 0.00 19662323050.696-0.3040.09 -0.03 19672442870.655-0.3450.12 -0.04 19681672840.648-0.3520.12 -0.04 19693872440.557-0.4430.20 -0.09 19703052380.543-0.4570.21 -0.10 19715002370.541-0.4590.21 -0.10 19721082320.529-0.4710.22

34、-0.10 19734842000.456-0.5440.30 -0.16 19742871670.381-0.6190.38 -0.24 19751661660.379-0.6210.39 -0.24 19761191190.271-0.7290.53 -0.39 19772381080.246-0.7540.57 -0.43 438.4250.00 11.69 12.24 首先选定矩法算出的Cv、Cs 和频率P，查附录1得列入表6-3中的第四栏，利用公式，计算各种频率下的值列入表6-3中的第五栏。表6-3洪峰流量理论频率曲线选配计算表P第一次配线（x=438.4、Cv=0.7、Cs=2.3

35、1Cv=1.62）第二次配线（x=438.4、Cv=0.62、Cs=2.61Cv=1.62）第三次配线（x=438.4、Cv=0.7、Cs=2.31Cv=1.7）XpXpXp0.15.392092.48 5.391903.45 5.52126.2413.41481.79 3.41362.55 3.441494.07 51.961039.88 1.96971.14 1.971042.95 101.33846.55 1.33799.90 1.32843.48 200.676645.85 0.676622.14 0.66640.94 50-0.254360.45 -0.254369.36 -0.27

36、355.54 75-0.728214.99 -0.728240.52 -0.72217.45 90-0.986135.82 -0.986170.40 -0.97140.73 95-1.09103.90 -1.09142.13 -1.06113.11 99-1.1973.21 -1.19114.95 -1.1488.56 根据表6-3中对应数值点绘曲线，发现第三次配线的频率曲线与经验点据配备良好，采用其作为最后的频率曲线，其参数为，6.2 推求各设计洪量由于七天的洪量资料只有19571972年，所以需根据三天洪量资料用相关关系分析法插补延长七天洪量资料。表6-4三天洪量和七天洪量的相关计算表年份

37、xy195737.1952.460.6050.669-0.395-0.3310.1560.1090.131195815.8522.150.2580.283-0.742-0.7170.5510.5150.532195919.832.90.3220.420-0.678-0.5800.4600.3370.393196020.833.20.3380.424-0.662-0.5760.4380.3320.381196179.188.21.2861.1260.2860.1260.0820.0160.036196249.253.10.8000.678-0.200-0.3220.0400.1040.06419

38、6386.695.91.4081.2240.4080.2240.1670.0500.091196431.740.70.5150.519-0.485-0.4810.2350.2310.233196524.4270.3970.345-0.603-0.6550.3640.4300.39519661425.40.2280.324-0.772-0.6760.5970.4570.522196719280.3090.357-0.691-0.6430.4780.4130.444196818.435.50.2990.453-0.701-0.5470.4910.2990.383196932.848.40.5330

39、.618-0.467-0.3820.2180.1460.178197031.935.60.5190.454-0.481-0.5460.2320.2980.263197131.835.30.5170.450-0.483-0.5500.2330.3020.265197210.212.230.1660.156-0.834-0.8440.6960.7120.704总和522.74666.04平均61.5078.36以三天洪量为自变量x，七天洪量为倚变量y，n=166.2.1均值计算， 6.2.2均方差计算，6.2.3相关系数计算6.2.4回归系数计算6.2.5y倚x的回归方程为6.2.6回归直线的均方

40、误计算6.2.7相关系数的机误根据回归方程插补延长七天洪量，计算结果列于表6-5表6-5 各时段洪量资料年份洪峰24小时洪量3天洪量七天洪量插补七天洪量195470227.9458.467.18 19552848.1713.322.40 195674829.83644.94 195740222.837.1952.4619582008.7215.85221319.832.9196047815.720.833.2196165952.579.188.2196258543.749.253.11963116055.686.695.9196440914.3231.740.7196

41、551015.6224.42719662329.51425.4196724411.82192819681679.918.435.5196938720.932.848.4197030517.231.935.6197150023.431.835.319721085.3410.212.23197348419.8742.8551.74 6.3.各时段洪量系列的频率计算6.3.1 24小时洪量计算经验频率计算结果如表6-6表6-6.24小时洪量理论频率计算表年份年径流量序号按大小排列的Xi模比系数kiKi-1(Ki-1)2(Ki-1)3P=m/(n+1)(%)195427.94155.62.85 1.8

42、5 3.44 6.37 4.17 19558.17252.52.70 1.70 2.87 4.87 8.33 195629.8343.72.24 1.24 1.55 1.92 12.50 195722.8429.81.53 0.53 0.28 0.15 16.67 19588.72527.941.43 0.43 0.19 0.08 20.83 195911.13623.41.20 0.20 0.04 0.01 25.00 196015.7722.81.17 0.17 0.03 0.00 29.17 196152.5820.91.07 0.07 0.01 0.00 33.33 196243.79

43、19.871.02 0.02 0.00 0.00 37.50 196355.61017.20.88 -0.12 0.01 0.00 41.67 196414.321116.160.83 -0.17 0.03 0.00 45.83 196515.621215.70.81 -0.19 0.04 -0.01 50.00 19669.51315.620.80 -0.20 0.04 -0.01 54.17 196711.821414.320.74 -0.26 0.07 -0.02 58.33 19689.91511.820.61 -0.39 0.15 -0.06 62.50 196920.91611.580.59 -0.41 0.16 -0.07 66.67 197017.21711.130.57 -0.43 0.18 -0.08 70.83 197123.4189.90.51 -0.49 0.24 -0.12 75.00 19725.34199.50.49 -0.51 0.26 -0.13 79.17 197319.87208.720.45 -0.55 0.31 -0.17 83.33 197416.16218.290.43 -0.57 0.33 -0.19 87.50 197511.58228.170.42 -0.58 0