工程水文及水利计算课程设计

1、天福庙水库防洪复核计算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 km 2河长，河道比降，总库容6367万，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：选择水库防洪标准。历史洪水调查分析及洪量插补。设计洪水和校核洪水的计算。调洪计算。坝顶高程复核。流域自然地理概况，流域水文气象特性(一)流域及工程

2、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， 河长，河道比降，总库容6367万，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，大坝为浆砌石双曲拱坝， 坝前河底高程348m，坝高，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。 设计洪水位(P=2%),校核(P=%) 洪水位，坝顶高程，防浪墙顶高 程。库区吹程1000m。(二)水文气象资料气象特征。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

3、雨多于秋雨，气 温年内变化较大，无霜期长。多 年平均气温。C，历年最高气温达 40C，最低气温-12C，平均风 速s,多年平均最大风速s，风向 多为NE。流域多年平均降水量， 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KSi 1 黄柏洲*任无何腐水卑ftrEi黑雨量的%左右，尤其以7月最大，占全年的。月降雨量最少是12月，仅占全年 的%。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。乡站历史洪水。

4、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24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KS1-1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(X108m3)3d洪量(X108m3)重现期备注11935468017621984373931826不能定量41930不能定量

5、5195828204.天福庙水库洪峰洪量系列。见KS1-2。表KS1-2天福庙水库洪峰、洪量系列年份洪峰Qm3 / s1d洪量X108m33d洪量X108m3年份洪峰Qm3 / s1d洪量X108m33d洪量X108m31958180319805711959131198112619602661982582196120019834371962640198423891963103619851211964452198621819655191987438196618919882221967774198959219688381990634196942819918041970598199285119713

6、891993425197264199416719734451995261防洪标准选择工 程 等 级水库防洪治涝灌溉供水水电 站工程规模总库容城镇及 工矿企 业的重 要性保护农 田（万 亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）城镇及 工矿企 业的重 要性装机容量一大 型10特别重 要500200150特别重 要120二大 型10重要5001002006015050重要12030三中型中等100306015505中等305四小 型一般3051535一般51五小 型531工程等级永久性水工建筑 物级别临时性水工 建筑物级别工程等级永久性水工建筑 物级别临时性水工 建筑物级别主要建 筑物次要建 筑物主要建

7、 筑物次要建 筑物1134445522345553345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洪凝土 坝、浆砌 石坝及其 他水工建 筑物土坝、堆石坝一10005000可能最大洪水（PMF）300100200010005002000或 100005000二5001002000100050002000100501000300三100501000 500200010005020300100四5030500200100030020101000503020200100300200105020由天福庙库容量资料得其总库容6367万，根据防洪标准GB 502

8、01-94 查得天福庙水库工程等级为三级,天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天 赋庙村，属于丘陵区水库，设计防洪标准为50100年,p=1%2%，而实际设计防 洪标准为p=2%在此范围内，说明符合设计标准。校核防洪标准为5001000 年,p=%而实际校核标准为p=%在此范围内，说明符合设计标准在此范围内， 说明符合设计标准。峰、量选样及历史洪水调查天福庙水库坝址19591977年峰、量系列根据分乡站资料换算得到，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。天福庙水库坝址19782001年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列 计算。分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝

9、址。根据天福庙水库坝址 19782001年峰、量系列建立峰、量相关关系；根据此峰、量关系计算历史洪 水的1d、3d洪量。分析解答过程如下。首先根据天福庙水库坝址19782001年峰、量系列建 立峰、量相关关系。天福庙水库洪峰、1天洪量系列年份洪峰m3 / s1天洪量108m3kxkykx-1ky-1(kx-1)2(ky-1) 2(kx-1) *(ky-1)1978299197963419805711981126198258219834371984238919851211986218198743819882221989592199063419918041992851199342519941671

10、995261199648719975441998974199917020006132001471合计13030-1 V 13030(1)均值 x = VXi = 2厂=542.92口3 / sy = 1V y =孝=0.182 妇血n i 24年份洪峰m3 / s3天洪量 yx 108m3kxkykx-1ky-1(kx-1)2(ky-1)2（kx-1）*（ky-1）19782991979634198057119811261982582198343719842389198512119862181987438198822219895921990634199180419928511993425199

11、41671995261199648719975441998974199917020006132001471合计13030=457.184m3 / sx16.3094(K - 1)2=542.92n 1x（2）均方差by7.062823(K - 1)2t = 0.182 x 108 xn 一 1=0.101 x 108 m3（3）相关系数rS (K 一 1)(K 一 1)xy(K 一 1)2 S (K - 1)2xy9.9450(16.3094 x 7.06280.927相关系数的显著检验：在二时n=24时查的二。因为r可推断出总体是相关的，r， 密切相关。（4）回归系数Ry/xbybx0.92

12、7 x .01 x 108457.184=20479.1y倚x的回归方程b亍(xbx-x)（5）代入数据得y=+（6）s = b 1 一 r2天福庙水库洪峰、=0.101x 108x 1 0.927 2 = 3.788 x 106m3 / s3天洪量系列（1）均值 x蚂=54292m3 / s241 s y ni7.11=O.2961x108m3乙=542.92 严芸=0.155 x 108 m3=457.184 m3 / s6.3397=0 . 29 61 x 108 x238.9212t、,， (K - 1)(K - 1)相关系数r = 、I x .，y = 0.877 (K - 1)2

13、(K - 1)216.3094 X 6.3397xy相关系数的显著检验：在二时n=24时查的二。因为r可推断出总体是相关的，r， 密切相关。(4)回归系数Ry/xbrbx0.155 x 10810.877 x = 29733.1457.184y倚x的回归方程br 亍(xbx-x)代入数据得s = b ：1 一 r2将分乡站历史洪峰、洪量换算成天福庙的历史洪峰、洪量，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。y=+.35=0.155 x 108 x 1 0.8772 = 7.45 x 106m3 / s洪峰比:f (1083.0 )23 = 0.6393、目 553.6 _洪

14、量比：1083.0.1826年1天洪量为X108m31830年1天洪量为X108m31935年3天洪量为y=+.35y3=x 108m31826年3天洪量为X108m31830年3天洪量为X108m3天福站历史洪水成果表序号年份洪峰流量 (m3 / s)囱洪量 (X108m3 )3打共量 (X108m3)重现期备注119352992176219842390318262400不能定量418302300不能定量519581803根据洪峰与洪量的关系计算1935年1天洪量y=+y1=x 108m3结果如表上格所示设计洪水计算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

15、的设计洪峰和1d、3d设计洪量。洪水调查期为1826到2001年，所 以N=176,1935年、1984年、1826年、1930年、1958年作为历史洪水即a=5实 测洪峰、洪量资料44年，n=44，l=2。1）对洪峰流量频率计算类型年份洪峰流量（m3 / s）从大到小排序 （m3 / s）序号pM%序号Pm%1234567特大值系列19352992299211984239024002182624002390319302300230041958180318035实测值系列19591311036319602669744196120085151962640848619631036838719644

16、528048196551977491966189640101967774634111968838634121969428613131970598598141971389592151972645821619734455711719742405441819758485191919762724872019771624712119782994522219796344452319805714382419811264372519825824282619834374252719851213892819862182992919874382723019882222663119895922613219906342

17、403319918042223419928512183519934252003619941671893719952611703819964871673919975441624019989741314119991701264220006131214320014716444D M1按统一样本法计算经验频率，即PM= E=PM,a+ (1 - P )M,a如表中第5和7列所示分别为特大洪水和一般洪水的经验频率。根据表中第2列洪峰流量系列，计算年最大洪峰流量均值Q，离势系数CvN=176,启 Q = 11885n?j3)=/s18142773 Q = 19132皿 (-Q)=/s27764641 q

18、+q N L j n - 1 i i J176r11885I+ 176 - 5 x 1913244 - 2 J=510m 3 / s17-Q-Ij azl1 - QVN _ a a mr 1+1151018142773 + x 277646442=0.83.根据上步初估参数成果，取Q = 510m 3 / s、C=、C /C =3,查表频率p的中V S Vp的值，由Qp = Q（9pCv + 1）计算各p的洪峰流量Qp，进行第一次配线，如附图1 所示，可见线条下端较高，上端较低。因此，需要调整参数，适当增加Cv再次 配线。取Q = 510m 3 / s C=、C /C =3进行第二次配线，如附

19、图1所示，总体上V S V配合良好，可以作为推求的该处年最大洪峰流量理论频率曲线。频率P第一次配线Q = 509m 3 / s CV = CS=3CV=第二次配线Q = 509m 3 / s CV = CS=3CV=kpkp(1)(2)(3)(4)(5)(6)12060513271010222072950366由Qp跳=Q(PpCv + 1)计算得，设计洪峰p=2%和校核洪峰p二% Q % = Q(p C + 1) = 510 x (3.09 x 0.9 + 1) = 1928m3 / s Q % = Q(p C + 1) = 510 x(5.92 x 0.9 + 1) = 3227m3 /

20、s洪峰流量频率由线4,2004,0003,600 3,60Q 3,400 3,2003,000 2,60 0QDQOOGOOODOOQ 村20ooBOm-402oow-4020 j ? N 4 4 1 4 JI22酬坂.一.一.-.-.一.一. _:- - i i - - - 一 _;i- i4nHiilI -iiiii iI -ii 一”i一 ii”105 1 25-020 3。W 50 6& 70 SO 90 95 98 S9 99.999.99频率第一次配线洪峰流量频率曲线.in.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. - 二 二二.二.:z.二. - .“.-.“.-.-.-.“

21、.-.“.-.-.-.“.-.i.-.“.-.“.-.5. - .-.-.一.-.-.-.-.5.-.-.-.-.-.5.- - .5.-.5.-.-.-.5.-.5.-.5.-.“.-.i.-.5.-.5.-.“.- -i.-.6.-.5.4，：.6.5.0004.SQ0 00 4.4004200 4.000 3.S003.6003.4003200 3.000 2.B002.002.4002200 2.000:：i- -bx - ft - - - - .-.-.-.i.-.5.-.5.-.5.-.iw.-.5.-. 二二二一二二二二一二二二- 二二.*.-.:.:.蛮瞻计慎伶计圮皇贸JI:K

22、+估洪峰和洪量成果的合理性分析根据理论频率曲线得到的设计洪峰和校核洪峰流量分别为1928m3 /s、3227 m 3 / s，相应的设计1d洪量和校核1d洪量分别为0.47 x 108 m 3和 0.72 x 108m3，设计3d洪量和校核3d洪量分别为0.76 x 108m3和1.15 x 108m3。计 算结果与实测资料比较，176年中第二大洪水的经验频率为。设计频率为2%， 设计洪峰洪量与设计1d洪量、3d洪量比第二大洪水相应数据稍小；176年中第 一大洪水的经验频率为。校核频率为%，校核洪峰洪量与校核1d洪量、3d洪量 比第一大洪水相应数据偏大。故计算结果比较合理。2.选择典型洪水过程

23、线天福庙水库典型洪水过程线（1984年7月2628日）见表KS1-3。表KS1-3典型洪水过程线（）时段洪量(m3 / s )时段洪量 (/s)时段洪量(m3 / s )0244912550226513275242853529546305573156832579335810345911356012366113376214386315396416406517416618426719436820446921457022467123477224483.按同频率放大法计算设计洪水和校核洪水过程线1天洪量二X108m31天洪量二X108m3项目洪峰(m3 / s)洪量(m 3 / s)d1天3天p=2%

24、的设计洪峰、洪量19281316121066p=%的设计洪峰、洪量32272007532066典型洪水过程线的洪峰、洪量23891524723661时段(1h)70-240-72设计洪峰、洪量各时段放大比:Kq=1928/2389=K =13161 /15247= K =(21066-13161)/(23661-15247)=72)校核洪峰、洪量各时段放大比：Kq=3227/2389=匕=20075/15247二 KW3 =(32066-20075)/( 23661-15247) =2将放大倍比按其控制时间相应地填入表中，与对应的典型洪水流量相乘，得放 大流量，如下表所示。p=2%设计洪水过程

25、线与典型洪水过程线时典型放大倍比放大流量修匀时典型放大倍比放大修匀间m3 / sm3 / s流量皿/s间流量皿/s流量皿/s流量m3 / s(1)(2)(3)(4)(5)(1)(2)(3)(4)(5)0/91/83893742431572834973841422108549493839394031345936116340403839415681161135541363751791135315474234356209015461808433334723892062/192819954431328184618474530319126512664629301086786447293011663764

26、482829124275504927281350543750262714363364512627153103115225261629829953262425172712725433341820120255232419187188562324201581595722232115613513658212222138119120592122231211041056020212490/98956119202510210362181926868763171827787964161728646565151629505166141530383967141531514849681314326157586912

27、1333525370111234464771111011354445721011364243p=2%设计洪水过程线与典型洪水过程线p二%设计洪水过程线与典型洪水过程线时 间典型流量m3 / s放大倍比放大流量 m3 / s修匀流量m3 / s时 间典型流量m3 / s放大倍比放大流量m3 / s修 匀 流 量0138/12813337636415727557563862632108514321433396061313451775177640405758415682070207141555651791236423654252536209027592760435051723893153/32253

28、1894447488213828232824454647914651934193546454610100513271328474344117681015101648424312494652653494142135847727735040411442155655751394015358473474523839163444554565326373817313414415545152182323073085535361921628628756353620183242243573435211562062075833342213818218359323323121160161603132设计洪水调洪计算

29、（1）天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线天福庙水库库容曲线根据原库区1:2000地形图进行复核计算，与刊布成果 一致，见表KS1-4。左岸溢洪道堰顶高程,2孔，每孔净宽，亦为弧形闸门控制。 两岸溢洪道堰型均为WES标准型剖面实用堰，流量计算公式为Q二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水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）合计泄流量q（m3 / s）3983460000设计洪水洪峰流量为Q=192知/s，小于调洪起调水位下的泄流校核洪水洪 峰流量，采用控制泄流方式即可，控制闸门开度，使下泄

30、流量等于入库流量。校 核洪水流量为Q=322彻/ s，大于调洪起调水位下的泄流量q限=294阮/ s量。 绘出库容曲线ZV和蓄泄曲线qV，如图所示4500 4124加J41D3=500/43S3000Z5DDf-406ZOuu/-mi153313 33432-400网。30007000确定调洪的起始条件、溢洪道属于有闸门控制，调洪起调水位为正常蓄水位 409m，相应的库容为七二6045乂10顷，下泄流量Q1 =2940叩/ s。推求下泄流量过程线qt。整个下泄流量过程的计算如下表所示；已知第 一时段的 Q1 =2760m3 / s，Q2 =3189m3 / s，并由起始条件得 V1 =6045

31、乂10顷， 下泄流量1 =2013 m3 / s ,现在要求出第一时段末的 七和q2 ；求法是：假定 q2=3000m3 / s 由式得Q1 + Q2 At q + q2 At + V22i2760 + 31892760 + 3000 x 3600 x 3600 + 60450000=6079 x 104m3在曲线qV中，以七二6085 x 104m3查的=3000/s,与原假设不符，故重设进2760 + 31892x 3600 行计算。再假 = 2950/s，可得2760 + 2950 x 3600 + 604500002=6088 x 104m3由查得2 =2950/s，与假设相符，故V = 6088x 10w , q2 =2950/s即为所求，接下来以第一时段所求的匕，作为第二时段初的匕，q1，重重复第一时段的试算过程，又可求得第二时段的匕，q2。如此连续试算，既得下泄流量过程q 。流量下泄表时间t (h)时段At流量Q m3 / s* At 2qm3 / sAt 2Vm3Z (m)00133133604540910-175616002007561600200604540921-21433394020014333940200604540932-31776577620017765776200