工程水文学课程设计赋石水库水利水电规划

课程设计说明书赋石水库水利水电规划一、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、设计提纲（一）水文气象资料的搜集和审查熟悉流域的自然地理情况，广泛搜集有关水文气象资料（见基本资料）。经初步审查，降雨和径流等实测资料是可靠的、具有一致性的，可用于本次设计。（二）设计年径流量及其年内分配1.设计年径流量的计算先进行年径流量频率计算，求出频率为90%、50％、10％的丰、中、枯年径流量。2.设计年内分配根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月径流量，推求丰、中、枯年径流量的年内分配。（三）选择水库死水位和确定兴利库容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；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）；3.根据水轮机的情况确定水库的最低死水位；4.综合各方面情况确定水库死水位。5.确定兴利库容（四）选择正常蓄水位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，发电保证率为90％，灌溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足，因此，初步确定正常蓄水位，通过水能计算后能满足保证出力要求就作为确定的正常蓄水位。（五）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Ⅱ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。1.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。2.7天洪量只有1957~1972年，用相关分析方法延长插补（编制程序，用计算机完成）。3.对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，（洪峰频率计算要对特大值处理），从而可得各设计频率的洪峰和洪量值。4.洪峰和洪量成果的合理性分析。5.选择典型洪水过程线（要按照选择原则进行），并算出典型洪水过程线的洪峰和各时段洪量值。6.用分段同频率放大法推求设计洪水过程线（包括5％、1％、0.1％的）。（六）推求水库防洪特征水位和确定坝顶高程1.泄洪规则及起调水位根据水库下游防洪要求，等于或小于20年一遇的洪水，只放发电用水（9m3/s），其余全部拦蓄在水库里，超过20年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。起调水位为防洪限制水位。2.防洪高水位的计算用20年一遇洪水过程线，除下泄发电用水（9m3/s）外，其余蓄在水库，则总蓄水量加在防洪限制水位上，则可得防洪高水位。三、设计说明书设计说明书，主要应包括以下内容1.设计任务；2.流域自然地理简况，流域水文气象资料概况；3.设计年径流量及其年内分配的推求；4.水库死水位的选择和兴利库容的确定（水库损失和渗漏损失不计）；5.水库正常蓄水位的选择；6.设计洪水的推求；7.水库洪水特征水位的确定；8.附表、附图、最后装订成册。说明书的重点是对计算成果的说明和合理性分析以及其它有关问题讨论。说明书要力求文字通顺、简明扼要，图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号，并与说明书中内容一致，最后成果图要字体工整，合订时，说明书在前，附表和附图分别集中，依次放在后面。四、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，仅安吉县因洪涝旱灾每年平均损失稻谷1500万斤，严重的1961~63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，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，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。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3.年径流资料(m3/s.月)或月平均流量(m3/s)年份5月6月7月8月9月10月1979-198020.50152.13129.0158.91833.4624.3161980-198132.9166.58977.026101.31311.30230.8391981-198227.73231.0828.11710.6334.555.2141982-198331.25956.15223.08545.18141.24816.311983-198437.84145.72793.34621.80427.68522.6621984-198525.28544.05139.00826.11213.42228.0771985-198628.97530.28330.5379.6717.5116.4731986-198721.3246.36862.88211.17610.2225.7551987-198832.04844.41857.87442.8616.00325.8631988-198924.14323.6911.71219.59545.5667.261989-199022.04136.72215.9018.68628.48923.5771990-199133.83538.49126.9425.9323.5657.2711991-199240.66231.63486.05222.95417.7465.7811992-199335.3138.00620.9797.5445.9494.5271993-199426.62226.08365.52765.17120.31411.5441994-199514.67433.67612.3595.6468.23818.3621995-199635.83874.01243.27430.1827.18821.0911996-199723.1162.84992.90922.79122.32418.5791997-199820.71119.37632.8712.6897.2858.2351998-199948.31934.19581.69170.52912.94311.8251999-200027.286.89371.70117.0515.6158.61311月12月1月2月3月4月年径流总量2.2262.1483.2553.2716.56119.173184.9777.1746.2133.6494.4126.98332.237380.6479.4833.4932.1465.84411.820.584140.67825.84310.5318.6117.3787.55427.135300.28711.9574.4473.0842.1972.85911.302284.9116.83911.6434.8165.86816.0123.515244.64610.946.7865.7616.0887.78422.72173.5296.0644.7154.4422.8643.33116.39195.5299.9115.0134.5173.1536.2914.056252.0073.662.7872.7846.48317.86446.993212.53726.2617.4125.90311.00121.34822.825230.16615.115.1597.01610.22315.31315.969184.8263.2363.1472.2814.11316.07315.974249.6532.7442.7396.6289.84113.10816.996164.37119.3857.964.3623.5915.01119.703275.27310.1214.53511.01612.5967.92919.355168.5067.0234.0944.2563.3016.63410.191247.08428.3595.814.86410.55513.35229.268334.776.2788.3568.287.13918.45629.304178.9794.9813.3893.2382.3322.08123.192298.71518.6795.6515.3086.80810.7899.879284.186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。4.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。5.水库水位容积曲线如表56.水电站下游水位流量关系曲线如表67.根据实测泥沙资料得多年平均含沙量ρ0=0.237kg/m3，泥沙干容重γ=1650kg/m3，泥沙沉积率m＝90％，孔隙率p＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值α＝15％，加安全值2米。8.本省生产的机型有HL263－LJ－100（即混流式263型，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。9.赋石水库属Ⅱ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%。10.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。11.典型洪水过程线如表8所示。12.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。13.泄洪规则及起调水位遇小于或等于二十年一遇洪水，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）。赋石水库水利水电规划一、水位气象资料的搜集和审查熟悉流域的自然地理情况，广泛的搜集有关水文的气象资料。经过初步审查，降雨和径流等实测资料是可靠的，具有一致性的，可用于本次设计。二、设计年径流量及其年内分配2、1设计年径流量及其年内分配年份年径流量(m3/s)序号按大小排列的Xi(m3/s)模比系数KiKi-1(Ki-1)2(Ki-1)3P=m/(n+1)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)1979-1980184.9771380.6471.60.600.360.224.551980-1981380.6472334.771.410.410.170.079.091981-1982140.6783300.2871.260.260.070.0213.641982-1983300.2874298.7151.260.260.070.0218.181983-1984284.9115284.9111.20.20.040.0122.731984-1985244.6466284.1861.20.120.040.0127.271985-1986173.5297275.2731.160.160.03031.821986-1987195.5298252.0071.060.060036.361987-1988252.0079249.6531.050.050040.911988-1989212.53710247.0841.040.040045.451989-1990230.16611244.6461.030.030050.001990-1991184.82612230.1660.97-0.030054.551991-1992249.65313212.5370.9-0.10.01059.091992-1993164.37114195.5290.82-0.180.03063.641993-1994275.27315184.9770.78-0.220.05068.181994-1995168.50616184.8260.78-0.220.05072.731995-1996247.08417178.9790.75-0.250.06077.271996-1997334.77018173.5290.73-0.270.07081.821997-1998178.97919168.5060.71-0.290.08086.361998-1999298.71520164.3710.69-0.310.09090.911999-2000284.18621140.6780.59-0.410.17-0.195.45合计4986.2774986.2772101.40.16年径流量频率计算表由矩法初步求得均值=237.44m3/s，Cv=0.26，Cs=0.5，由公式X=(1+Cvφ)理论频率曲线选配计算表频率(％)第一次配线第二次配线Cv=0.26，Cs=0.5Cv=0.29，Cs=1.16ΦpKpXpΦpKpXp(1)(2)(3)(4)(5)(6)（7）12.681.7402.93.131.91453.5151.771.46346.71.901.55368.03101.321.34318.91.341.39330.04200.811.21287.40.731.21287.30400.171.04247.90.061.02242.1950-0.080.98232.5-0.190.94223.1970-0.580.85201.6-0.630.82194.7075-0.710.82193.6-0.740.79187.5890-1.220.68162.1-1.090.68161.4695-1.490.61145.5-1.260.67159.0899-1.960.49116.4-1.480.62147.21用同倍比计算，根据理论频率曲线得设计丰水年月平均净流量Q丰年，10％=27.5m3/s设计平水年月平均净流量Q平年，50％=18.6m3/s设计枯水年月平均净流量Q枯年，90％=13.46m3/s，选取1996-1997,1989-1990,1992-1993这三年分别作为丰水，平水，枯水代表年，代表年的月平均径流量分别为27.9m3/s，19.2m3/s，13.7m3/s，设计年径流及典型年径流量代表年设计频率设计年径流量典型年典型年径流量缩放倍比枯水年13.461992-199313.70.982中水年18.61989-199019.20.969丰水年27.51996-199727.90.9862.2设计年内分配根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月径流量，推求丰、中、枯年径流量的年内分配。设计年径流量月份设计中水年设计枯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Q535.3134.21522.04118.07423.1122.786638.00636.82836.72230.11262.84961.970720.97920.32815.90113.03992.90991.60887.5447.3108.6867.12322.79122.47295.9495.76528.48923.36122.32422.011104.5274.38723.57719.33318.57918.319112.7442.65926.26121.53428.35927.962122.7392.6547.4126.0785.815.72916.6286.4235.9034.8404.8644.79629.8419.53611.0019.02010.55510.407313.10812.70221.34817.50513.35213.165416.99616.46922.82518.71729.26828.858合计164.371159.276230.166188.736334.77330.083三、死水位的选择3.1绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线水位容积曲线水位（m)48505255606570758081容积（106m3）0.00.10.62.38.018.035.760.394.4102.8水位（m)82838485868788899091容积（106m3）111.3120.0129.0138.6148.3158.8170.0181.5194.5207.0水位容积曲线绘制图：水位流量关系曲线水位（m)46.046.246.446.646.847.047.2流量（m3/s）01.03.67.311.916.220.5水位流量关系曲线绘制：根据实测泥沙资料得多年平均含沙量ρ0=0.237kg/m3，泥沙干容重γ=1650kg/m3，泥沙沉积率m＝90％，孔隙率p＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值α＝15％，加安全值2m。3.2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）所以有所以推移质可得根据水位容积曲线，内插法求得在此基础上加上安全值得3.3根据水轮机的情况确定水库的最低死水位由水轮机的水位流量关系可得3.4综合各方面情况确定水库死水位四、选择正常蓄水位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，发电保证率为90%，灌溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足，因此，初步确定正常蓄水位为77.8m。五、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，工程等级为Ⅱ级，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。5.1.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。5.2.因七天洪量只有1957～1972年，所以可以用相关分析方法延长插补。（用三天洪量与七天洪量进行相关分析）三天洪量与七天洪量相关计算表年份三天洪量七天洪量KXKYKX-1KY-1(KX-1)2(KY-1)2(KX-1)(KY-1)195737.1952.461.13841.26010.13840.26010.01910.06770.035992445195815.8522.150.48520.5321-0.515-0.4680.26510.2190.240912536195919.8032.900.60610.7903-0.394-0.210.15520.0440.082610879196020.8033.200.63670.7975-0.363-0.2020.1320.0410.073573726196179.1088.202.42122.11871.42121.11872.01981.25141.589825199196249.2053.101.5061.27550.5060.27550.2560.07590.139405762196386.6095.902.65072.30361.65071.30362.7251.69942.151962487196431.7040.700.97030.9777-0.03-0.0220.00090.00050.000663283196524.4027.000.74690.6486-0.253-0.3510.06410.12350.088959901196614.0025.400.42850.6101-0.571-0.390.32660.1520.22279595196719.0028.000.58160.6726-0.418-0.3270.17510.10720.136996296196818.4035.500.56320.8528-0.437-0.1470.19080.02170.064317463196932.8048.401.0041.16260.0040.16262E-050.02640.000647108197031.9035.600.97640.8552-0.024-0.1450.00060.0210.003413913197131.8035.300.97340.8479-0.027-0.1520.00070.02310.004049183197210.2012.230.31220.2938-0.688-0.7060.47310.49870.485729922总计522.74666.0416.00115.999006.80394.37265.321856053平均32.6741.63所以有：A.均值B．均方差C．相关系数D．回归系数E．Y倚X的回归方程即所以可根据得出的回归方程以及已知的三天洪量可把缺少的七天的洪量值，列入下表。洪峰及定时段洪量统计表年份洪峰Qm（m3/s）24小时洪量W(106m3)三天洪量W(106m3)七天洪量W(106m3)195470227.9458.4067.2719552848.1713.3022.31195674829.8036.0044.94195740222.8037.1952.4619582008.7215.85221319.8032.90196047815.7020.8033.20196165952.5079.1088.20196258543.7049.2053.101963116055.6086.6095.90196440914.3231.7040.70196551015.6224.4027.0019662329.5014.0025.40196724411.8219.0028.0019681679.9018.4035.50196938720.9032.8048.40197030517.2031.9035.60197150023.4031.8035.3019751085.3410.2012.23197348419.8742.8551.77197428716.1639.0547.98197516611.5822.0531.0319761198.2919.9528.9419772387.6120.5429.445.3用分段同频率放大法推求设计洪水过程线5.3.1计算放大倍比放大倍比计算表（%）()2237.881566.521091.54()101.8869.3546.75()133.6496.8470.05()134.85103.5180.011.931.350.941.841.260.840.940.810.690.191.021.535.3.2将不同频率下的各时段洪量在相应的倍比下放大，得其设计洪水过程线。时段(Δt=1h)典型洪水流量(m3/s)0.1％标准缩放1％标准缩放5％标准缩放时段(Δt=1h)典型洪水流量(m3/s)0.1％标准缩放1％标准缩放5％标准缩放时段(Δt=1h)典型洪水流量(m3/s)0.1％标准缩放1％标准缩放5％标准缩放0696.544.7434106020781420961.468118210146.3101.51710.57.635.533595018621273861.769118210146.3101.52710.57.635.533686416931158783.670103183.3127.788.5838128.726.323776014901018689.37197172.7120.383.4241522.516.3511.85386601294884.4598.67292163.8114.179.1252334.525.0718.17396171209826.8559.67385151.3105.473.163460.5242.1629.2440470921.2629.8426.37482146101.770.5274376.5453.3236.9841370725.2495.8335.67579140.697.9667.94857101.570.6849.0242306599.8410.04277.57665115.780.655.9973129.990.5262.7843260509.6348.4235.8775597.968.247.3101001781248644235460.6314.9213.1784376.5453.3236.9811130231.4161.2111.845227444.9304.2205.9794161.544.6932.3912171304.4212147.146240427.2297.6206.4803349.535.9726.0713230409.4285.2197.847253450.3313.7217.681365439.2428.4414260462.8322.4223.648269478.8333.6231.3824364.546.8733.9715317564.3393.1272.649277493.1343.5238.2834973.553.4138.7116335596.3415.4288.150286509.1354.6246845379.557.7741.8717362644.4448.9311.351295525.1365.8253.785507554.539.518373663.9462.5320.852290516.2359.6249.486487252.3237.921935062343430153263468.1326.1226.2874770.551.2337.1320330587.4409.2283.854277493.1343.5238.288466950.1436.3421315617.4422.1285.755265471.7328.6227.989446647.9634.7622305597.8408.7276.656252448.6312.5216.79043