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课程设计任务书和计算书 合肥工业大学课程设计任务书 第二章梅山水库及资料概述 1、梅山水库简介 梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省金寨县境内，东与淠河西源相邻，西与灌河隔岭为界，南源于大别山北麓，北距史河入淮口130km。水库流域南北长约70km，东西宽约40km，流域面积1970km2。梅山水库按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，设计洪水位137.66m，校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m，汛限水位125.27m，死水位94.00m，总库容22.64亿m3，兴利库容9.57亿m3，调洪库容5.0亿m3，死库容1.26亿m3，为年调节水库。梅山水库现有水电站装机容量为4万kW，4台发电机组，单机最大过水流量29.8m3/s，电站主要结合灌溉供水或利用泄洪弃水发电，原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。现状情况下多年平均发电量为9925万kW·h。 梅山水库是具有防洪、灌溉、发电、航运与水产养殖等综合利用功能的大型水利枢纽工程，是“十一五”期间由我国自行设计、自行施工的重点工程之一，也是驰名中外的淠史杭灌区的主要水源之一。水库主体工程于1954年3月开始，至1956年4月完工梅山水库建成50多年来，充分发挥了巨大的综合功能，成绩斐然。防洪方面，担负着为淮河干流错峰调蓄的重要任务，特别是战胜了1969年、1991年和2022年的洪水，保证了下游城镇人民生命财产的安全，为确保淮河安全度汛、减少淮河中游启用行蓄洪区作出了突出的贡献；灌溉方面，作为淠史杭灌区主要水源，灌溉下游的安徽、河南二省五县区383万农田，使其旱涝保收；昔日山水横溢、易旱易涝的史河流域现已变成了绿水清池、万顷良田。发电方面，是皖西电网的重要电源点，对安徽电网的发展和确保电网安全起着不可替代的作用。各种效益特别是防洪、灌溉和发电三大效益的正常发挥，对皖西乃至全省的经济发展和社会稳定起到十分重要的作用。 2、基本资料 径流资料：1969年到2022年的入库径流资料，以旬为计算单位，并且按水 文年划分，计算出年总入库水量和旬平均入库水量。 蓄水量资料：1969年到2022年的各旬需水量，以水文年划分。水库水位库 容曲线，并且将库容作为输入变量，水位作为输出变量用C语言编程（只需要116.0到140.8即可），以便快速由库容查出水位。 水库逐月耗水率，兴利调节计算时，由此计算出各个时段的发电量，以便各 个方案的比较。 水位与下泄流量的关系，将下泄流量作为输入变量，通过下泄流量与水位的 关系、水位与库容的关系，将库容作为输出变量用C语言编程，以便在调洪计算时应用。 第三章课程设计的目的任务及方案 1、任务及目的 让学生加深对水资源规划及利用课程基本理论的理解，更好地掌据水资源规划及利用的基本知识和分析计算方法；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图和编写说明书的能力。在课程学习的基础上，通过课程设计，进一步加强学生对所学内容的理解水平和应用能力，培养学生分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：根据梅山水库/基本资料为依据，应用水资源规划及利用的理论和方法，确定丰、平、枯三个典型年，对水库进行兴利计算和调洪演算，并且对各个方案进行比较，确定兴利调节的发电量与时间的关系、调洪演算中水库水位与时间的关系，并且对最大泄流量和最高水位等参数进行分析，以便对水库的安全进行评价。 2、方案 兴利调节：兴利调节的三个典型年的三个个方案分别为 方案一：正常蓄水位：128 m，汛限水位：125.27 m。 方案二：正常蓄水位：128 m，汛限水位：124.57 m。 方案三：正常蓄水位：128 m，汛限水位：126.27 m。 此次课程设计采用方案二、三。 调洪演算：方案一：汛限水位125.27m，防洪高水位130.2，控泄流量75m3/s 方案二：汛限水位125.27m，防洪高水位131.2，控泄流量74m3/s 方案三：汛限水位125.27m，防洪高水位132.2，控泄流量73m3/s 此次课程设计采用方案二。 第四章典型年的选取 入库径流资料的整理和典型年的选取： 、对入库的长系列径流资料进行整理，计算出各年的年入库总量和各旬的平均入库 水量。361i i W w =，36W w =。 、根据各水文年的旬均水量制作频率表，将水量按从大到小的顺序排列，其中频率P= 1m n +，选出频率10%、50%、90%相对应的典型年，分别为1987丰水年、1971中水年、2022枯水年。 第五章 兴利调节及各方案的比较 1、兴利调节的原理及方法： 水库的兴利调节时指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需要的目的。兴利调节计算时水利计算的主要组成部分。单一水库兴利调节计算的任务，是在已知河川径流过程及用水的要求下，对研究时期的各个计算时段内水库的水量供需平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、蓄水量、弃水量及损失水量等水利水能要素。 时历法以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水库水量蓄泄平衡的径流调节计算，并给出调节流量、水库蓄水量等计算结果。 2、典型年各个方案的兴利调节 兴利调节时不计入水量损失，各方案都从非汛期10月上旬开始以兴利库容开始起调，根据入库流量和需水流量的关系计算出多余水量或不足水量（多余或不足水量=来水量-需水量，负数代表水量不足），在非汛期，水位保持在正常蓄水位和死水位之间，如果超出正常蓄水位，则水库产生弃水；如果低于死水位，则产生缺水量，不能保证正常供水。非汛期从10月到5月，在5月下旬，水位必须降低到汛限水位下。汛期从6月到9月，此间水位在汛限水位和死水位之间变动，如果超出汛限水位则产生弃水，如果低于死水位则产生缺水。过渡期为9月，此期间可以使水位上升到正常蓄水位。 出库总流量=各部门需水量+弃水量，由耗水率表可以查得各个月对应的平均耗水率，据此可以求出旬均发电量。绘制时间与发电量的坐标图，为方案的比较做准备。 3、 典型年的兴利调节计算及分析比较 用不计水量损失的时历列表法进行兴利计算，平均发电量N=Q t ?（为月平均耗水率），水库有4台发电机组，单机最大过水流量29.83/m s ，因此有3 119.2T m Q s =。 由两个方案的调节计算可以看出在 在90%的枯水年，由于来水较少，在两个方案中都不会因为安全因素而在非汛期结束时即5月下旬末产生弃水，因此两种方案中出力在各个时段是相同的，年发电量相同；在过渡期产生相同的缺水量，两种方案一样。 在50%的中水年中，来水变多，没有产生缺水，两个方案的汛限水位不同，在5月下旬末产生不同的弃水，但由于此时的流量都超过T Q ，并且都是采用相同的平均水头和相同耗水率，因此虽然两个方案中的汛限水位不同，但各个时段的计算出力依然相同。但方案二中弃水较多，此时方案三较好。 在10%丰水年中，来水多，产生较多弃水，并且方案二在5月下旬和9月下旬都产生更多弃水，因此在9月末会产生更多的发电量，最终方案二的发电量将比方案三的稍多。方案的选定应根据需水和发电来综合选定。 各典型年方案计算结果如下 第六章 调洪演算及分析比较 1、水库调洪计算的原理和方法 洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。在求解时常用静库容法和动库容法，此次课程设计采用静库容法。 静库容法仅考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水进行调节，连续性方程可以写成 有限差形式的水量平衡方程为 21()Q q t V V -?=- Q 为计算时段的平均入库流量，单位为3/m s ，q 为时段的平均下泄流量，单位3/m s ，t ?为计算时段，以秒为单位，2V 、1V 分别为计算时段初、末水库的蓄水量，单位为3 m ，此式即为水量平衡方程，表明一个时段的入库水量与下泄水量之差即为该时段的水库水量的变化。公式中未计及洪水入库处至泄洪建筑物件的行进时间，以及沿程流速变化和动库容等的影响。 又由()q f Z =和 ()V f Z = 可以推求出()q f V = 将组成一个方程组，可求出每一时段末的q 和V 。 2调洪试算步骤 采用方案二 根据已知的水库水位关系表及下泄流量和水库水位的关系表用C 语言编 写程序，q 作为输入，Z 和V 作为输出，可以确定出下泄流量与水库容量的V 的关系。 选取计算时段为3小时，即1080秒。 开始入库流量较小，下泄流量按照控泄流量下泄，达到防洪高水位后，决定开始计算的时刻，每一时段中的Q 1、Q 2、q 1、V 1均为已知。先假定一个q 2值，带入式中，求出相应的V 2值。然后按此q 2值通过上面的程序，算出V 2值。进行若干次上述计算后，直到得出的V 2最相近为止。此时的q 2即定为该时刻的泄流量。这样进行多次演算，部分试算过程见附页。 将计算结果绘制成曲线，如下：分别为入库流量时间关系曲线、下泄流量时间关系曲线、水位时间关系曲线。 Q-t曲线 q-t曲线 Z-t曲线3、成果分析及比较 通过试算，可以将水位超过防洪高水位的时段通过试算确定下泄流量和时段末的库容，对于不用试算的时段，由库容可以用线性内插的方法查出水位。通过对三个曲线的分析可知，水库出现两个洪峰，相应下泄流量也出现两个峰值，但在时间上迟后于入库流量；水库水位上升到防洪高水位后，水库采用自由泄流的方式，水位先上升超过防洪高水位，但随着入库流量的减小，水位随之下降，随后基本维持在防洪高水位不变。对于采用防洪高水位为132.2的方案，由于防洪高水位相对较高，因此达到试算水位的时间较晚，并且再次降回防洪高水位的时间较短（通过与第三组的方案三的结果做比较）。 引用第三组调洪演算的方案三的结果 4、调洪演算中用到的C程序： 根据下泄流量与水位的关系、水位与库容的关系，编写下列源程序，以便快速由q确定Z和V。 #include void main(void) int i,j; float q,w,ku; float x21=308,507,543,576,603,628,633,638,642,646,666,876,1181,1585,2069,2633,3237,3823,4517, 5282,5906; float y21=100,105,110,115,120,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,140 ;