三峡大学水文水利计算课程设计(43页).doc

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1、-水文水利计算课程设计说明书姓 名： 班 级： 2013 学 号： 2013 学 院：水利与环境学院 指导老师： 2016年1月-第 40 页-目录第1章 设计任务.1第2章 设计资料.12.1工程概况.12.2计算资料.1第3章 设计年径流分析计算.23.1设计年径流计算.23.2设计年内分配的推求.5第4章 兴利调节.74.1兴利库容.74.2死水位计算.8第5章 防洪计算.85.1设计洪水计算.85.2水库防洪调节计算.205.3坝顶高程的确定.41第6章 设计体会.41第1章 设计任务在流域上拟修建一水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，其任务如下：（1）求丰水年（P，具体P 值见E

2、XCEL 表）、平水年（P50%）、枯水年（1-P%） 3种典型年的年径流量及其年内分配。（2）不同频率设计洪水及其过程线推求（坝址、水文站、区间三部分）相应的采用由流量资料推求与推理公式法推求。（3）兴利调节计算、兴利库容及正常蓄水位的推求。（4）泄洪建筑物尺寸选择、水库设计洪水调洪计算。（5）水库死水位、正常蓄水位、坝顶高程的确定。（6）成果整理与分析。第2章 设计资料2.1 工程概况拟在湖北省某流域A处修建一水库。水库坝址以上区域为山区或半山区，流域多年平均降雨1843mm，多年平均径流深1250mm。汛期为5-9月，丰水、枯水期较为明显。降雨主要集中于5-9月，约占全年降雨量的70%，

3、最大年水面蒸发值为1108mm，库区渗漏损失按中等地质条件考虑。该水库开发目标以防洪、灌溉为主。水库下游有一城市（防护地区），人口42万，在防护区位置B处有一水文站，拥有该河流的水位及流量资料。水库与防洪区间有2条河流汇入干流。考虑上游有文物保护，正常蓄水位不能超过448m，根据综合利用要求，死水位不低于423m。2.2 计算资料（1）坝址1958-1983 年共25 年逐月平均流量。（2）上游站年最大洪峰、1 日洪量、3 日洪量资料统计表。（3）水文站典型洪水过程。（4）水库特性曲线。（5）灌溉用水过程表。 表2-1 水位库容曲线Z(m)405410415420425430435440445

4、450V(万m3)30110300620106016402390330044305800第3章 设计年径流分析计算3.1 设计年径流计算水库坝址具有1985-1982年共25年实测逐月平均流量资料，见下表3-1。表3-1 坝址历年各月平均流量单位：m3/s年/月12345678910111219583.2 2.1 11.1 8.5 11.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 19593.0 2.2 4.4 4.7 15.7 41.3 23.6 26.9 39.7 7.5 4.6 3.7 19602.9 3.7 9.4 12.2 24.8 47.2 10.9 32

5、.5 10.2 5.5 4.2 3.4 19614.7 3.3 4.6 8.1 33.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 19623.0 2.9 2.9 2.8 46.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3 196311.3 8.0 6.0 5.8 2.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 19642.4 3.1 2.9 10.5 10.0 37.2 9.1 35.4 15.0 10.1 4.2 3.3 19652.9 3.9 4.5 10.4 9.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6

6、.3 4.0 19663.2 4.4 7.2 19.5 2.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 19672.5 6.6 5.9 6.7 9.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9 3.2 3.2 19689.6 11.4 18.8 11.5 26.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 19695.7 3.6 14.2 11.5 16.6 21.9 11.9 33.0 17.8 8.0 5.1 4.2 19703.2 3.5 2.9 2.7 19.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 19713.

7、4 4.3 2.0 8.0 16.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 19725.1 4.4 4.5 30.7 14.0 40.6 16.8 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 19733.6 3.7 3.6 7.7 42.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 19747.7 9.1 17.7 16.8 24.5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0 19754.1 5.3 8.5 16.4 46.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 19765.0 3.9 3.6

8、 4.4 9.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 19774.1 4.2 11.4 18.7 17.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 19783.4 4.4 18.7 14.6 25.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 19793.3 6.3 14.2 19.7 21.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 19803.1 4.7 10.7 14.7 32.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 19813.5 4.2 6.9 10.1 1

9、5.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 19826.1 18.0 34.6 33.3 14.4 17.4 17.0 18.1 9.5 6.9 6.0 4.3 对实测样本资料系列进行可靠性、一致性和代表性的审查，经初步审查，实测资料可用于本次设计。将历年各月平均流量转化为水利年逐月平均流量，如下表3-2。表3-2 水利年逐月平均流量 单位：m3/s5678910111212341958195911.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 3.0 2.2 4.4 4.7 1959196015.7 41.3 23.6 26.9 39.7

10、7.5 4.6 3.7 2.9 3.7 9.4 12.2 1960196124.8 47.2 10.9 32.5 10.2 5.5 4.2 3.4 4.7 3.3 4.6 8.1 1961196233.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 3.0 2.9 2.9 2.8 1962196346.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3 11.3 8.0 6.0 5.8 196319642.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 2.4 3.1 2.9 10.5 1964196510.0 37.2 9.1 35

11、.4 15.0 10.1 4.2 3.3 2.9 3.9 4.5 10.4 196519669.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6.3 4.0 3.2 4.4 7.2 19.5 196619672.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 2.5 6.6 5.9 6.7 196719689.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9 3.2 3.2 9.6 11.4 18.8 11.5 1968196926.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 5.7 3.6 14.2 11.5 1969197016.6 21.9 1

12、1.9 33.0 17.8 8.0 5.1 4.2 3.2 3.5 2.9 2.7 1970197119.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 3.4 4.3 2.0 8.0 1971197216.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 5.1 4.4 4.5 30.7 1972197314.0 40.6 16.8 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 3.6 3.7 3.6 7.7 1973197442.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 7.7 9.1 17.7 16.8 1974197524

13、.5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0 4.1 5.3 8.5 16.4 1975197646.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 5.0 3.9 3.6 4.4 197619779.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 4.1 4.2 11.4 18.7 1977197817.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 3.4 4.4 18.7 14.6 1978197925.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 3.3 6.3 14.2 1

14、9.7 1979198021.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 3.1 4.7 10.7 14.7 1980198132.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 3.5 4.2 6.9 10.1 1981198215.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 6.1 18.0 34.6 33.3 1982198314.4 17.4 17.0 18.1 9.5 6.9 6.0 4.3 此处先计算各水利年年径流量并对其排位，见下表3-1。表3-3 年径流量频率计算年份排位系列值频率19731974 1 239.

15、60.040 19611962 2 234.10.080 19621963 3 217.50.120 19811982 4 213.90.160 19751976 5 212.40.200 19581959 6 196.50.240 19591960 7 191.20.280 19701971 8 187.70.320 19761977 9 1780.360 19631964 10 167.50.400 19721973 11 166.50.440 19781979 12 164.90.480 19651966 13 163.90.520 19601961 14 159.40.560 1977

16、1978 15 159.10.600 19741975 16 155.40.640 19681969 17 155.10.680 19641965 18 1460.720 19791980 19 139.20.760 19711972 20 137.10.800 19661967 21 135.10.840 19801981 22 134.80.880 19691970 23 130.80.920 19671968 24 1230.960 将经验频率P和对应的水文年总来水量作为点据点绘在海森概率格纸上，并采用矩法估计P-III型曲线分布密度中的未知参数，根据分布参数运用频率计算方法可以求出在这

17、种参数下Xp-p的关系，从而可以绘制理论频率曲线，并与经验频率点据绘制在同一张概率格纸上。再进行拟合情况的检查，如果点线拟合得好，所给参数即为适线法的估计结果，如果拟合效果较差，则需要调整参数，重新绘制理论频率曲线直到点线拟合效果好为止，最终的参数即为适线法估计结果。见下图3-1。图3-1 年径流量频率曲线推求频率为10%，50%，90%的丰，平，枯年份的年径流量，作为三个设计代表年的设计值。求出频率为10%，50%，90%的丰、平、枯年份的年径流量，分别为221.66m3/s、165.32m3/s、128.36m3/s。Ex=171.20,Cv=0.22,Cs=0.95。3.2设计年内的推求

18、在选择枯水代表年时，19691970年和19671968年的年径流量均与设计年径流量相近，按下列原则进行选择：1) 选取年径流量接近于设计流量的代表年径流量过程线。2) 选取对工程不利的代表年径流过程线。根据以上原则，对枯水年最终选择19691970年作为典型年。同理，确定典型年为19751976、19781979、19691970。然后求出缩放倍比，见下表3-4.表3-4 设计年径流与典型年径流设计频率设计年平均流量(m/s)典型年典型年平均流量(m/s)缩放倍比丰水年0.1221.6619621963217.50.981平水年0.5165.3219781979164.90.997枯水年0.

19、9128.3619691970130.81.019求出放大倍比为丰水年：0.98，平水年：1.00，枯水年：1.02。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年内分配 。见下表3-5。表3-5 设计年径流量 单位：m3/s设计丰水年19621963设计平水年19781979设计枯水年19691970典型设计典型设计典型设计546.445.525.525.516.616.9657.956.736.236.221.922.3724.724.215.315.311.912.1816.616.320.620.63333.7918.518.19.29.217.818.21012.111.966

20、88.2115.95.85.25.25.15.2124.34.23.43.44.24.3111.311.13.33.33.23.3287.86.36.33.53.6365.914.214.22.93.045.85.719.719.72.72.8第4章 兴利调节4.1 兴利计算用设计枯水年的来水量及用水过程进行兴利调节计算，求兴利库容。（参考教材227页）得表4-1表4-1 枯水年兴利计算月份来水流量（m3/s）用水流量（m3/s）余水量（m3/s）月亏水量 （m3/s）月水库蓄水量（m3/s）月弃水量 （m3/s）月兴利库容（m3）516.67.88.8048854016621.97.514.

21、48.8711.97.34.618.64.68335.527.518.64.6917.86.611.218.627.51086.61.418.611.2115.15.40.318.61.4124.25.2118.313.273.817.323.56.73.213.532.97.84.910.342.78.15.45.4合计130.881.567.918.6049.3水库月末蓄水量流量最大值为18.6m3/s）月，则兴利库容V兴=18.62626560=48854016m3由表2-1绘制水位库容关系曲线，见下图4-1。图4-1 水位-库容关系曲线4.2 死水位的确定水库使用年限为50年。根据下式

22、计算淤积库容： V 淤FST(1+E)/式中：V 淤淤积库容； F流域面积，km2； S年侵蚀模数，t/(km2a)； T淤积年限； E推移质占泥沙悬移质的百分数，%； 泥沙容重，t/m3；灌溉引水洞直径 D3m，洞下缘离淤积高程1.5m，上缘离死水位1.5m。由F=354 km2，S=229 t/(km2a)，E=0.29%，=1.3 t/m3，求得淤积库容为402.21万m3。查水位库容关系曲线，内插得淤积高程为416.60m。淤积高程加上引水洞直径3m、洞下缘离淤积高程1.5m、上缘离死水位1.5m得死水位422.60m。由已算的死水位查水位库容曲线得死库容848.8m3，加上兴利库容之

23、后，得总库容5734.2m3，继续用水位库容关系曲线查的正常蓄水位为449.76m。第5章 防洪计算5.1 设计洪水计算1、洪水资料的分析与处理（1）洪水资料的选择。选年最大洪峰流量、年最大时段洪峰量作为样本，可得洪峰和各时段的洪量系列。历年洪峰、1日洪量、3日洪量如表5-1。表5-1 水文站洪峰特征统计年份洪峰(m3/s)1日洪量(万m3)3日洪量资料统计(万m3)19587453170647619592942030343619607283600505619618583300444619625341200239619635913360520619644521190-1196544021303

24、59619663361430261619673838501686196862615902226196924610602336197024114803146197118310001596197240323103306197351518202526197437112001886197539917502556197641711602936197724511602436197816010302036（2）洪水资料的审查。洪水资料的审查主要包括3个方面的内容：可靠性审查、一致性审查、代表性审查。对样本资料进行三性审查，审查结果理想，样本资料可用。（3）经验频率、统计参数及设计值计算去除需要插补的年份，将

25、洪峰与3日洪量、1日洪量与3日洪量系列建立相关关系。见图5-1、5-2。图5-1 洪峰-3日洪量相关图图5-2 1日-3日洪量相关图比较可知：1日与3日洪量相关性更好，因此采用1日与3日相关方程插补1964年缺测数据得1964年3日洪量为2232.66万m3。2、经验频率、统计参数及设计值计算（1）按照不连序系列进行洪水频率计算。（2）对于特大洪水要求按照分别处理法和统一处理法分别计算经验频率，并对比两种方法对适线结果的影响。对洪峰序列采用统一处理法和分别处理法进行经验频率计算，得出经验频率如下表5-2。表5-2 洪峰频率计算调查、考证期N（n）年份洪峰(m3/s)排位统一处理法频率分别处理法

26、频率1101869175010.91%0.91%1938162021.81%1.81%实测期21196185816.27%4.55%1958745210.74%9.09%1960728315.20%13.64%1968626419.66%18.18%1963591524.13%22.73%1962534628.59%27.27%1973515733.05%31.82%1964452837.52%36.36%1965440941.98%40.91%19764171046.44%45.45%19724031150.91%50.00%19753991255.37%54.55%19673831359.

27、83%59.09%19743711464.29%63.64%19663361568.76%68.18%19592941673.22%72.73%19692461777.68%77.27%19772451882.15%81.82%19702411986.61%86.36%19711832091.07%90.91%19781602195.54%95.45%一些研究也表明，统一处理法公式更具有理论依据。所以，通常倾向于使用同一处理法。统一处理法计算得到的洪峰流量频率曲线如下图5-3图5-3 统一处理法洪峰适线采用统一处理法，对1日洪量序列进行经验频率计算，得出经验频率见下表5-3。表5-3 1日洪量

28、频率计算排位1日洪量频率136004.55%233609.09%3330013.64%4317018.18%5231022.73%6213027.27%7203031.82%8182036.36%9175040.91%10159045.45%11148050.00%12143054.55%13120059.09%14120063.64%15119068.18%16116072.73%17116077.27%18106081.82%19103086.36%20100090.91%2185095.45%图5-4 1日洪量频率曲线采用统一处理法，对3日洪量序列进行经验频率计算，得出经验频率见下表5-

29、4。表5-4 3日洪量频率计算排位3日洪量频率164290.0455 251590.0909 350090.1364 443990.1818 537190.2273 635490.2727 733890.3182 830990.3636 928890.4091 1025690.4545 1125090.5000 1224790.5455 1323890.5909 1423490.6364 1522890.6818 1621790.7273 1720990.7727 1819890.8182 1918390.8636 2016390.9091 2115490.9545 图5-5 3日洪量频率曲线

30、最终采用统一处理法适线结果计算洪水设计特征值，如下表：表5-5 洪水设计特征值计算表频率洪峰(m3/s)1日洪量(万m3)3日洪量(万m3)P=5%1205.663656.825633.68P=2%1505.94481.926817.54P=1%2272.466536.579767.523、设计洪水过程的拟定由设计资料可知下游的城市有人口42万人，根据教材47页表3-1可知城市属于中等城市，防洪标准为10050，所以设计频率为1%，2%。对给定的典型洪水流量进行线性插值得出每个小时的流量和时段洪量，推算出各时段放大倍比，见下表5-6。采用同频率放大发对典型洪水过程进行放大，推求出水文站B的各频

31、率设计洪水。成果见表5-7.表5-6 各频率洪峰、洪量、放大倍比1日典型设计倍比3日典型设计倍比洪峰典型设计倍比5%3551 3766 1.06 50096210 1.24 1001874 0.87 1.68 2%4535 1.28 7628 1.52 1009 1.01 2.12 1%5096 1.44 8695 1.74 1106 1.11 2.47 表5-7 同频率法设计洪水过程线计算表典型洪水过程线倍比放大后流量月日时刻(时)洪水流量(m3/s)P=5%P=2%P=1%P=5%P=2%P=1%9.1212301.061.281.441315179.1213321.061.281.441

32、417199.1214461.061.281.441518209.1215601.061.281.441619229.1216741.061.281.441720239.12171691.061.281.441822249.12182641.061.281.441923269.12192851.061.281.442024279.12203091.061.281.442126299.12213461.061.281.442227309.12224031.061.281.442328329.12234211.061.281.442429339.12245111.061.281.442531359.1317431.061.281.441119.1329071.061.281.442339.13310010.871.001.103339.1348271.061.281.444569.1355991.061.281.445679.1365331.061.281.446899.1375111.061.281.4479109.138474