水文水利计算课程设计(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上水文与水资源专业实训报告课程：水文水利计算 系别：xxxx班级：xxx姓名：xxx学号：xxxx指导老师：xxxx xx年xx月专心-专注-专业目录 水文水利计算1、 资料概述（1） 流域概况某河是渭河南岸较大的一级支流，发源于秦岭北麓太白山区，流域面积778.7Km2，干流全长51.5Km，河道比降1/601/70.流域内林木茂盛，植被良好，水流清澈，水质优良。该河道有一水文站，控制流域面积686Km2。拟在该河干流上修建一水库，其坝址位于水文站上游1.5公里处，控制流域面积673Km2该水库将承担着下游和渭河的防洪任务，下游的防洪标准为20年一遇洪水，水库设计标准

2、为100年一遇洪水，校核标准为1000年一遇洪水。该水库建成后将承担本地区37万亩的农业用水任务和临近城市的供水任务，农业用水的保证率为75%，城市供水的保证率为95%。（2） 基本资料1 径流水文站有实测的19512000年逐月径流资料。2 洪水水文站有实测的19502000年洪水要素资料，经整理摘录得逐年洪峰流量，见（附录一附表1-1）同时调查到该水文站在1890和1930年曾经发生过两次大洪水，其洪峰流量见（附录一附表1-1）。并计算出不同频率洪量（附录一附表1-2）和典型洪水过程（附录一附表1-3）。3 农业用水根据该灌区的作物组成和灌溉制度，分析计算的灌区不同频率灌溉需水量（附录一附

3、表1-4）。4 城市用水城市供水每年按1.5亿m计，年内采用均匀供水。5 水库特性水库库容曲线见（图1）。水库死水位确定为728.0m，泄洪设施为开敞式无闸溢洪道，堰型为曲线形实用堰，断面为矩形，宽度为30米。根据本地区气象资料和地质资料，水库月蒸发量和渗漏量分别按当月水库蓄水量的2%和3.5%计。水库在汛期输水洞按其输水能力泄洪，输水洞进口高程为722m，内径为4m，设计流量为70m/s。(图1) z-v关系曲线2、 设计年径流的分析计算（1） 设计年径流量的推求1 资料的整理将某水文站实测的19512000年逐月径流资料，由日历年的表示方式转换成水文年的表示方式。（详见附录二附表2-1）2

4、 设计年径流量的计算（1）将各年选定的时段径流量按自小到大的次序进行排列，即构成年径流量的计算系列。应用下列公式计算每一项的经验频率（详见附录二附表2-2）。 式中Pm样本系列中从大到小排列的第m项的经验频率； m样本系列中从大到小排列的每一项的序号； n样本的总数（2）我国目前大多数采用P型曲线的分布来分析研究年径流量的年际变化规律。P型分布的三个参数通常可用矩法公式来计算，应用下列公式进行计算该系列的,。 ； ； 式中n系列项数 Xi系列的每一项，i=1,2,，n Ki模比系数，年径流量的均值一般称为正常径流量，它反映了设计断面所在流域蕴藏的水资源量的多少。均值的大小影响到频率曲线位置的高

5、低。年径流变差系数反映年径流量的年际变动程度或相对离散程度。相对离散程度大，则大。偏态系数反映系列中各种大小数值偏离均值的分布情况。则 =12.19m/s ，=0.4（3） 假定=2.5，查表得不同频率P的值，并计算相应的,点绘理论频率曲线（详见附录二附图2-1）。该线与经验频率点据配合良好，可不再另行适线，作为该站年径流量采用的频率曲线。（详见表1） （表1） 某水文站平均径流频率曲线选配（图解适线法） 频率25%50%75%80%90%=12.19 m/s=0.4 =2.5 1.240.940.710.660.55（m/s）15.121.458.658.056.7（4） 根据适线确定的统计

6、参数，查P曲线值表（或从采用的频率曲线上查读），可得到某水文站相应设计频率的年径流量，由下列公式可得某大坝设计年径流量。（详见表2） ，表（2） 设计年径流计算成果表项目年平均Q（m/s）CVCS/CV不同频率的年径流量(m/s)计算值采用值计算值采用值计算值采用值25%50%75%80%90%水文站12.4412.440.40.42.52.515.1711.648.88.216.81大坝12.1912.190.40.42.52.515.1211.458.658.056.7（2） 设计年径流的年内分配1 代表年的选择要求选取年径流量接近设计年径流量的年份作为典型年，这是由于水量相近的情况，其径

7、流形成条件可能不致相差太大，其年内分配可能比较相似。年径流量接近于设计年径流量的实测径流过程可能不止一个，应选择其中年内分配对工程较不利的作为典型年。所谓对工程不利，是指根据这种年份的年内分配过程进行水利计算所确定的工程规模，其投资较大或效益较低，这样使工程设计偏于安全。一般说，对灌溉工程应选灌溉季节径流偏少的年份；对水力发电工程，应选择枯水期长、枯水流量小的年型；对丰水年则选择汛期长、峰高水量多的年型。根据上述原则，选取19551956年为丰水年的代表年，选取19761977年为平水年的代表年，选取19671968年为枯水年的代表年。2 设计年径流的年内分配计算（1）计算缩放系数采用同倍比法

8、，应用下式进行计算： 式中Q设设计代表年平均流量，m/s Q典典型年平均流量，m/s则，设计丰水年 P=25% K丰 =15.12/15.21=0.994 设计平水年 P=50% K平=11.45/11.45=1设计枯水年 P=75% K枯=8.65/8.79=0.984（2） 推求设计年径流的年内分配（详见表3）表（3） 某大坝设计年径流年内分配 典型年K项目月平均流量（m/s）4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月丰水年P=25 1955-19560.994典型年9.7610.0511.3229.5816.5169.2615.467.695.192.782.212.67设计

9、年9.709.9911.2529.4016.4168.8415.377.645.162.762.202.65平水年P=50 1976-19771典型年15.8217.2513.818.6851.0711.546.344.942.421.751.732.08设计年15.8217.2513.818.6851.0711.546.344.942.421.751.732.08枯水年P=751967-19680.984典型年14.7929.825.3119.022.8721.778.730.900.120.110.121.95设计年14.5529.345.2318.722.8221.428.590.890

10、.120.110.121.92 3、 设计洪水的分析计算（1） 设计洪峰流量的计算1 特大洪水的确定根据已知某水文站历年资料分析，1981年、1990年的洪水与1890年、1930年的洪水属于同一量级，洪峰流量仅次于1980年和1930年洪水，且与实测各年洪水相比较流量值明显偏大。因而，可从实测系列中抽出作特大值处理，故L=2。2 经验频率的计算将各年选定的时段洪峰流量按自小到大的次序进行排列，即构成洪峰流量的计算系列，经验频率按统一抽取，统一排位法计算（结果详见附录二附表2-3）。历史洪水和实测特大洪水的频率计算按下式计算 式中特大洪水第M项的经验频率（%） M特大洪水的序号（M=1,2,3

11、，a） N特大洪水首项的重现期，年其余洪水的频率计算应用下式（结果详见）： 式中Pm实测中第m项的经验频率 PMa末位特大洪水的经验频率， ，a为特大洪水总个数 L实测特大洪水个数 n实测洪水个数3 设计洪峰流量的计算（1）加入特大洪水的不连序系列的统计参数通常可用矩法公式来计算，应用下列公式进行计算该系列的, 。 式中、加入特大值后系列的均值和变差系数 Qj特大洪水流量（j=1，2，3，a） Qi一般洪水流量（i=1，2，3，n） a特大洪水个数 L实测系列特大洪水项数 Kj , Ki洪水变率， ，则，=426.49m/s ，CV=0.99（2） 假定 CS=4CV，查表得不同频率P的值，并

12、计算相应点绘理论频率曲线（详见附录二附图2-2）。该线与经验频率点据配合良好，可不再另行适线，作为该站洪峰流量采用的频率曲线。（详见表4） 表（4） 某水文站平均径流频率曲线选配（图解适线法） 频率0.1%1%5%10%=426.49 m/s CV=0.99 CS=4CVKP9.135.312.92（m/s）3909.822271.601237.15848.71（3）根据适线确定的统计参数，查P曲线值表（或从采用的频率曲线上查读），可得到某水文站相应设计的洪峰流量，由下列公式可得某大坝设计洪峰流量。（详见表5） 表（5） 设计洪峰流量成果表项目年平均Q（m/s）CVCS/CV不同频率的年径流量

13、(m/s)计算值采用值计算值采用值0.1%1%5%10%水文站426.49426.490.990.9943909.822271.601237.15848.71大坝422.23422.230.990.9943854.962242.041224.47844.46（2） 设计时段洪量的计算典型洪水的时段洪量选样采用固定时段，独立取样的年最大值法（由附录一附表1-3中数据计算得）。其中固定时段是指洪量的统计时段，各年为同一时段长度。设计洪水过程的时段洪量查（附录一附表1-2）可得。（见表6）表（6） 典型洪水与设计洪水洪峰、洪量统计成果项目洪峰流量（m/s）时段洪量（104m3）24时48时72时96

14、时典型洪水过程10503881562161337094P=5%的洪水过程1224.475067707381118787P=1%的洪水过程2242.047578105161191312781P=0.1%的洪水过程3854.96111911544817381（3） 设计洪水过程线的推求1 典型洪水过程线的选择典型洪水过程线的选择原则：（1） 选择资料完整、精度较高的大洪水，这样的洪水过程的特征更为接近设计条件，使放大后变形较小，接近于真实情况。（2） 选择在设计条件下可能发生的洪水过程，即洪水出现季节、洪峰次数、洪水历时等，能反映当地洪水过程的一般特征。（3） 选择对工程最为不利的典型，即峰高、量

15、大、主峰偏后。2 设计洪水过程线的推求（1）应用同频率放大法计算放大倍比，其计算公式为洪峰放大系数： 各时段放大系数： 放大最大一日内各时刻流量 放大（3-1）天时段内各时刻流量 放大（3-1）天时段内各时刻流量因此，P=5%的洪水过程的放大倍比是： P=1%的洪水过程的放大倍比是： P=0.1%的洪水过程的放大倍比是： （2）典型洪水过程线的放大及修匀：通常列表计算。P=1%的洪水过程线计算表（详见附录二附表2-4），P=0.1%的洪水过程线计算表（详见附录二附表2-5），P=5%的洪水过程线计算表（详见附录二附表2-6） （3）设计洪水过程线（见图2）4、 兴利调节计算（1） 死库容的确定

16、根据Z死=728.0m查ZV曲线（详见图1），可确定死库容V死=320万m。（2） 兴利调节计算1.兴利调节计算选用P=75%的设计年径流量作为来水量，用水量为城市用水与农业用水之和。比较来水量与用水量：即W来W用。求调节年的总来水量、总用水量和总余水量，即W总来=27272万，W总用=22409万，C=4863万起算点应放在供水期末（3月末），应用公式计算时段累积余亏水量。2.本次调节是多次运用，故不计入损失的兴利库容应用公式进行计算，即V兴=7120万。因V死=320万，故时段末最大蓄水库容V控=7400万，由3月末V死=320万算起，采用先蓄后弃的方式，则按公式计算，并以V控=7400万

17、为控数，若大于7400万，多余水量作为弃水量，并用总弃水量4863万作校核。即可得不计入损失的月末库容。（详见附录二附表2-7）3.每月的蒸发损失水量用下式计算W蒸发月=V月2% ，每月的渗漏损失水量用下式计算W渗漏月=V月3.5%，则每月损失水量W月损=W蒸发月+W渗漏月，总损失水量为W总损=334万。计入损失后的用水量W1用=W月损+W用。4.总来水量与计入损失后的总用水量之差为余水量即C1=4529万，同（2）方法得V1兴=7200万，V控=7520万，则计入损失的月末库容（详见附录二附表2-7），由V控查ZV曲线的正常蓄水位Z正常=784m。5、 防洪调节计算（1） 调洪计算原理调洪计

18、算原理：以及q曲线。（2） 单辅助曲线法调洪计算1. 计算并绘制水库qV关系曲线：，B=30m，采用M=1.6。根据不同库水位计算h与q，查图（1）得相应V，将计算结果写于表（7），并绘制qv曲线见图（3）。表（7） 某水库q=f(V)关系曲线计算总库水位Z（m）784786788790792794796798800802804总库容V（万m）7200760082008800920098001060011200118001240013000堰上水头h(m)02468101214161820下泄流量q（m/s)0138 389 715 1101 1538 2022 2548 3113 3715

19、4350 2. 计算时段t=8h，计算的值（详见表8），根据表（8）中数据绘制q曲线（详见图4），下泄流量与水位关系曲线（详见图5） 表（8） 某水库单辅助曲线计算水库水位Z（m)库容V总（万m）溢流堰顶以上库容V（万m）V/t（m/s)下泄流量q（m/s)q/2v/t+q/27847200000007867600400139 13869 208 78882001000347 389195 542 79088001600556 715358 913 79292002000694 1101551 1245 79498002600903 1538769 1672 7961060034001181

20、20221011 2192 7981120040001389 25481274 2663 8001180046001597 31131557 3154 8021240052001806 37151858 3663 8041300058002014 43502175 4189 3. 分别摘录p=1%洪水过程线的值（附录二附表2-4）、p=0.1%洪水过程线的值（附录二附表2-5）、p=5%洪水过程线的值（附录二附表2-6），并用单辅助曲线计算时段末的下泄流量过程，首先，根据起始条件q1，在图（4）单辅助曲线上查出相应的值，然后由计算出的值，再由值在单辅助曲线上反查出相应的q2的值，以q2的值作下

21、一时段的q1，重复计算，即可得下泄流量过程线（详见附录二附表2-8、附表2-9、附表2-10）4. 由（附录二附表2-8）得，查图（3）中q-v关系曲线，得最大库容，已知起调库容，则设计调洪库容，由查图（5）q-z关系曲线，得设计洪水位。同理得，；，。6、 坝顶高程的确定（1） 坝顶高程的计算由公式 ，波浪爬高计算公式为浪高计算公式为已知库区多年平均最大风速，水面吹程D=3，大坝为土坝，倾斜坝坡，其迎水面坡比为，有浆砌石块石护坡（K=0.77）。设计条件下的设计风速取多年平均最大风速的1.5倍，校核条件下的设计风速即为多年平均最大风速。安全超高按三级土坝（级别）计算，经查得取0.7m，取0.4

22、m。由上述资料得：， 则，所以，（2） 水库特征水位示意图 表（9） 特征水位和特征库容成果特征水位（m）Z死Z正常Z设Z校Z防728784793797791库容(万m)V死V兴V设V校V防3207200260036501720图（6） 水库特征水位示意图7、 附表附图（1） 附录一附表1-1 某水文站历年洪峰流量表年份洪峰流量Qm(m/s)年份洪峰流量Qm(m/s)年份洪峰流量Qm(m/s)年份洪峰流量Qm(m/s)年份洪峰流量Qm(m/s)1950 1331961 3101972 74219838461994741951 3541962 90319731361984336199521195

23、23341963556197433619852261996142195325119641050197533719864251997102195434419653871976584198721619984601955757196622119773801988334199935819564481967292197839519893362000275195749919684661979226199015201930320019585401969 711980405199114013902600195915619702541981138019922841960269197136819822561993

24、200附表1-2 水库入库洪量频率计算成果表P（%）0.010.10.20.51251020W24h(104m)1482611191100508636757786477506740312996W48h(104m)20442154481395911912105168996707356774219W72h(104m)228851738115751135431191310247811164824925W96h(104m)242041845216775144581278111023878770695392附表1-3 典型洪水过程线月日时.分流量月日时.分流量月日时.分流量912.0026.39218.

25、30110.09316.481050.08.0027.919.00138.017.00935.09.4836.020.00199.017.30935.012.0055.722.00254.020.00628.013.03101.022.30272.024.00360.015.30150.024.00254.044.00245.016.30150.034.00220.08.00204.017.00145.07.00247.012.30174.020.00116.08.00250.024.00106.022.0081.311.00224.08.0078.08.0061.912.00224.0515.4263.314.0055.615.00720.015.0055.616.241050.0附表1-4 灌区不同保证率农业需水量表保证率（%）全生育期1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月255158120153170606511960830698496171258185506605208103471104114520991301306320288631977574072043205291685107761376107313104963143319510511264253502578999200419252181984463238119（2） 附录