三峡大学水文水利计算课程设计.pdf
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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 .目录 第 1 章 设计任务.1 第 2 章 设计资料.错误!未定义书签。2.1 工程概况.错误!未定义书签。2.2 计算资料.1 第 3 章 设计年径流分析计算.2 3.1 设计年径流计算.2 3.2 设计年内分配的推求.5 第 4 章 兴利调节.7 4.1 兴利库容.7 4.2 死水位计算.8 第 5 章 防洪计算.8 5.1 设计洪水计算.8 5.2 水库防洪调节计算.20 5.3 坝顶高程的确定.41 第 6 章 设计体会.41 .第 1 章 设计任务 在
2、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EXCEL 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
3、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%,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
4、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)4 425 43 50 V(万 m3)3 3300 4430 5800 .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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1958 3.2 2.1 11.1 8.5 11.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 1959 3.0 2.2 4.4 4.7 15.7 41.3 23.6
5、26.9 39.7 7.5 4.6 3.7 1960 2.9 3.7 9.4 12.2 24.8 47.2 10.9 32.5 10.2 5.5 4.2 3.4 1961 4.7 3.3 4.6 8.1 33.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 1962 3.0 2.9 2.9 2.8 46.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3 1963 11.3 8.0 6.0 5.8 2.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 1964 2.4 3.1 2.9 10.5 10.0 37.2 9.1 35.4 15
6、.0 10.1 4.2 3.3 1965 2.9 3.9 4.5 10.4 9.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6.3 4.0 1966 3.2 4.4 7.2 19.5 2.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 1967 2.5 6.6 5.9 6.7 9.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9 3.2 3.2 1968 9.6 11.4 18.8 11.5 26.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 1969 5.7 3.6 14.2 11.5 16.6 21.9 11.9 33.0 17.8 8.0 5.
7、1 4.2 1970 3.2 3.5 2.9 2.7 19.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 1971 3.4 4.3 2.0 8.0 16.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 1972 5.1 4.4 4.5 30.7 14.0 40.6 16.8 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 1973 3.6 3.7 3.6 7.7 42.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 1974 7.7 9.1 17.7 16.8 24.5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0
8、 1975 4.1 5.3 8.5 16.4 46.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 1976 5.0 3.9 3.6 4.4 9.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 1977 4.1 4.2 11.4 18.7 17.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 1978 3.4 4.4 18.7 14.6 25.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 1979 3.3 6.3 14.2 19.7 21.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 1
9、980 3.1 4.7 10.7 14.7 32.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 1981 3.5 4.2 6.9 10.1 15.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 1982 6.1 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/s 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3
10、 4 19581959 11.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 3.0 2.2 4.4 4.7 19591960 15.7 41.3 23.6 26.9 39.7 7.5 4.6 3.7 2.9 3.7 9.4 12.2 19601961 24.8 47.2 10.9 32.5 10.2 5.5 4.2 3.4 4.7 3.3 4.6 8.1 19611962 33.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 3.0 2.9 2.9 2.8 19621963 46.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3
11、 11.3 8.0 6.0 5.8 19631964 2.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 2.4 3.1 2.9 10.5 19641965 10.0 37.2 9.1 35.4 15.0 10.1 4.2 3.3 2.9 3.9 4.5 10.4 19651966 9.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6.3 4.0 3.2 4.4 7.2 19.5 19661967 2.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 2.5 6.6 5.9 6.7 19671968 9.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9
12、3.2 3.2 9.6 11.4 18.8 11.5 19681969 26.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 5.7 3.6 14.2 11.5 19691970 16.6 21.9 11.9 33.0 17.8 8.0 5.1 4.2 3.2 3.5 2.9 2.7 19701971 19.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 3.4 4.3 2.0 8.0 19711972 16.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 5.1 4.4 4.5 30.7 19721973 14.0 40.6 16.8
13、 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 3.6 3.7 3.6 7.7 19731974 42.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 7.7 9.1 17.7 16.8 19741975 24.5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0 4.1 5.3 8.5 16.4 19751976 46.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 5.0 3.9 3.6 4.4 19761977 9.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 4.1 4.2 11.4 18.7 19771
14、978 17.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 3.4 4.4 18.7 14.6 19781979 25.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 3.3 6.3 14.2 19.7 19791980 21.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 3.1 4.7 10.7 14.7 19801981 32.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 3.5 4.2 6.9 10.1 19811982 15.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 6.1
15、18.0 34.6 33.3 19821983 14.4 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 1 239.6 0.040 19611962 2 234.1 0.080 19621963 3 217.5 0.120 19811982 4 213.9 0.160 19751976 5 212.4 0.200 19581959 6 196.5 0.240 19591960 7 191.2 0.280 19701971 8 187.7 0.320
16、19761977 9 178 0.360 19631964 10 167.5 0.400 19721973 11 166.5 0.440 19781979 12 164.9 0.480 19651966 13 163.9 0.520 19601961 14 159.4 0.560 19771978 15 159.1 0.600 19741975 16 155.4 0.640 19681969 17 155.1 0.680 19641965 18 146 0.720 19791980 19 139.2 0.760 19711972 20 137.1 0.800 19661967 21 135.1
17、 0.840 19801981 22 134.8 0.880 19691970 23 130.8 0.920 19671968 24 123 0.960 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
18、-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 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。
19、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 0.1 221.66 19621963 217.5 0.981 平水年 0.5 165.32 19781979 164.9 0.997 枯水年 0.9 128.36 19691970 130.8 1.019 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
20、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 5 46.4 45.5 25.5 25.5 16.6 16.9 6 57.9 56.7 36.2 36.2 21.9 22.3 7 24.7 24.2 15.3 15.3 11.9 12.1 8 16.6 16.3 20.6 20.6 33 33.7 9 18.5 18.1 9.2 9.2 17.8 18.2 10 12.1 11.9 6 6 8 8.2 11 5.9 5.8 5.2 5.2 5.1 5.2 12 4.3 4.2 3.4 3.4 4.
21、2 4.3 1 11.3 11.1 3.3 3.3 3.2 3.3 2 8 7.8 6.3 6.3 3.5 3.6 3 6 5.9 14.2 14.2 2.9 3.0 4 5.8 5.7 19.7 19.7 2.7 2.8 .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)5 16.6 7.8 8.8 0 6 21.9
22、 7.5 14.4 8.8 7 11.9 7.3 4.6 18.6 4.6 8 33 5.5 27.5 18.6 4.6 9 17.8 6.6 11.2 18.6 27.5 10 8 6.6 1.4 18.6 11.2 11 5.1 5.4 0.3 18.6 1.4 12 4.2 5.2 1 18.3 1 3.2 7 3.8 17.3 2 3.5 6.7 3.2 13.5 3 2.9 7.8 4.9 10.3 4 2.7 8.1 5.4 5.4 合计 130.8 81.5 67.9 18.6 0 49.3 水库月末蓄水量流量最大值为 18.6m3/s)月,则兴利库容 V兴=18.6262656
23、0=m3 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
24、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)1958 745 3170 6476 1959 294 2030 3
25、436 196 6 1961 858 3300 4446 1962 534 1200 2396 1963 591 3360 5206 1964 452 1190-1 1965 440 2130 3596 1966 336 1430 2616.1967 383 850 1686 1968 626 1590 2226 1969 246 1060 2336 197 6 1971 1972 403 2310 3306 1973 515 1820 2526 1974 371 1200 1886 1975 399 1750 2556 1976 417 1160 2936 1977 245 1160 243
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