工程水文与水利计算课程设计汇本-天福庙水库防洪复核计算.pdf
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1、天福庙水库防洪复核计算 一.设计任务 天福庙水库位于省远安县黄柏河东支的天福庙村,大坝以上流域面积 553.62km河长 58.2km,河道比降1.06%,总库容6367万,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于 1974年冬开工建设,1978年建设成,已运行近30 年。1975年技术设计时,水文系列年限仅20 年,系列太短,也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务,是在延长基本资料的基础上,按现行规要求对水库的防洪标准进行复核,其具体任务是:1.选择水库防洪标准。2.历史洪水调查分析及洪量插补。3.设计洪水和校核洪水的计算。4.调洪计算。5.坝顶高程复核
2、。二.流域自然地理概况,流域水文气象特性(一)流域及工程概况 天福庙水库位于省远安县黄柏河东支的天赋庙村,大坝以上流域面积 553.6,河长 58.2km,河道比降 10.6,总库容 6367 万,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设,1978年建设成,大坝为浆砌石双曲拱坝,坝前河底高程 348m,坝高 63.3m,电站总装机 6040kw。水库死水位 378m,死库容 714 万 m3,正常蓄水位 409m,相应库容 6032万。设计洪水位(P=2%)409.28m,校核(P=0.2%)洪水位409.28m,坝顶高程 410.3m
3、,防浪墙顶高程 411.3m。库区吹程 1000m。(二)水文气象资料 1.气象特征。天福庙流域地处亚热带季风区,四季分明,夏季炎热多雨,冬季低温少雨,秋温高于春温,春雨多于秋雨,气温年变化较大,无霜期长。多年平均气温 16.8,历年最高气温达 40,最低气温-12,平均风速1.2m/s,多年平均最大风速 15.5m/s,风向多为 NE。流域多年平均降水量 1036.3mm,流域暴雨频繁,洪水多发,4-10 月为汛期,汛期降雨量占全年降雨量的 86.7%左右,尤其以 7 月最大,占全年的 1.3%。月降雨量最少是 12 月,仅占全年的 1.3%。2.水文测站。黄柏河干流上 1958 年设立池湾
4、河水文站,1971 年设立小溪塔水文站,1961 年在东支设立分乡水文站。天福庙水库建成后,先后开展了降雨、水位、泄流观测,有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站,控制流 域面积 1083.0。3.乡站历史洪水。根据 1982 年省雨洪办对市历史洪水调查成果的审定结果,分乡站洪水的排位为 1935 年、1984 年、1826 年、1930 年、1958 年,资料可靠,可直接采用。经审定认为,分乡站 1935 年洪水 1826 年以来的第 1 位,重现期为176 年,1984 年洪水于 1826 年、1930 年洪水相当,分别确定为 1826 年以来的地 24 位,1958 年洪水为 1
5、826 年以来的地 5 位。分乡站历史洪水成果见表 KS1-1 表 KS1-1 分乡站历史洪水成果表 序号 年份 洪峰流量(3m/s)1d 洪量(8310 m)3d 洪量(8310 m)重现期 备注 1 1935 4680 176 2 1984 3739 1.0738 1.6664 3 1826 不能定量 4 1930 不能定量 5 1958 2820 1.2201 1.95 4.天福庙水库洪峰洪量系列。见 KS1-2。表 KS1-2 天福庙水库洪峰、洪量系列 年份 洪峰 Q 3m/s 1d 洪量 8310 m 3d 洪量 8310 m 年份 洪峰 Q 3m/s 1d 洪量 8310 m 3d
6、 洪量 8310 m 1958 1803 0.6237 0.9968 1980 571 0.1725 0.2092 1959 131 0.0434 0.0664 1981 126 0.0841 0.1241 1960 266 0.0921 0.138 1982 582 0.2127 0.3172 1961 200 0.0664 0.1023 1983 437 0.2124 0.3223 1962 640 0.1999 0.2924 1984 2389 0.5489 0.8518 1963 1036 0.3727 0.5725 1985 121 0.0613 0.1307 1964 452 0.
7、1314 0.2223 1986 218 0.0979 0.1924 1965 519 0.1452 0.23 1987 438 0.1677 0.2864 1966 189 0.0817 0.1253 1988 222 0.1154 0.179 1967 774 0.1876 0.2852 1989 592 0.2229 0.3189 1968 838 0.2832 0.6594 1990 634 0.1209 0.179 1969 428 0.1514 0.2213 1991 804 0.2334 0.3158 1970 598 0.2233 0.3103 1992 851 0.2635
8、0.3288 1971 389 0.1681 0.2877 1993 425 0.1195 0.1824 1972 64 0.0363 0.0797 1994 167 0.1177 0.2131 1973 445 0.1457 0.2233 1995 261 0.0985 0.186 1974 240 0.0813 0.1589 1996 487 0.2341 0.4334 1975 848 0.1483 0.248 1997 544 0.1383 0.3186 1976 272 0.0931 0.138 1998 974 0.2262 0.4135 1977 162 0.0915 0.179
9、5 1999 170 0.0734 0.1686 1978 299 0.1525 0.2812 2000 613 0.2113 0.3157 1979 634 0.288 0.5393 2001 471 0.1913 0.2986 三防洪标准选择 工程等级 水库 防洪 治涝 灌溉 供水 水电站 工程规模 总库容 城镇及工矿企业的重要性 保护农田(万亩)治涝面积(万亩)灌溉面积(万亩)城镇及工矿企业的重要性 装机容量 一 大(1)型 10 特别重要 500 200 150 特别重要 120 二 大(2)型 101.0 重要 500 100 200 60 150 50 重要 120 30 三 中型
10、 1.0 0.10 中等 100 30 6015 505 中等 305 四 小(1)型 0.10 0.01 一般 305 153 50.5 一般 51 五 小(2)型 0.01 0.001 5 3 0.5 可推断出总体是相关的,r0.8,密切相关。(4)回归系数 8yy/xx0.10110Rr0.92720479.1457.184 y 倚 x 的回归方程 yxyyr(xx)(5)代入数据得 y=20479.1x+7081487.03(6)28263yys1r0.1011010.9273.78810 m/s 天福庙水库洪峰、3 天洪量系列(1)均值 i113030 xx542.92n243m/s
11、 i17.11yy0.2961n248310 m(2)均方差2xx(K1)16.3094x542.92457.184n1233m/s 28yy83(K 1)6.3397y0.296110n1230.15510 m(3)相关系数xy22xy(K1)(K1)8.9212r0.87716.30946.3397(K1)(K1)相关系数的显著检验:在=0.01 时 n=24 时查的=0.5668。因为 r可推断出总体2000 613 0.32 1.13 1.07 0.13 0.07 0.0167 0.0044 0.0086 2001 471 0.30 0.87 1.01 -0.13 0.01 0.017
12、5 0.0001 -0.001 合计 13030 7.11 24.0 24.0 0.00 0.00 16.309 6.3397 8.9212 是相关的,r0.8,密切相关。(4)回归系数 8yy/xx0.15510Rr0.87729733.1457.184 y 倚 x 的回归方程 yxyyr(xx)(5)代入数据得 y=29733.1x+13467305.35(6)28263yys1r0.1551010.8777.4510 m/s 将分乡站历史洪峰、洪量换算成天福庙的历史洪峰、洪量,洪峰按面积比指数的 2/3 次方换算,洪量按面积比的 1 次方换算。洪峰比:23553.60.63931083.
13、0 洪量比:553.60.51121083.0 天福站历史洪水成果表 序号 年份 洪峰流量(3m/s)1d 洪量(8310 m)3d 洪量(8310 m)重现期 备注 1 1935 2992 0.6835 1.0243 176 2 1984 2390 0.5489 0.8519 3 1826 2400 0.5623 0.8683 不能定量 4 1830 2300 0.5418 0.8185 不能定量 5 1958 1803 0.6237 0.9968 根据洪峰与洪量的关系计算 1935 年 1 天洪量 y=20479.1x+7081487.03 y1=0.68358310 m 1826 年1
14、天洪量为 0.56238310 m 1830 年1 天洪量为 0.54188310 m 1935 年 3 天洪量为 y=29733.1x+13467305.35 y3=1.0248310 m 1826 年3 天洪量为 0.86838310 m 1830 年3 天洪量为 0.81858310 m 结果如表上格所示 五.设计洪水计算 1.对天福庙水库坝址洪峰及 1d、3d 洪量系列分别进行频率计算,推求出各设计频率的设计洪峰和 1d、3d 设计洪量。洪水调查期为 1826 到 2001 年,所 以 N=176,1935 年、1984 年、1826 年、1930 年、1958 年作为历史洪水即 a=
15、5 实测洪峰、洪量资料 44 年,n=44,l=2。1)对洪峰流量频率计算 类型 年份 洪峰流量(3m/s)从大到小排序(3m/s)序号 pM%序号 Pm%1 2 3 4 5 6 7 特大值系列 1935 2992 2992 1 0.564972 1984 2390 2400 2 1.129944 1826 2400 2390 3 1.694915 1930 2300 2300 4 2.259887 1958 1803 1803 5 2.824859 实测值系列 1959 131 1036 3 5.084746 1960 266 974 4 7.344633 1961 200 851 5 9.
16、60452 1962 640 848 6 11.86441 1963 1036 838 7 14.12429 1964 452 804 8 16.38418 1965 519 774 9 18.64407 1966 189 640 10 20.90396 1967 774 634 11 23.16384 1968 838 634 12 25.42373 1969 428 613 13 27.68362 1970 598 598 14 29.9435 1971 389 592 15 32.20339 1972 64 582 16 34.46328 1973 445 571 17 36.72316
17、 1974 240 544 18 38.98305 1975 848 519 19 41.24294 1976 272 487 20 43.50283 1977 162 471 21 45.76271 1978 299 452 22 48.0226 1979 634 445 23 50.28249 1980 571 438 24 52.54237 1981 126 437 25 54.80226 1982 582 428 26 57.06215 1983 437 425 27 59.32203 1985 121 389 28 61.58192 1986 218 299 29 63.84181
18、1987 438 272 30 66.1017 1988 222 266 31 68.36158 1989 592 261 32 70.62147 1990 634 240 33 72.88136 1991 804 222 34 75.14124 1992 851 218 35 77.40113 1993 425 200 36 79.66102 1994 167 189 37 81.9209 1995 261 170 38 84.18079 1996 487 167 39 86.44068 1997 544 162 40 88.70057 1998 974 131 41 90.96045 19
19、99 170 126 42 93.22034 2000 613 121 43 95.48023 2001 471 64 44 97.74011 1 按统一样本法计算经验频率,即MMPN1,mM,aM,am lPP(1 P)n l1 如表中第 5 和 7 列所示分别为特大洪水和一般洪水的经验频率。2.根据表中第 2 列洪峰流量系列,计算年最大洪峰流量均值Q,离势系数VC,N=176,a=5,l=2。3JQ11885m/s 3iQ19132m/s 2JQQ18142773 2iQQ2776464 an3ji1l 11Na11765QQQ1188519132510m/sNnl176442 22aa1
20、1Na11171CQQQQ1814277327764640.8vjiN1n l510176142Q1l 13.根据上步初估参数成果,取Q=3510m/s、VC=0.8、SVC/C=3,查表频率 p的p的值,由PPVQQ(C1)计算各 p 的洪峰流量PQ,进行第一次配线,如附图 1 所示,可见线条下端较高,上端较低。因此,需要调整参数,适当增加VC再次配线。取Q=3510m/sVC=0.9、SVC/C=3 进行第二次配线,如附图 1 所示,总体上配合良好,可以作为推求的该处年最大洪峰流量理论频率曲线。频率 P 第一次配线 Q=3509m/sCV=0.8 CS=3CV=2.4 第二次配线 Q=35
21、09m/s CV=0.9 CS=3CV=2.7 k p k p(1)(2)(3)(4)(5)(6)1 3.81 4.05 2060 3.93 4.537 2309.33 5 2.01 2.61 1327 2.01 2.809 1429.78 10 1.26 2.01 1022 1.22 2.098 1067.88 20 0.54 1.43 729 0.48 1.432 728.888 50-0.35 0.72 366 -0.37 0.667 339.503 75-0.68 0.46 232 -0.65 0.415 211.235 90-0.795 0.36 185 -0.726 0.3466
22、176.419 95-0.82 0.34 175 -0.736 0.118 171.8 99-0.831 0.34 171 -0.74 0.334 170.006 由P2%P VQQ(C1)计算得,设计洪峰p=2%和校核洪峰 p=0.2%3P2%P VQQ(C1)510(3.09 0.91)1928m/s 3P0.2%P VQQ(C1)510(5.920.91)3227m/s 第一次配线 第二次配线 2)对一天洪量进行频率计算 年份 1 天洪量8310 m 从大到小排序8310 m 序号 pM%序号 Pm%1935 0.6835 0.6835 1 0.564972 1984 0.5489 0.
23、6237 2 1.129944 1826 0.5623 0.5623 3 1.694915 1830 0.5418 0.5489 4 2.259887 1958 0.6237 0.5418 5 2.824859 1959 0.0434 0.3727 3 5.084746 1960 0.0921 0.288 4 7.344633 1961 0.0664 0.2832 5 9.60452 1962 0.1999 0.2635 6 11.86441 1963 0.3727 0.2341 7 14.12429 1964 0.1314 0.2334 8 16.38418 1965 0.1452 0.22
24、62 9 18.64407 1966 0.0817 0.2233 10 20.90396 1967 0.1876 0.2229 11 23.16384 1968 0.2832 0.2127 12 25.42373 1969 0.1514 0.2124 13 27.68362 1970 0.2233 0.2113 14 29.9435 1971 0.1681 0.1999 15 32.20339 1972 0.0363 0.1913 16 34.46328 1973 0.1457 0.1876 17 36.72316 1974 0.0813 0.1725 18 38.98305 1975 0.1
25、483 0.1681 19 41.24294 1976 0.0931 0.1677 20 43.50283 1977 0.0915 0.1525 21 45.76271 1978 0.1525 0.1514 22 48.0226 1979 0.288 0.1483 23 50.28249 1980 0.1725 0.1457 24 52.54237 1981 0.0841 0.1452 25 54.80226 1982 0.2127 0.1383 26 57.06215 1983 0.2124 0.1314 27 59.32203 1985 0.0613 0.1209 28 61.58192
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