天福庙水库防洪复核计算课程设计.pdf

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1、 工程水文及水利计算课程设计 天 福 庙 水 库 防 洪 复 核 计 算 学校：云南农业大 学 学院：水利学院 专业：水利水电工程 学号：74 天福庙水库防洪复核计算 一、设计任务 天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积，河长，河道比降%，总库容 6367 万 m3，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，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核

2、，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。二、流域自然地理概况，流域水文气象特性 流域及工程概况 天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积，河长，河道比降，总库容 6367 万 m2，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。天福庙水库位置及水系见图：黄柏河流域及天福庙水库位置图 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，电站总装机 6040kw。水库死水位 378m，死库容 714 万 m

3、3，正常蓄水位 409m，相应库容 6032万 m3。设计洪水位（P=2%）,校核（P=%）洪水位,坝顶高程，防浪墙顶高程。库区吹程 1000m。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，气温年内变化较大，无霜期长。多年平均气温，历年最高气温达 40，最低气温-12，平均风速 s,多年平均最大风速 s，向多为 NE。流域多年平均降水量，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%左右，尤其以 7 月最大，占全年的%。月降雨量最少是 12 月，仅占全年的%。2.水文测站。黄柏河干流上 195

4、8 年设立池湾河水文站，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。3.分乡站历史洪水。根据 1982 年省雨洪办对宜昌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 2-4位，1958 年洪水为

5、1826 年以来的地 5 位。分乡站历史洪水成果见表KS11。表 KS1-1 分乡站历史洪水成果表 序号 年份 洪峰流量(m3/s)1d 洪量(*108m3)3d 洪量(*108m3)重现期 备注 1 1935 4680 176 2 1984 3739 3 1826 不能定量 4 1930 不能定量 5 1958 2820 三、防洪标准选择 根据国家防洪标准（GB 50201-49）和部颁水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 252-2000）等有关规定，选择水库防洪复核的防洪标准。如下：水利水电枢纽工程等级 工程等级 水库 防洪 治涝 灌溉 供水 水电站 工程规模 总库容*108m3 重要性

6、 保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）重要性 装机容量*104KW 一 大（1）型 10 特别重要 500 200 150 特别重要 120 二 大（2）型 重要 500-100 200-60 150-50 重要 120-30 三 中型 中等 100-30 60-15 50-5 中等 30-5 四 小（1）型 一般 30-5 15-3 一般 5-1 五 小（2）型 水库工程水工建筑物的防洪标准 水工建筑物级别 防洪标准【重现期 年】山区、丘陵区 平原区、滨海区 设计 校核 设计 校核 混泥土坝、浆砌石坝、及其它水工建筑物 土坝、堆石坝 一 1000-500 5000-2000 可能

7、最大洪水（PMF）或10000-5000 300-100 2000-1000 二 500-100 2000-1000 5000-2000 100-50 1000-300 三 100-50 1000-500 2000-1000 50-20 300-100 四 50-30 500-200 1000-300 20-10 100-50 五 30-20 200-100 300-200 10 50-20 依据天福庙库容量，根据水库工程建筑物防洪标准查的天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为：设计 T=50 年，校核 T=500年。四、峰、量选样及历史洪水调查 1、天福庙水库坝址 1959-1977 年峰、

8、量系列根据分乡站同期资料换算得出，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。2、天福庙水库坝址 1978-2001 年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。3、分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝址。根据天福庙水库坝址 1978-2001 年峰、量系列建立峰量关系；根据比峰、量关系计算历史洪水的 1d、3d 洪量。具体如下：表 KS1-2 天福庙水库洪峰、洪量系列 年份 洪峰Qm(m3/s)1d 洪量W1(*108m3)3d 洪量W3(*108m3)年份 洪峰Qm(m3/s)1d 洪量W1(*108m3)3d 洪量W3(*108m3)1958 1803 198

9、0 571 1959 131 1981 126 1960 266 1982 582 1961 200 1983 437 1962 640 1984 2389 1963 1036 1985 121 1964 452 1986 218 1965 519 1987 438 1966 189 1988 222 1967 774 1989 592 1968 838 1990 634 1969 428 1991 804 1970 598 1992 851 1971 389 1993 425 1972 64 1994 167 1973 445 1995 261 1974 240 1996 487 1975

10、848 1997 544 1976 272 1998 974 1977 162 1999 170 1978 299 2000 613 1979 634 2001 471 由天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列可得1978-2001年峰、量相关关系。根据此峰、量相关关系可计算得出历史洪水的 1d、3d 洪量 W。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。（在几率格纸上绘制峰、量频率曲线）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。根据 Q天福庙=（F天福庙/F分乡站）2/

11、3Q分乡站，W庙 1d=（F天福庙/F分乡站）W乡 1d,W庙 3d=（F天福庙/F分乡站）W乡 3d 计算天福庙库区 1935,1984 年的洪峰流量以及 1d 和 3d 洪量。得:年份 洪峰 Qm(m3/s)1d 洪量 W1(*108m3)3d 洪量 W2(*108m3)1935 2992 1984 2390 （）推求洪峰流量：将 1935-2001 年洪峰由大到小顺序排列，由公式（），m=m/(n+1)得经验频率。天福庙水库洪峰流量经验频率计算表 序号 洪峰流量排序（大-小）经验频率 M m 年份 洪峰Qm(m3/s)(%)m(%)1 1935 2992 2 1984 2389 3 18

12、26 4 1930 5 1958 1803 3 1963 1036 4 1998 974 5 1992 851 6 1975 848 7 1968 838 8 1991 804 9 1967 774 10 1962 640 11 1979 634 12 1990 634 13 2000 613 14 1970 598 15 1989 592 16 1982 582 17 1980 571 18 1997 544 19 1965 519 20 1996 487 21 2001 471 22 1964 452 23 1973 445 24 1987 438 25 1983 437 26 1969

13、428 27 1993 425 28 1971 389 29 1978 299 30 1976 272 31 1960 266 32 1995 261 33 1974 240 34 1988 222 35 1986 218 36 1961 200 37 1966 189 38 1999 170 39 1994 167 40 1977 162 41 1959 131 42 1981 126 43 1985 121 44 1972 64 天福庙水库洪峰流量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：平均nQi=CV=1 CS=CV=选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库洪峰流量经验

14、频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：平均nQi=CV=CS=CV=推求设计洪峰流量：校核 P=%时查p=,得（CVp）QP=%=Q平均m3/s 设计 P=2%时查p=，得（CVp）=QP=%=Q平均m3/s（）推求d 设计洪量：天福庙水库 1d 洪量经验频率计算表 序号（大-小）序列值 1d 洪量W1(*108m3)经验频率 P（%）序号 序列值 1d 洪量W1(*108m3)经验频率 P（%）1 23 2 24 3 25 4 26 5 27 6 28 7 29 8 30 9 31 10 32 11 33 12 34 13 35 14 36 15 37 16 38 17 39 1

15、8 40 19 41 20 42 21 43 22 44 天福庙水库 1d 洪量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=*108m3 CV=CS=选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库 1d 洪量经验频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=*108m3 CV=CS=CV=推求设计洪峰流量：校核 P=%时查p=,得（CVp）WP=%=W平均*108m3 设计 P=2%时查p=，得（CVp）WP=%=W平均*108m3（3）推求d 设计洪量：天福庙水库 3d 洪量经验频率计算表 序号（大-小）序列值 3d 洪量W1(*108m3)经验频率

16、P（%）序号（大-小）序列值 3d 洪量W1(*108m3)经验频率 P（%）1 23 2 24 3 25 4 26 5 27 6 28 7 29 8 30 9 31 10 32 11 33 12 34 13 35 14 36 15 37 16 38 17 39 18 40 19 41 20 42 21 43 22 44 天福庙水库 3d 洪量经验频率曲线（第一次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=*108m3 CV=CS=CV=选配理论频率曲线，第二次配线，得：天福庙水库 3d 洪量经验频率曲线（第二次配线）按无篇估值公式计算统计参数：W平均nWi=*108m3 CV=CS=CV

17、=推求设计洪峰流量：校核 P=%时查p=,得（CVp）WP=%=W平均*108m3 设计 P=2%时查p=，得（CVp）=WP=%=W平均*108m3 2、洪峰和洪量成果的合理性分析。（1）通过对本站洪峰、洪量及统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及统计参数随地区变化规律的分析以及从形成洪水的暴雨方面分析，得出了相应合理的结论，复核预期设计要求。（2）将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上，在适用范围内不能相交，因为如果相交就不能保证在同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。3、选择典型洪水过程线。表 KS1-3 典型洪水过程线（）时段 流量 时段 流量 时段 流量 时段 流量 0 1

18、9 36 55 1 572 20 37 56 2 1085 21 156 38 57 3 1345 22 138 39 58 4 1568 23 121 40 40 59 5 1791 24 41 60 6 2090 25 42 61 7 2389 26 43 62 8 27 44 63 9 28 45 64 10 29 46 65 11 30 47 66 12 31 51 48 67 13 32 61 49 68 14 33 50 69 15 34 51 70 16 35 52 71 11 17 36 53 26 72 18 37 54 73 天福庙水库坝址的洪峰、洪量 项目（1）洪峰（m3

19、/s）洪量(m3/s)h 一日 三日 P=%的校核洪峰、洪量（2）3202 21492 36861 典型洪水过程线的洪峰、洪量（3）起讫时间 1984 年*月*日*时（4）按同频率放大法计算设计洪水过程线，并按选择时段绘制洪水过程线。（1）计算各时段放大倍比：KQ=3202/=KW1=21492/=KW（3-1）=（36861-21492）/（）=（2）校核洪水过程线：天福庙水库坝址 P=%校核洪水过程线计算表 时段 典型流量 放大倍比 放大流量 时段 典型流量 放大倍比 放大流量 0 36 1 572 37 2 1085 38 3 1345 39 4 1568 40 40 5 1791 41

20、 6 2090 42 7 2389 43 洪峰 1d交界处 2389 8 44 9 45 10 46 11 47 12 48 13 49 14 50 15 51 16 52 17 53 26 18 54 19 55 20 56 21 156 57 22 138 58 23 121 59 24 60 1d、3d交界处 25 61 26 62 27 63 28 64 29 65 30 66 31 51 67 32 61 68 33 69 34 70 35 71 11 36 72 37 根据表格数据绘制过 P=%校核洪水（放大流量）程线和典型洪水过程线：六、设计洪水调洪计算 天福庙水库为有闸溢洪道，

21、调洪时段t=1h，编程上机进行调洪计算，并绘制入库和下泄流量过程线图。调洪起调水位为正常蓄水位409m，在此水位下，左岸溢洪道 2 孔、坝顶溢洪道 4 孔全开的泄流量为 2940m3/s。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸孔数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位 409m 不变。当入库洪水流量大于 2940m3/s?时，6 孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高水位，然后再回落至设计蓄水位 409m。天福庙水库库容曲线根据原库区 1:2000 地形图进行了复核计算，与湖北省中型水库调度规程刊布成果一致，见表 KS1-4。左岸溢洪道坝顶高程，2 孔，每孔净宽，为弧形闸门控制。坝

22、顶溢洪道堰顶高程，4 孔，每孔净宽，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为 WES 标准型剖面实用堰，流量计算公式为 Q=c3/2 由该式计算泄洪建筑物泄流曲线，见表 KS1-4.表 KS1-4 天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线 库水位 库容（*104m3）左岸溢洪道q1(m3/s)坝顶溢洪道q2(m3/s)合计泄洪量 q(m3/s)398 3460 0 0 0 399 3670 37 0 37 400 3890 107 0 107 401 4100 216 0 216 402 4325 365 0 365 403 4545 530 25 555 404 4775 730 103 833 4

23、05 5004 922 230 1152 406 5235 1130 400 1530 407 5515 1345 605 1950 408 5790 1582 835 2417 409 6045 1845 1095 2940 410 6310 2115 1375 3490 411 6596 2370 1695 4065 推求下泄流量过程线：已知第一时段 Q1=，由起始条件得 V1=3460，q1=0，用列表试算法，假定 q2 值。由水量平衡方程 V2=（Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2+V1 得 V2值。假定第一时段 q2=30m3/s，所以 V2=*104m3，以第一时段的 V2、

24、q2作为第二时段初的 V1、q1,重复第一时段试算过程，连续试算得：天福庙水库调洪计算表 时段 Q(Q1+Q2)t/2 q V Z（m3/s）(*106m3/s)(m3/s)(*104m3)（m）0 128 0 3460 398 1 30 398 2 120 400 3 400 402 4 850 404 5 1600 406 6 2759 2000 407 7 2500 410 8 2800 408 9 2000 407 最大下泄流量 qm=2800m3/s，根据校核库容值查库容水位曲线得校核洪水位为，校核库容 V 库容=*104m3。入库和下泄流量过程线 七、坝顶高程复核计算 混泥土拱坝安

25、全超高，见表 KS1-5 表 KS1-5 混泥土拱坝安全超高 hc 单位：m 坝的级别 1 2 3 正常运用 非常运用 根据混泥土拱坝设计规范（SL 282-2003），坝顶高程应不低于校核洪水位，坝顶上游侧防浪墙顶高程与设计洪水位的高差h 按下式计算：h=hb+hz+hc 式中 hb，波高，m；hz，波浪中心线超出静水位的风雍高度,m；hc，安全超高，根据建筑物等级选取（表 5）。波高 hb=12（gD/V2）1/3(V2/g)波长 Lm=15(gD/V2)4/15(V2/g)风雍高度 hz=h2b/Lm*cth*2H/Lm 式中 V，计算风速，设计工况采用倍的多年平均最大风速，校核工况，采用多年平均最大风速；H，坝前水深，m；G，重力加速度；D，库区长度，即吹程，m。已知吹程 D=1000m，重力加速度 g 取 s，坝前水深 H=，多年品均风速 v=s。求得:hb=12（1000/）1/3=Lm=151000/4/15=hz=（）cth（2）又双曲余切函数 cth 的计算式为 cthx=(ex+e-x)/(ex-e-x)则 cth（2）=（e2+e-2）/（e2）=即 hz=该大坝工程级别为三级，所以由表 KS1-5（混凝土坝安全超高 hc）得天福庙水库安全超高 hc=故 h=hb+hz+hc=+=H1=Z顶+h=+=综上分析得出，水库坝高符合标准。