[畢業(yè)設(shè)計精品]賦石水庫水利水電規(guī)劃(工程水文與水力計算)

1、工程水文與水力計算課程設(shè)計說明書 課程名稱：工程水文及水利計算題目名稱：賦石水庫水利水電規(guī)劃班 級：水電0902班姓 名： 學 號： 指導教師：評定成績：教師評語： 指導老師簽名： 2011 年 12月 29 日成績評閱教師日期一、設(shè)計任務：1、 選擇水庫死水位；2、 選擇正常蓄水位；3、 計算電站保證出力和多年平均發(fā)電量；4、 選擇水電站裝機容量；5、 推求設(shè)計標準和校核標準的設(shè)計洪水過程線；6、 推求洪水特征水位和大壩壩址頂高程。二、流域自然地理簡況，流域水文氣象資料概況：1、流域和水庫情況簡介西苕溪為太湖流域一大水系（圖ks2-1），流域面積為2260km2，發(fā)源于浙江省安吉縣天目山，干

2、流全長150km，上游陡坡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不暢，易遭洪澇災害，又因流域攔蓄工程較少，灌溉水源不足，易受災害。圖ks2-1 西苕溪流域水系及測站分布 1賦石水庫是一座防洪為主，結(jié)合發(fā)電、灌溉、航運及水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合利用水庫，位于安吉縣豐城西10km，控制西苕溪主要支流西溪，壩址以上流域面積328km2。流域內(nèi)氣候溫和、濕潤，多年平均雨量1450km。流域水系及測站分布見圖ks2-1。1、 水文氣象資料情況在壩址下游1km處設(shè)有潛漁水文站，自1954年開始有觀測的流量資料。通過頻率計算，得各設(shè)計頻率的設(shè)計年徑流量，選擇典型年，計算縮放比，成果見表ks2-3。典型年徑流過程見表k

3、s2-4。根據(jù)調(diào)查1922年9月1日在壩址附近發(fā)生一場大洪水，推算得潛漁站洪峰流量為1350m3/s。這場洪水是發(fā)生年份至今最大的一次洪水。缺測年份內(nèi)，沒有大于1160m3/s的洪水發(fā)生。經(jīng)初步審查，可降雨和徑流等實測資料可用于本次設(shè)計。表ks2-3 設(shè)計年徑流量及典型年徑流量代表年設(shè)計頻率設(shè)計年徑流量（m3/s）典型年典型年徑流量縮放比枯水年p=85%5.5619735.351.039中水年p=50%7.5019577.111.055豐水年p=15%10.3719679.951.042表ks2-4 潛漁站設(shè)計年徑流過程 月份枯水典型年q中水典型年q豐水典型年q月份枯水典型年q中水典型年q豐水

4、典型年q314.006.4711.1090.044.3223.20418.606.9312.80100.412.817.65519.5020.8023.00111.701.421.3661.318.2427.60120.753.600.4475.2121.803.9710.701.100.8480.065.501.2421.882.336.11三、設(shè)計年徑流量及其年內(nèi)分配的推求1、設(shè)計年徑流量的計算由已知資料得，頻率為85%、50%、15%的年徑流量如下表1表1 潛漁站設(shè)計徑流量代表年設(shè)計頻率設(shè)計年徑流量（m3/s）典型年典型年徑流量縮放比枯水年p=85%5.5619735.351.039中水

5、年p=50%7.5019577.111.055豐水年p=15%10.3719679.951.0422、設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配根據(jù)年、月徑流資料和代表年的選擇原則，確定豐、中、枯三個代表年。并按設(shè)計年徑流量為控制用同倍比方法縮放各代表年的逐月年內(nèi)分配如下表2.表2 潛漁站典型年徑流量年內(nèi)分配 月份設(shè)計枯水年設(shè)計中水年設(shè)計豐水年典型年縮放比設(shè)計年典型年縮放比設(shè)計年典型年縮放比設(shè)計年3月14.001.03914.566.471.0556.8211.101.04211.584月18.601.03919.346.931.0557.3112.801.04213.355月19.501.03920.2820.

6、801.05521.9423.001.04223.996月1.311.0391.368.241.0558.6927.601.04228.797月5.211.0395.4221.801.05523.003.971.0424.148月0.061.0390.065.501.0555.801.241.0421.299月0.041.0390.044.321.0554.5623.201.04224.2010月0.411.0390.432.811.0552.967.651.0427.9811月1.701.0391.771.421.0551.501.361.0421.4212月0.751.0390.783.6

7、01.0553.800.441.0420.461月0.701.0390.731.101.0551.160.841.0420.882月1.881.0391.962.331.0552.466.111.0426.37四、水庫死水位的選擇1、繪制水庫水位容積曲線表3 水位容積曲線 水位（m）48505255606570758081容積（106m3）00.10.62.381835.760.394.4102.8水位（m）82838485868788899091容積（106m3）111.3120129138.6148.3158.8170181.5194.52072、 繪制水電站下游水位流量關(guān)系曲線表4 水位

8、流量關(guān)系曲線 水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m3/3）01.03.67.311.916.220.53、 根據(jù)泥沙資料計算水庫的淤積體積和水庫相應的淤積高程（按50年為設(shè)計年限） 所以 所以推移質(zhì) 可得 根據(jù)水位容積曲線，由內(nèi)插法（程序見附錄程序1）求得在此基礎(chǔ)上加上安全值,得4、 根據(jù)水輪機的情況確定水庫的最低死水位由于每月的設(shè)計流量不同，在這里取最大的流量作為設(shè)計流量基準，又由水輪機的水位流量關(guān)系可得 5、 綜合各方面情況確定水庫死水位 五、選擇正常蓄水位 根據(jù)本地區(qū)的興利要求，發(fā)電方面要求保證出力不低于800kw，發(fā)電保證率為85%，灌溉及航運任務

9、不大，均可利用發(fā)電尾水得到滿足，因此，初步確定正常蓄水位為79.9m。六、保證出力和多年平均發(fā)電量的計算代表年各月平均流量全年平均流量3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月豐水年11.1012.8023.0027.603.971.2423.207.651.360.440.846.119.94中水年6.476.9320.808.2421.805.504.322.811.423.601.102.337.11枯水年14.0018.6019.501.315.210.060.040.411.700.750,701.885.771、 保證出力的計算以死水位為起始水位，按等流量調(diào)節(jié)方式計算各

10、設(shè)計年的出力過程和發(fā)電量過程，其各個時期的平均出力就是該時期的保證出力。在這里，我們分別對豐、中、枯三個設(shè)計年以月為時段進行水能計算，計算出各月的水流出力。其中枯水年的水能計算見下表，豐水年、中水年的水能計算見附表1和附表2。且由上面，我們求得正常蓄水位為79.9，死水位為63.2m，由水位容積曲線用內(nèi)插法（分別見程序附錄2，3）得水庫的興利庫容為65.4百萬m3，即25.2m3/s月；死庫容為28.18百萬m3 ，即10.9m3/s月。 計算步驟：（1）用試算法計算各月的發(fā)電用水；（2）由余缺水量和死庫容計算水庫各月末水庫蓄水，其時段初、末值平均值填入表中，并且查水位容積曲線即得上游月平均水

11、位。（3）由發(fā)電用水查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位。（4）用上游水位減去下游水位，減去預留水頭損失，得水頭。（5）根據(jù)公式：出力n=aqh凈求得各月出力，其中a=7.5。表5 枯水年出力計算（保證出力）時段 (月份)天然來水(m3/s)發(fā)電用水(m3/s )余水量不足水量月末水庫蓄水(106m3)平均蓄水(106m3)月平均水位(m)下游水位(m)水頭損失（m）平均水頭(m)出力ni (kw)流量(m3/s)水量(萬m3)流量(m3/s)水量(萬m3)2月28.183月14.569.664.90127040.8834.53 69.8146.710.522.61637.37 4月19.349.

12、669.68250965.9753.43 73.5846.710.526.371910.51 5月20.289.6610.62275393.579.74 78.1646.710.530.952242.33 6月1.364.042.6869586.5590.03 79.4746.420.532.55986.27 7月5.425.4286.5586.55 79.0446.500.532.041302.43 8月0.064.043.98103276.2381.39 78.3846.420.531.46953.24 9月0.044.044.00103765.8671.05 76.8846.420.52

13、9.96907.79 10月0.434.043.6193656.561.18 75.1746.420.528.25855.98 11月1.774.042.2758850.6253.56 73.6146.420.526.69808.71 12月0.784.043.2684542.1746.40 72.0846.420.525.16762.35 1月0.734.043.3185833.5937.88 70.3846.420.523.46710.84 2月1.964.052.0954128.1830.89 69.2046.420.522.28676.76 合計66.7313754.54 均值10.2

14、7 1146.21 取設(shè)計枯水年供水期的平均出力為保證出力，則該水庫的保證出力為： n枯=（1637.37 +1910.51+2242.33）/3=1930.07 (kw)出力歷時曲線如下：2、 多年平均年發(fā)電量及裝機容量的確定枯水年年平均出力為n1=1146.21 (kw)又由附表1，2得，豐水年年平均出力為n2=1985.40 (kw)中水年年平均出力為n3=1528.29 (kw)則多年平均年發(fā)電量為e=裝機容量為n裝=1.36107/3440=3953(kw)七、推求各種設(shè)計標準的設(shè)計洪水過程線本水庫為大（2）型水庫，工程等級為級，永久性水工建筑級別為2級。下游防洪標準為5%，設(shè)計標準

15、為5%，校核標準為0.1%，需要推求5%、1%、0.1%設(shè)計洪水過程線。1、按年最大值選樣方法在實測資料中選取年最大洪峰流量及各歷時洪量，根據(jù)洪水特性和防洪計算要求，確定設(shè)計歷時為七天，控制歷時為一天和三天，因而可得洪峰和各歷時的洪量系列。2、因七天洪量只有19571972年，所以可以用相關(guān)分析方法延長插補。（用三天洪量與七天洪量進行相關(guān)分析）表6 三天洪量與七天洪量相關(guān)計算表 年份三天洪量七天洪量kxkykx-1ky-1(kx-1)2(ky-1)2(kx-1)(ky-1)195737.1952.461.1381.2600.138 0.260 0.0190 0.0676 0.0359 1958

16、15.8522.150.4850.532-0.515 -0.468 0.2652 0.2190 0.2410 195919.8032.900.6060.790-0.394 -0.210 0.1552 0.0441 0.0827 196020.8033.200.6370.798-0.363 -0.202 0.1318 0.0408 0.0733 196179.1088.202.4212.1191.421 1.119 2.0192 1.2522 1.5901 196249.2053.101.5061.2760.506 0.276 0.2560 0.0762 0.1397 196386.6095.9

17、02.6512.3041.651 1.304 2.7258 1.7004 2.1529 196431.7040.700.9700.978-0.030 -0.022 0.0009 0.0005 0.0007 196524.4027.000.7470.649-0.253 -0.351 0.0640 0.1232 0.0888 196614.0025.400.4290.610-0.571 -0.390 0.3260 0.1521 0.2227 196719.0028.000.5810.673-0.419 -0.327 0.1756 0.1069 0.1370 196818.4035.500.5630

18、.853-0.437 -0.147 0.1910 0.0216 0.0642 196932.8048.401.0041.1630.004 0.163 0.0000 0.0266 0.0007 197031.9035.600.9760.855-0.024 -0.145 0.0006 0.0210 0.0035 197131.8035.300.9730.848-0.027 -0.152 0.0007 0.0231 0.0041 197210.2012.230.3120.294-0.688 -0.706 0.4733 0.4984 0.4857 總計522.74666.0415.999 16.002

19、 006.8045 4.3737 5.3230 平均32.6741.63所以有：a.均值 b均方差c相關(guān)系數(shù)d回歸系數(shù) ey倚x的回歸方程即所以可根據(jù)得出的回歸方程以及已知的三天洪量可把缺少的七天的洪量值，列入下表。表7 潛魚站洪峰及定時段洪量統(tǒng)計表 年份洪峰qm(m3/s)24小時洪量w（106m3）三天洪量w（106m3）七天洪量w（106m3）195470227.9458.4067.2719552848.1713.3022.31195674829.8036.0044.94195740222.8037.1952.4619582008.7215.85221319.8

20、032.90196047815.7020.8033.20196165952.5079.1088.20196258543.7049.2053.101963116055.6086.6095.90196440914.3231.7040.70196551015.6224.4027.0019662329.5014.0025.40196724411.8219.0028.0019681679.9018.4035.50196938720.9032.8048.40197030517.2031.9035.60197150023.4031.8035.3019751085.3410.2012.23197348419.

21、8742.8551.77197428716.1639.0547.98197516611.5822.0531.0319761198.2919.9528.9419772387.6120.5429.443、 對洪峰和各時段洪量系列進行頻率計算，用目估適線法求得相應的參數(shù)分別將歷年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量頻率計算及參數(shù)確定過程列于附表3、附表4、附表5、附表6中。計算步驟如下：3.1 將原始資料按大小次序排列；3.2用公式計算經(jīng)驗頻率，并將x與p對應點繪于頻率格紙上；3.3 計算系列額多年平均降水量3.4 計算各項的模比系數(shù)，其總和應等于n；3.5 計算各項的，其總和應為零；3.6 計算各項

22、的；3.7 計算變差系數(shù)3.8選定cs與cv 的倍數(shù)關(guān)系，查表得kp值，得出各種相應頻率的xp值，繪制xpp曲線，根據(jù)其與經(jīng)驗點據(jù)的配合情況，進行參數(shù)調(diào)整，最終曲與經(jīng)驗點據(jù)配合最好的曲線參數(shù)。從而可得各設(shè)計頻率的洪峰和洪量的參數(shù)如下：洪峰：均值為417 （m3/s） cv=0.65 cs=2.0一天洪量：均值為19.48 （106m3） cv=0.71 cs=2.1三天洪量：均值為32.29 （106m3） cv=0.61 cs=1.8七天洪量：均值為41.24 （106m3） cv=0.48 cs=1.44、 洪峰和洪量成果合理性分析由洪峰和洪量的附圖中可以看到，一天、三天、七天的洪量分布曲

23、線變化一致，且沒有相交，與洪峰分布圖的變化也比較一致，因此，認為這次的處理成果是可以運用的。5、選擇典型洪水過程線按照選擇原則，由于1963年的資料比較完整，且精度較高，屬于實測數(shù)據(jù)，因此選擇1963年為典型年，其洪水過程線即為典型洪水過程線。6、 用分段同頻率放大法推求設(shè)計洪水過程線6.1 計算洪峰、洪量。 由典型洪水過程線得其洪峰、最大24小時洪量、最大三天洪量、最大七天洪量。由公式可推得洪峰、洪量。洪峰取33時，qm=1160 （）;最大24小時洪量取1841時，w1m=55.60 （）；最大三天洪量取1586時，w3m=86.60（）；最大七天洪量取1963年的七天洪量，w7m=95.

24、90（）；6.2 計算放大倍比p=5%,1%,0.05%時，由附表3、4、5、6得各時段設(shè)計值，并求得其放大倍比列于表8。表-8 放大倍比計算（%）510.05典型年洪量洪水（)959.101395.492330.611160q典()47.1470.10112.5555.60w1典()()71.29101.23160.2686.60w3典()()79.64105.97169.6295.90w7典()1.210.830.501.180.790.541.281.000.651.111.961.006.3 將不同頻率下的各時段洪量在相應的倍比下放大，得其設(shè)計洪水過程線。其計算數(shù)據(jù)見附表7、8、9，其

25、洪水過程線圖見附圖1（p=5%）、2（p=1%）、3（p=0.05%）。八、 推求水庫防洪特征水位1、 泄洪規(guī)則及起調(diào)水位起調(diào)水位（防洪限制水位）為78.4m，相應庫容為v1=83.5106m3。根據(jù)水庫下游防洪要求，等于或小于20年一遇的洪水，只放發(fā)電用水（17m3/s），其余全部攔蓄在水庫里，超過20年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。2、防洪高水位的計算 對20年一遇的洪水過程線，除下泄發(fā)電用水（17m3/s）外，其余蓄在水庫，則總蓄水量加在防洪限制水位上，則可得防洪高水位。20年一遇洪水，p=5%,.利用水平分割法割除其發(fā)電用水量，所以 由水位容積曲線查得：z=87.6m。

26、即防洪高水位為h=87.6 m3、 設(shè)計洪水位的計算用百年一遇洪水過程，從防洪限制水位開始，先按發(fā)電流量（17m3/s）下泄，其余蓄在水庫里，待蓄至防洪高水位后，即打開溢洪道閘門和泄洪洞閘門，自由泄流，通過調(diào)洪演算，得設(shè)計洪水位、攔洪庫容和相應最大下泄流量。應用單輔助線圖解法計算，其步驟如下：3.1 計算繪制輔助曲線。3.2 推求下泄過程。3.3求解設(shè)計洪水位、攔洪庫容、最大下泄流量。計算圖表見附表10、11，相關(guān)的圖見附圖4、5，計算結(jié)果如下：=381.2 m3/sz設(shè)=88.4m,v攔=174.5-83.5=91 （106m3）4、 校核洪水位的計算方法與設(shè)計洪水計算相同，用2000年一遇

27、設(shè)計洪水過程來進行計算。計算結(jié)果如下：=458m3/sz校=88.9m,v攔= 180.3-83.5=96.8（106m3）5、 壩頂高程計算已知： 5.1 求。 查表得 由公式 得 又由于 計算得到 由公式 計算得到 又 求得 據(jù) 得 5.2 求。 由公式 求得 5.3 壩頂高程計算 對于設(shè)計情況 m 求得 最后確定壩頂高程為： 參考文獻：工程水位及水利計算 宋星原 主編 中國水利水電出版社附表1 豐水年出力計算（保證出力）時段 (月份)天然來水(m3/s)發(fā)電用水(m3/s )余水量不足水量月末水庫蓄水(106m3)平均蓄水(106m3)月平均水位(m)下游水位(m)水頭損失（m）平均水頭

28、(m)出力ni (kw)流量(m3/s)水量(萬m3)流量(m3/s)水量(萬m3)2月28.183月11.5811.5828.1828.18 68.6846.790.521.391857.72 4月13.3513.3528.1828.18 68.6846.860.521.322134.67 5月23.9917.266.73174446.5237.35 70.2947.050.522.742943.69 6月28.7917.2611.53298975.5161.02 75.1447.050.527.593571.53 7月4.146.632.4964569.0672.29 77.0846.56

29、0.530.021492.74 8月1.296.635.34138455.2262.14 75.3546.560.528.291406.72 9月24.2017.266.94179973.2164.22 75.7347.050.528.183647.90 10月7.987.9873.2173.21 77.2246.630.530.091800.89 11月1.426.635.21135059.7166.46 76.1346.560.529.071445.51 12月0.466.636.17159943.7251.72 73.2246.560.526.161300.81 1月0.886.635.

30、75149028.8236.27 70.1046.560.523.041145.66 2月6.376.620.256428.1828.50 68.7546.560.521.691076.91 平均1985.40 附表2 中水年出力計算（保證出力）時段 (月份)天然來水(m3/s)發(fā)電用水(m3/s )余水量不足水量月末水庫蓄水(106m3)平均蓄水(106m3)月平均水位(m)下游水位(m)水頭損失（m）平均水頭(m)出力ni (kw)流量(m3/s)水量(萬m3)流量(m3/s)水量(萬m3)2月28.183月6.826.8228.1828.18 68.6846.570.521.611105

31、.35 4月7.317.3128.1828.18 68.6846.600.521.581183.12 5月21.949.8712.07312959.4743.83 71.5446.720.524.321800.29 6月8.698.6959.4759.47 74.8446.670.527.671803.39 7月23.009.8713.13340393.576.49 77.7046.720.530.482256.28 8月5.806.780.9825490.9692.23 79.7446.570.532.671661.27 9月4.566.782.2257585.2188.09 79.2446

32、.570.532.171635.84 10月2.966.783.8299075.3180.26 78.2346.570.531.161584.49 11月1.506.785.28136961.6268.47 76.4746.570.529.41494.99 12月3.806.782.9877253.9057.76 74.4946.570.527.421394.31 1月1.166.785.62145739.3346.62 72.1246.570.525.051273.79 2月2.466.764.30111528.1833.76 69.6846.570.522.611146.33 平均值152

33、8.29 表3 潛漁站洪峰頻率計算表 年份洪峰峰值qi（m3/s）序號由大到小排列qi（m3/s）pm（%）pm（%）1922135013501.791954702111605.72195528427489.651956748370213.581957402465917.501958200558521.431959237651025.361960478750029.291961659848433.221962585947837.15196311601040941.0719644091140245.0019655101238748.9319662321330552.861967244142875

34、6.7919681671528460.7219693871624464.6419703051723868.5719715001823772.5019751081923276.4319734842020080.3619742872116784.2919751662216688.2119761192311992.1419772382410896.07均值417417cv0.65頻率p（%）第一次配線q均=417cv=0.65cs=3cv=2.0pkpqp13.613.35 1395.49 52.002.30 959.10 101.301.85 769.37 200.611.40 582.34 50

35、-0.310.80 332.97 75-0.710.54 224.55 90-0.8950.42 174.41 95-0.9490.38 159.77 99-0.9880.36 149.20 表4 潛漁站一天洪量頻率計算表 年份一天洪量qi（m3/s）序號由大到小排列qi（m3/s）模比系數(shù)kiki-1（ki-1）2p=m/(n+1)*100%195427.94155.62.8541.8543.4381419558.17252.52.6951.6952.87338195629.80343.72.2431.2431.545912195722.80429.81.5300.5300.28071619

36、588.72527.941.4340.4340.188620195911.13623.41.2010.2010.040524196015.70722.81.1700.1700.029028196152.50820.91.0730.0730.005332196243.70919.871.0200.0200.000436196355.601017.20.883-0.1170.013740196414.321116.160.830-0.1700.029044196515.621215.70.806-0.1940.03774819669.501315.620.802-0.1980.0393521967

37、11.821414.320.735-0.2650.07025619689.901511.820.607-0.3930.154660196920.901611.580.594-0.4060.164564197017.201711.130.571-0.4290.183768197123.40189.90.508-0.4920.24197219755.34199.50.488-0.5120.262576197319.87208.720.448-0.5520.305180197416.16218.290.426-0.5740.330084197511.58228.170.419-0.5810.3371

38、8819768.29237.610.391-0.6090.37139219777.61245.340.274-0.7260.526996總計467.57467.5724.003 0.000 11.4691 均值19.4819.48cv0.71頻率p（%）第一次配線q=19.48cv=0.71cs=3cv=2.1pkpqp13.663.60 70.10 52.002.42 47.14 101.291.92 37.32 200.591.42 27.64 50-0.320.77 15.05 75-0.710.50 9.66 90-0.8690.38 7.46 95-0.9110.35 6.88 99

39、-0.9190.35 6.77 表5 潛漁站三天洪量頻率計算表年份三天洪量qi（m3/s）序號由大到小排列qi（m3/s）模比系數(shù)kiki-1（ki-1）2p=m/(n+1)*100%195458.40186.62.6821.6822.82894195513.30279.12.4501.4502.10168195636.00358.41.8090.8090.653812195737.19449.21.5240.5240.274316195815.85542.851.3270.3270.107020195919.80639.051.2090.2090.043824196020.80737.191

40、.1520.1520.023028196179.108361.1150.1150.013232196249.20932.81.0160.0160.000236196386.601031.90.988-0.0120.000140196431.701131.80.985-0.0150.000244196524.401231.70.982-0.0180.000348196614.001324.40.756-0.2440.059752196719.001422.050.683-0.3170.100656196818.401520.80.644-0.3560.126660196932.801620.54

41、0.636-0.3640.132464197031.901719.950.618-0.3820.146068197131.801819.80.613-0.3870.149672197510.2019190.588-0.4120.169476197342.852018.40.570-0.4300.185080197439.052115.850.491-0.5090.259284197522.0522140.434-0.5660.320888197619.952313.30.412-0.5880.345992197720.542410.20.316-0.6840.468096總計774.88774.8823.998 0.00 8.5099 均值32.2932.29cv0.61頻率p（%）第一次配線q=32.29cv=0.61cs=3cv=1.8pkpqp13.503.14 101.23 51.982.21 71.29 101.321.81 58.29 200.641.39 44.90 50-0.280.83 26.77 75-0.720.56 18.11 90-0.940.43 13.77 95-1.020.38 12.20 99-1.090.34 10.82 表6 潛漁站七天洪量頻率計算表 年份七