工程水文課程設(shè)計(jì)

1、目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù) . 2二、流域與資料概況 . 2三、設(shè)計(jì)年徑流及其分配 . 6四、選擇水庫(kù)死水位 . 6五、選擇正常蓄水位 . 8六、裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量的計(jì)算 . 8七、設(shè)計(jì)洪水的推求 . 12八、洪水特征水位的計(jì)算和壩頂高程的確定 . 25一、設(shè)計(jì)任務(wù)在太湖流域的西苕溪支流西溪上，擬修建賦石水庫(kù)，因而要進(jìn)行水庫(kù)規(guī)劃的工程水文及水利計(jì)算，其具體任務(wù)是：1.設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算2.選擇水庫(kù)死水位3.選擇正常蓄水位4.計(jì)算保證出力，多年平均發(fā)電量和選擇裝機(jī)容量5.推求防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和校核標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線6.推求各種洪水特征水位和確定壩頂高程二、流域與資料概況1.流域和水庫(kù)自然地理簡(jiǎn)況

2、西苕溪為太湖流域一大水系，如圖1，流域面積為2260km2,發(fā)源于浙江省安吉縣天目山，干流全長(zhǎng) 150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不暢，易遭洪 澇災(zāi)害，又因流域攔蓄工程較少，灌溉水源不足，易受旱災(zāi)。圖1西苕溪流域水系及測(cè)站分布賦石水庫(kù)是一座防洪為主，結(jié)合發(fā)電、灌溉、航運(yùn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合利用水庫(kù)，位于安吉縣豐城以西十公里，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(rùn)，多年平均雨量孝豐站為1450mm，流域水系及測(cè)站分布見圖1。2.水文氣象資料情況在壩址下游1公里處設(shè)有潛水漁文站，自1954年開始觀測(cè)流量資料，通過(guò)頻率計(jì)算，得出各設(shè)計(jì)頻率的設(shè)計(jì)

3、年徑流量，選擇典型年，計(jì)算縮放比，成果見表1。典型年徑流過(guò)程見表2。表1設(shè)計(jì)年徑流量及典型年徑流量代表年設(shè)計(jì)頻率設(shè)計(jì)年徑流量m/s典型年典型年徑流量m/s縮放倍比枯水年P(guān)=85%5.5619735.351.039中水年P(guān)=50%7.519577.111.055豐水年P(guān)=15%10.3719679.951.042根據(jù)調(diào)查1922年9月1日在壩址福建發(fā)生了一場(chǎng)大洪水，潛漁站的洪峰流量是1350m3/s。這場(chǎng)洪水是最大的洪水，缺測(cè)年份無(wú)大于1160 m3/s的洪水發(fā)生。表2潛漁站設(shè)計(jì)年徑流過(guò)程月份345678910111212枯水典型年Q1418.619.51.315.210.060.040.411

4、.70.750.71.88中水典型年Q6.476.9320.88.2421.85.54.322.811.423.61.12.33豐水典 型年Q11.112.82327.63.971.2423.27.651.360.440.846.113.根據(jù)地區(qū)用電要求和電站的可能情況，發(fā)電要求為保證出力不能低于800千瓦，發(fā)電保證率為85%灌溉和航運(yùn)任務(wù)不大，均可利用發(fā)電尾水得到滿足。4.水庫(kù)水位曲線如表 3:表3水文容積曲線水位(m)485052556065容積(106m3)00.10.6)2.38.018.0水位(m)707580818283容積(10 6 m3)15.760.394.4102.8111

5、.3120.0) )水位(m)848586878889容積(10 6 m3)129.0138.61148.3158.8170.0181.5水位(m)9091容積(10 6 m3)194.5207.(05.水電站下游水位流量關(guān)系曲線如表4:表4水位流量關(guān)系曲線水位(m)4646.246.4P 46.646.84747.2流量(m3/s)013.67.311.916.220.56.根據(jù)實(shí)測(cè)泥沙資料得多年平均含沙量p =0.237kg/m3，泥沙干容重 丫 = 1650kg/m3 ,泥沙沉積率m=90%孔隙率p=0.3，推移質(zhì)與懸移質(zhì)淤積量之比值a =15%加安全值2m。7.本省生產(chǎn)的機(jī)型有 HL2

6、63-LJ-100（即混流式263型，主軸金屬鍋殼，轉(zhuǎn)輪直徑1米）， 單機(jī)容量為1250千瓦，適應(yīng)最小水頭為 16m。8.賦石水庫(kù)屬級(jí)建筑物，因此設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 1%校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為0.1%。水庫(kù) 下游保護(hù)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為 5%。9.賦石水庫(kù)原設(shè)計(jì)采用雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水，現(xiàn)采用流量資料來(lái)推求設(shè)計(jì)洪水，以作比較。歷年洪峰，一天洪量，三天洪量，七天洪量如表5所示。表5潛漁站洪峰及定時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)表年份洪峰Q24小時(shí)洪量Wd d三天洪量WW七天洪量Wd d195470227.9458.4019552848.1713.30195674829.836.00195740222.837.1952.4619582

7、008.7215.85221319.832.90196047815.720.833.20196165952.579.188.20196258543.749.253.101963116055.686.695.90196440914.3231.740.70196551015.6224.427.0019662329.51425.40196724411.821928.0019681679.918.435.50196938720.932.848.40197030517.231.935.60197150023.431.835.3019721085.3410.212.2319734

8、8419.8742.85197428716.1639.05197516611.5822.0519761198.2919.9519772387.6120.4510.典型洪水過(guò)程線如表 6表6典型洪水過(guò)程線（1963 ）時(shí)段（?t =1h）流量（m/s）時(shí)段（?t =1h）流量（m/s）時(shí)段（?t =1h）流量（m/s）063410606713017359506811827368646911838377607010341538660719752339617729263440470738574341370748285742306757997343260766510100442357755111304

9、522778431217146240794113230472538033142604826981361531749277824316335502868349173625129584531837352290855019350532638648203305427787472131555265884622305562528944232935724590432429358235914125445592249239265756021293372767561205943528805621929534299156318096333010006416197323110606515598313211306614

10、5993033116011.泄洪建筑物型式尺寸溢洪道：實(shí)用堰型，凈寬110m，堰頂高程 88.3m。泄洪洞：洞徑5m，進(jìn)口底高程48.5m。根據(jù)以上尺寸計(jì)算得泄流曲線如表7所示。表7泄洪建筑物泄洪曲線水位(m)808182838485流量(m 3/s)332336341347351354水位(m)868788899091流量(m 3/s)35836237048187414601設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算由表1，得出P=85%、P=50%、P=15%的年徑流量。表1設(shè)計(jì)年徑流量及典型年徑流量代表年設(shè)計(jì)頻率設(shè)計(jì)年徑流量mVs典型年典型年徑流量 mi/s縮放倍比枯水年P(guān)=85%5.5619735.351.0

11、39中水年P(guān)=50%7.519577.111.055豐水年P(guān)=15%10.3719679.951.0422設(shè)計(jì)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，結(jié)合表1和表2，并按設(shè)計(jì)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，得出設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配，整理為表8。具體計(jì)算公式為：Q設(shè)=Q典人縮放倍比表8潛漁站設(shè)計(jì)年徑流過(guò)程月份345678910111212枯水典型年Q1418.619.51.315.210.060.040.411.70.750.71.88枯水設(shè)計(jì)年Q14.5519.3320.261.365.410.060.040.431.770.780.731.95中水典型

12、年Q6.476.9320.88.2421.85.54.322.811.423.61.12.33中水設(shè)計(jì)年Q6.837.3121.948.6923.005.804.562.961.503.801.162.46豐水典型年Q11.112.82327.63.971.2423.27.651.360.440.846.11豐水設(shè)計(jì)年Q11.5713.3423.9728.764.141.2924.177.971.420.460.886.37四、選擇水庫(kù)死水位1繪出水庫(kù)水文容積曲線和水電站下游水位流量關(guān)系曲線。由表3和表4,繪出水庫(kù)水文容積曲線和水電站下游水位流量關(guān)系曲線，見圖2和圖3。水庫(kù)容積*圖2水庫(kù)水位容

13、積（Z-V）曲線圖3水位流量（Z-Q）關(guān)系曲線2.根據(jù)泥沙資料計(jì)算水庫(kù)淤積體積和水庫(kù)相應(yīng)的淤積高程。4 42 2 2 2 1111 流量dbdb (1 +PoWom +(1-P ) Y必塌：m3/年(1 - 0.3) X1650將 p =0.237kg/m3，丫 = 1650kg/m3, m=90%, p=0.3,a =15%代入得:0.237 X7.5 X90% X365 X24 X3600=50231.3m3/ 年T=50年，所以水庫(kù)的淤積體積為：V總=V沙 年 T = 50 X50233.3 m3 = 2.51 X106m3=(1 + 15%)得:h 淤=55.34 + 2 m = 57

14、.34 m則死水位為:h = 57.34 + 0.211m = 57.551 m3.根據(jù)水輪機(jī)的情況確定水庫(kù)的最低死水位已知豐水年流量為10.37m3/s，利用內(nèi)插法，根據(jù)水位流量關(guān)系曲線得出下游水位是46.73米，最小水頭為：h = 0.211 + 16 m = 16.211m則水庫(kù)的最低死水位為：h = 46.73 + 16.211 m = 62.941m4.綜合各方面情況確定水庫(kù)的最低死水位H=max （ h,h 淤）=62.961m五、選擇正常蓄水位根據(jù)地區(qū)用電要求和電站的可能情況，發(fā)電要求為保證出力不能低于800千瓦，發(fā)電保證率為85%，灌溉和航運(yùn)任務(wù)不大，均可利用發(fā)電尾水得到滿足。

15、因此，初步確定正常 蓄水位為79.9米，若通過(guò)水能計(jì)算之后還能滿足保證出力要求就作為確定的正常蓄水位。六、裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量的計(jì)算1.計(jì)算枯、中、豐水年各月的水流出力計(jì)算（1）興利庫(kù)容與死庫(kù)容的計(jì)算Z 死=62.961mZ 正常=79.9m根據(jù)水庫(kù)水位容積曲線查出V死=13.9*10 6m3V正常=94.3*10 6m3V 興“正常-V 死=94.3*10 6-13.9*10 6=80.4 *10 6m3=30.61 m 3/s* 月V 死=5.29 m 3/s* 月由水位流量關(guān)系曲線（圖 3）得出流量對(duì)應(yīng)的水位高度。將相應(yīng)的水位減去HF=0.5即為凈水頭h凈，則由公式N=AQH凈得出相

16、應(yīng)的出力 N。具體計(jì)算結(jié)果如表 9。其各個(gè)時(shí)期 的平均出力就是該時(shí)期的保證出力。（2 ）豐、中、枯水年水能計(jì)算與各月水流出力計(jì)算步驟：a.用試算法計(jì)算各月的發(fā)電用水；b.由余缺水量和死庫(kù)容計(jì)算水庫(kù)各月末水庫(kù)蓄水，其時(shí)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位。C.由發(fā)電用水查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位。d.用上游水位減去下游水位，減去預(yù)留水頭損失，得水頭。e.根據(jù)公式：出力 N=AQH凈求得各月出力，其中 A=7.5。計(jì)算各設(shè)計(jì)年的出力過(guò)程和發(fā)電量過(guò)程，列為表 9。表9枯水年水能計(jì)算余水量不足水量時(shí) 段(月 份)天然來(lái)水(m3/s)發(fā)電 用水(m3/ s )流量(m3/

17、s)水量(百萬(wàn)用)流量(m3/s)水量(百萬(wàn)m)月末 水庫(kù) 蓄水 (百萬(wàn)m)平均蓄水 (百萬(wàn)用)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)2月13.93月14.557.846.7117.6231.5222.7167.0846.630.519.951173.054月19.337.8411.4930.1861.7046.6173.5146.630.526.381551.215月20.267.8512.4132.6094.3078.0077.2746.630.530.141774.756月1.364.713.358.8085.5089.9078.7246.480.531

18、.741121.337月5.415.4185.5085.5078.1746.520.531.151263.738月0.064.724.6612.2473.2679.3877.4346.480.530.451078.009月0.044.724.6812.2960.9767.1176.0746.480.529.081029.6010月0.434.724.2911.2749.7055.3374.7246.480.527.74982.0711月1.774.712.947.7241.9845.8473.3946.480.526.41932.7612月0.784.723.9410.3531.6336.80

19、71.6246.480.524.64872.351月0.734.723.9910.4821.1526.3968.5546.480.521.57763.492月1.954.712.767.2513.917.5264.5646.480.517.58621.02合計(jì)66.6713163.37均 值5.5561096.95取設(shè)計(jì)枯水年供水期的平均出力為保證出力，則該水庫(kù)的保證出力為：N平均=(1173.05 + 1551.21+ 1774.75)/3=1499.67kW圖4枯水年出力歷時(shí)曲線表10中水年水能計(jì)算余水量不足水量時(shí) 段(月 份)天然來(lái)水(m3/s)發(fā)電用水(m3/s )流量(m3/s)水量

20、(百萬(wàn)用)流量(m3/s)水量(百萬(wàn)m)月末 水庫(kù) 蓄水 (百萬(wàn)m)平均蓄水 (百萬(wàn)用)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)2月13.93月6.837.450.621.6312.2713.0961.9246.620.514.80827.084月7.317.450.140.3711.9012.0961.2546.620.514.14789.925月21.947.6714.2737.4849.3830.6469.9846.620.522.851314.696月8.697.671.022.6852.0650.7274.1246.620.527.001553.007

21、月237.6815.3240.2492.3072.1876.6246.620.529.501699.038月5.87.451.654.3387.9790.1478.7546.620.531.641767.879月4.567.442.887.5680.4084.1978.0146.610.530.891723.7410月2.967.444.4811.7768.6474.5276.8846.610.529.771660.9011月1.57.445.9415.6053.0460.8475.3746.610.528.261576.7812月3.87.443.649.5643.4848.2673.764

22、6.610.526.651487.021月1.167.446.2816.4926.9835.2371.2446.610.524.131346.412月2.467.444.9813.0813.920.4466.0546.610.518.931056.34合計(jì)90.0116802.77均 值7.5011400.23表11豐水年水能計(jì)算余水量不足水量時(shí) 段(月 份)天然來(lái)水(m3/s)發(fā)電用水(m3/s )流量(m3/s)水量(百萬(wàn)m)流量(m3/s)水量(百萬(wàn)m)月末 水庫(kù) 蓄水 (百萬(wàn)m)平均蓄水 (百萬(wàn)用)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)2月13.93月

23、11.5711.5713.913.962.4446.740.515.201319.134月13.3411.821.523.9917.8915.9063.6546.740.516.401454.145月23.9711.8212.1531.9149.8133.8570.8946.740.523.642096.076月28.7611.8216.9444.4994.3072.0576.6146.740.529.362602.887月4.147.523.388.8885.4289.8678.7246.620.531.601782.328月1.297.526.2316.3669.0677.2477.194

24、6.620.530.071695.909月24.1724.1769.0669.0676.2847.760.528.025079.2710月7.977.9769.0669.0676.2846.630.529.141742.1011月1.427.526.116.0253.0461.0575.4046.620.528.281594.9012月0.467.527.0618.5434.4943.7673.0346.620.525.921461.721月0.887.526.6417.4417.0525.7768.3246.620.521.201195.742月6.377.521.153.0214.0315

25、.5463.4446.620.516.32920.62合計(jì)124.322944.80均值10.41912.072.多年平均年發(fā)電量及裝機(jī)容量的確定枯水年年平均出力為 2= 1096.95 (KW)豐水年年平均出力為 N2=1912.07 (KW)中水年年平均出力為 N3=1400.23 (KW)則多年平均年發(fā)電量為E= ( N1+N2+N3 ) /3 X 365 X 24=(1096.95+1912.07+1400.23)/3X 365 X 24=1.288 X 10 7kWh裝機(jī)容量為 N 裝=1.288 X 107/3440=3742.7(KW)七、 設(shè)計(jì)洪水的推求本水庫(kù)為大(2)型書庫(kù)，

26、工程等別為n級(jí)建筑物，永久性水工建筑為級(jí)別為2級(jí)。下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)為5%,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為1%,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為0.1%。需要推求5%、1%、0.1% 的洪水過(guò)程線。1按年最大值選樣方法在實(shí)測(cè)資料中選取年最大洪峰流量及各歷時(shí)洪量，根據(jù)洪水特性和防洪計(jì)算要求，確定設(shè)計(jì)歷時(shí)為七天，控制歷時(shí)為一天和三天，因而可得洪峰和各歷時(shí)的 洪量系列。2.相關(guān)分析方法延長(zhǎng)插補(bǔ)因七天洪量只有19571972年，所以可以用相關(guān)分析方法延長(zhǎng)插補(bǔ)。(用三天洪量與七天洪量進(jìn)行相關(guān)分析)具體數(shù)據(jù)計(jì)算詳見表，數(shù)據(jù)處理使用Excel表格計(jì)算。(1)均值-522.74 X(2)16均方差332.67m /sY 型仝 41.63m3/s1

27、6(3)相關(guān)系數(shù)(4)回歸系數(shù)n(Kxii 11)2n 1n (Kyii 11)232.676.804516 122.00(Kxi1)(Kyi 1)(Kx 1)i 1n2 (Kyii 141.63T3175.323022.480.9761)268045 4.3737表12二天洪量與七天洪量相關(guān)計(jì)算表年份Wd dWd dKxKyKx-1Ky-1(Kx-1) 2(Ky-1) 2(Kx-1)(Ky-1)195737.1952.461.138 1 .2600.1380.2600.01910.06770.0360195815.8522.150.485 0.532 -0.5i15-0.4680.26510

28、.21890.2409195919.832.90.606 0.790 -0.3194-0.2100.15520.04400.0826196020.833.20.637 0.798 -0.3163-0.2020.13200.04100.0736196179.188.22.421 2 .1191.4211.1192.01951.25171.5899196249.253.11.506 1 .2760.5060.2760.25590.07600.1394196386.695.92.651 2 .3041.6511.3042.72461.69982.1521196431.740.70.970 0.978

29、 -0.()30-0.0220.00090.00050.0007196524.4270.747 0.649 -0.2!53-0.3510.06410.12350.089019661425.40.429 0.610 -0.5i71-0.3900.32660.15200.2228196719280.582 0.673 -0.418-0.3270.17510.10720.1370196818.435.50.563 0.853 -0.437-0.1470.19080.02170.0643196932.848.41.004 1 .1630.0040.1630.00000.02650.0006197031

30、.935.60.976 0.855 -0.()24-0.1450.00060.02100.0034197131.835.30.973 0.848 -0.()27-0.1520.00070.02310.0041197210.212.230.312 0.294 -0.688-0.7060.47310.49870.4857合計(jì)522.74666.0416160.0000.0006.804.375.3220計(jì)算數(shù)據(jù)處理如下:N=1977-1922+1=56a=2PM1=1/(56+1)=0.0178n=1977-1954+1=24l=1PM2=2/(56+1)=0.35122.48Ry/x r x 0

31、.9760.997y22（5） Y倚X的回歸方程y yRy/x(x x) y0.997 (x x) y代入得:y 0.997x 9.048根據(jù)得出的回歸方程， 代入已知的三天洪量求出缺少的七天的洪量值，具體數(shù)據(jù)見表13。表13洪峰及定時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)表年份19541955195619731974197519761977三天洪量W3（ 106m3）58.413.33642.8539.0522.0519.9520.54七天洪量 W7（ 106m3）67.2722.3144.9451.7747.9831.0328.9429.443對(duì)洪峰和各時(shí)段洪量系列進(jìn)行頻率計(jì)算，（洪峰頻率計(jì)算時(shí)要考慮特大鎮(zhèn)處理）從而

32、可得各設(shè)計(jì)頻率的洪峰和洪量值。（1）洪峰頻率系列計(jì)算（含特大值處理）將洪峰進(jìn)行排序并計(jì)算：Pm= PM,2+(1- PM,2) (m-1)/(24-1+1)計(jì)算結(jié)果如表14 :表14洪水系列理論頻率計(jì)算表序號(hào)Mm年份洪峰QmP（ %）1192213501.82196311603.5119567487.52195470211.53196165915.64196258519.6肓 Qj=1350+1160=2510 m 3/sN-an-l使用P-m曲線將流量頻率配線，令5196551023.66197150027.67197348431.78196047835.79196440939.710195740243.711196938747.712197030551.813197428755.814195528459.815196724463.816197723867.817195923771.918196623275.919195820079.920196816783.921197516687.922197611992.023197210896.0將三天洪量 W3d和七天洪