水庫設(shè)計(jì)洪水工程水文學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、.水文學(xué)課程設(shè)計(jì)課程名稱：工程水文學(xué)題目：陂下水庫設(shè)計(jì)洪水學(xué)院： 土木工程系： 水利水電與港口工程專業(yè)：水利水電工程班級(jí)：2012 級(jí)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：起訖日期：2014.06.23 2014.06.27指導(dǎo)教師：職稱：高工二O一四年六月word 專業(yè)資料.目錄第1章基本資料11. 111. 21第2章設(shè)計(jì)要點(diǎn)32. 132. 232. 332. 41 12. 51 12. 61 12. 71 3第3章設(shè)計(jì)成果18第 4 章 成果合理性分析19附錄20word 專業(yè)資料.第1章基本資料1.1工程概況1.1.1水庫概況陂下水庫位于省長汀縣四都鄉(xiāng)，與省毗鄰。壩址位于汀江支流濯田河的小支流陂下河上。濯

2、田河水力資源豐富， 經(jīng)流域規(guī)劃，提出水力發(fā)電四級(jí)開發(fā)方案，陂下水庫為一級(jí)龍頭水庫。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，總庫容初估約為50006000萬 m 3 ，屬中型水庫，裝機(jī)容量5000kW左右，屬小型電站。水工建筑物為三級(jí)建筑物，大壩為砌石壩。1.1.2流域概況陂下水庫壩址以上流域面積166 km 2，流域?yàn)樯角饏^(qū)，平均高度500 m ，主河長 30 4 km ，主河道平均比降7 82 。流域植被良好，土壤以紅壤土為主。流域雨量豐沛，多年平均降雨量1617 5 mm ，主要集中在四 九月，其中四 六月份以鋒面雨為主，七 九月份以臺(tái)風(fēng)雨為主。流域多年平均徑流深981 mm ，多年平均陸面蒸發(fā)量636 5

3、mm ，多年平均水面蒸發(fā)量990 mm 。1.2 設(shè)計(jì)資料1.2.1資料概況陂下水庫壩址處無實(shí)測(cè)流量資料， 流域也無實(shí)測(cè)雨量資料。 壩址下游約 1 km處有四都雨量站，具有19561975年實(shí)測(cè)降雨系列。陂下河1973 年 5 月 31日發(fā)生過一場(chǎng)特大暴雨，四都站實(shí)測(cè)最大一日雨量332 5 mm，經(jīng)調(diào)查，重現(xiàn)期約為 80100年。流域附近有觀音橋、官莊、上杭、桃溪、家坊水文站及長汀、新橋、鐵長、庵杰、四都、濯田等雨量站。資料情況見表1 。其它資料：水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)， 省水文手冊(cè)、 地區(qū)簡(jiǎn)易水文手冊(cè)、地區(qū)水文圖集。1.2.2設(shè)計(jì)資料1 各水文站站有關(guān)資料年限統(tǒng)計(jì)表，見表1 。2. 暴

4、雨資料長汀、四都、濯田站實(shí)測(cè)短歷時(shí)暴雨資料，見表2 。word 專業(yè)資料.3.省暴雨點(diǎn) 面折算關(guān)系，見表3 。4. 省設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配，見表 4 。5. 省次暴雨強(qiáng)度 i次 和損失參數(shù)關(guān)系，見表 5 。6. 降雨歷時(shí)等于 24 小時(shí)的徑流系數(shù)值表，見表 6 。7. 省匯流參數(shù) m 經(jīng)驗(yàn)公式，見表 7。8. 匯流參數(shù) m 值查用表，見表 8 。9.省 24h 暴雨洪水概化過程線系數(shù)表，見表9 。10.省市和省市部分水文站洪峰流量分析成果表，見表10 。第2章設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工程規(guī)模確定設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。該水庫為三級(jí)建筑物，大壩為砌石壩，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇

5、，校核標(biāo)準(zhǔn)為500 年一遇。2.2確定流域參數(shù)根據(jù)萬分之一地形圖，壩址以上集水面積F 為 166 km 2，主河道長度 L 為30.4km ，主河道河底比降為7.83 。2.3設(shè)計(jì)暴雨2.3.1暴雨遞減指數(shù) n2根據(jù)長汀雨量站各種歷時(shí) T=3h 、6h 、12h 、24h 實(shí)測(cè)最大雨量系列進(jìn)行頻率分析，其中 1966 年暴雨可以認(rèn)為是 1936 年以來最大。求出 P=0.2% ，1% ， 2% ，10% ，20% 設(shè)計(jì)雨量 H T ,P ，并化為降雨強(qiáng)度 iT ,P ，在雙對(duì)數(shù)紙上點(diǎn)繪 T 和 iT ,P 關(guān)系，并圖解出暴雨遞減指數(shù) n2 。word 專業(yè)資料.表 2-1長汀 3h 降雨量經(jīng)驗(yàn)

6、頻率成果表序號(hào)降水量（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）序號(hào)降水量經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）（ mm ）1154.42.41150.152.4295.59.51250.157.1364.114.31347.961.9463.419.01446.566.755723.81545.471.4656.528.61643.376.2755.933.31741.881.0853.738.11841.185.7952.242.91939.690.51051.347.62024.995.2經(jīng)計(jì)算， Ex =54.2mmCv=0.39調(diào)整后得：word 專業(yè)資料.圖 2-1表 2-2長汀 6h降雨量經(jīng)驗(yàn)頻率成果表序號(hào)降水量

7、（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）序號(hào)降水量（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率 (%)1174.72.4116052.421309.51259.557.1396.914.31358.561.9496.619.01456.266.7579.223.81552.971.4678.128.61652.576.2764.233.31751.281.0word 專業(yè)資料.864.138.11849.385.7962.242.91946.490.51060.647.62037.595.2經(jīng)計(jì)算， Ex =68.8mmCv=0.4調(diào)整后得：圖 2-2表 2-3長汀 12h降雨量經(jīng)驗(yàn)頻率成果表序號(hào)降水量經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）序號(hào)降

8、水量（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）（ mm ）1178.82.41975.552.8word 專業(yè)資料.2141.75.62074.655.63129.88.32174.158.34113.711.12273.261.15111.113.92369.163.96106.616.72467.566.77106.419.42565.569.4810022.22662.672.2998.525.02759.375.01097.227.82858.777.81195.630.62957.780.61292.533.33057.483.31389.836.13153.386.11489.438.9325

9、3.288.91585.841.73352.791.71683.544.43451.794.41777.447.23551.597.21877.150.0經(jīng)計(jì)算， Ex =83.4mmCv=0.33調(diào)整后得：word 專業(yè)資料.圖 2-3表 2-4長汀 24h降雨量經(jīng)驗(yàn)頻率成果表序號(hào)降水量經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）序號(hào)降水量（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）（ mm ）1219.62.420102.451.32167.75.121101.853.83148.27.722100.756.4414410.32395.459.0512.82495.161.56.915.42593.664.1word 專業(yè)資料.

10、7137.317.92690.466.78133.620.5278969.2912223.12886.671.810116.825.62984.974.411115.828.23079.576.912113.730.83176.779.513112.833.33270.382.114112.535.93369.984.615112.338.53466.287.216108.541.03561.189.717104.343.63659.592.318103.446.23758.394.919102.748.73856.997.4經(jīng)計(jì)算， Ex =104.9mmCv=0.31調(diào)整后得：word 專

11、業(yè)資料.圖 2-4表 2-5長汀設(shè)計(jì)雨量成果表（mm ）P(%)0.2121020CvCs/CvT(h)3214.66164.7142.4192.671.520.513.56229.92.26158.86109.1587.720.503.512240.2195.08175.28127.84106.290.383.524264.67221.1201.7154.11131.680.344.0表 2-6P=0.2%長汀降雨強(qiáng)度表T（ h ）設(shè)計(jì)雨量（ mm ）降雨強(qiáng)度 (mm/h)word 專業(yè)資料.3214.6671.566229.9238.3212240.220.0124264.6711.03表

12、 2-7P=1% 長汀降雨強(qiáng)度表T(h)設(shè)計(jì)雨量（ mm ）降雨強(qiáng)度（ mm/h）3164.754.96.2630.0412195.0816.2624221.19.21表 2-8P=2% 長汀降雨強(qiáng)度表T(h)設(shè)計(jì)雨量（ mm ）降雨強(qiáng)度（ mm/h）3142.4147.476158.8626.4812175.2814.6124201.78.40表 2-9P=10%長汀降雨強(qiáng)度表word 專業(yè)資料.T(h)設(shè)計(jì)雨量（ mm ）降雨強(qiáng)度（ mm/h）396.630.876109.1518.1912127.8410.6524154.116.42表 2-10P=20% 長汀降雨強(qiáng)度表T(h)設(shè)計(jì)雨量

13、（ mm ）降雨強(qiáng)度（ mm/h）371.5223.84687.7214.6212106.298.8624131.685.49圖 2-5根據(jù)長汀站降雨強(qiáng)度與時(shí)間對(duì)數(shù)關(guān)系曲線，見圖 2-5 ，解出暴雨遞減指數(shù) n2并求其平均值， n2n2 / 5 0.82 為最終的暴雨遞減指數(shù)。word 專業(yè)資料.2.3.2四都站 24h 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算根據(jù)四都站實(shí)測(cè)日最大雨量進(jìn)行頻率分析，其中 1973 年暴雨須作特大值處理，求出設(shè)計(jì)日雨量，再按經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：H 24,P1.14H 日,P ，換算為 24h 設(shè)計(jì)雨量。表 2-11四都最大一日降水量經(jīng)驗(yàn)頻率成果表序號(hào)降水量（ mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）序號(hào)降水量（

14、mm ）經(jīng)驗(yàn)頻率（ % ）1332.51.0118952.42171.89.5128657.13130.114.31384.261.94121.219.01483.866.75118.923.81583.471.46110.428.61677.376.27108.233.31774.681.08108.238.11865.185.7993.442.91955.290.5109047.62054.395.2經(jīng)計(jì)算， ,Ex=97.4mmCv=0.37調(diào)整后得：word 專業(yè)資料.圖 2-6表 2-12四都 24h 設(shè)計(jì)暴雨單 位 ：mm頻率雨0.2%2%量設(shè)計(jì)日雨量435.29274.5924h

15、 設(shè)計(jì)雨量496.23313.032.3.3設(shè)計(jì)雨力 SP當(dāng) P=2% 時(shí)，根據(jù)公式求出設(shè)計(jì)雨力SPH 24,P24 n2 1 =175.68mm 。當(dāng)P=0.2% 時(shí)， SP H 24 ,P24n2 1 為 278.46mm。2.3.4求各種歷時(shí)設(shè)計(jì)雨量利用暴雨公式： H t ,PH 24 ,P 24n2 1t 1n 2（ 1h t24h ）推求 1h 、3h 、word 專業(yè)資料.6h 、24h 設(shè)計(jì)雨量。表 2-13P=2% 時(shí)各種歷時(shí)設(shè)計(jì)雨量表T（ h ）13624H t,p (mm)175.67214.49239.02303.34表 2-14P=0.2% 時(shí)各種歷時(shí)設(shè)計(jì)雨量表T（ h

16、 ）13624H t,p (mm)278.41340.02378.90480.862.3.5 陂下水庫壩址以上流域面平均設(shè)計(jì)雨量及時(shí)程分配直接移用四都站設(shè)計(jì)雨量， 按省暴雨點(diǎn) 面折算關(guān)系求陂下水庫各種歷時(shí)流域設(shè)計(jì)面平均雨量。按省水文手冊(cè)中 24h 設(shè)計(jì)暴雨典型分配推求設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配（表3）。查表并由插法算得：表 2-15陂下水庫壩址以上流域點(diǎn) 面折算系數(shù)成果表T（h ）13624折算系數(shù)0.8130.8490.8900.948表 2-16P=2% 時(shí)設(shè)計(jì)面平均雨量表T（h ）13624設(shè)計(jì)面平均雨量142.81182.10212.73287.56(mm)表 2-17設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配表 （ p

17、=2%)（ mm ）日程最大 24 小時(shí)word 專業(yè)資料.時(shí)段歷時(shí)662136占H1%100占（ H3-H 1）%100占（ H6-H 3）%100占（ H24-H 6）%204238設(shè)計(jì)暴雨過程15.9731.4339.292142.8130.62828.44表 2-18P=0.2% 時(shí)設(shè)計(jì)面平均雨量表T（ h ）13624設(shè)計(jì)面平均雨量226.39288.68337.22455.86(mm)表 2-19P=0.2%時(shí)暴雨時(shí)程分配表(mm)日程最大 24 小時(shí)時(shí)段歷時(shí)662136占H1%100占（ H3-H 1）%100占（ H6-H 3）%100占（ H24-H 6）%204238設(shè)計(jì)暴

18、雨過程23.72749.82662.288226.38748.54645.082.3.6求設(shè)計(jì)凈雨過程按省水文手冊(cè)規(guī)定， 24h 設(shè)計(jì)暴雨不扣損， 直接將設(shè)計(jì)暴雨過程作為設(shè)計(jì)凈雨過程word 專業(yè)資料.2.4損失參數(shù)P=2% 時(shí) ，i 次=H 24,p /24=11.98mm/h，查表并由插法算得， =4.29mm/hP=0.2 時(shí)， i 次= H 24,p /24=18.99mm/h，查表并由插法算得， =6.16mm/h2.5匯流參數(shù) m1按省水文手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：m L / J 3 推求。主河道長度 L=30.4km ，主河道河底比降 J=7.83 。 L/J 1/3 =153.16，查表并

19、由插法算得， m=1.292.6設(shè)計(jì)洪峰流量推求用推理公式計(jì)算：當(dāng) tC時(shí)：QmP0.278(SP)Fn -0.278L11mJ 3 QmP4當(dāng) tC時(shí)：QmP0.278( nSP tC1 n )F0.278L11mJ 3 QmP41t C(1 - n )S Pn采用試算法，試算法步驟如下： 由（ D）式計(jì)算 t C 。 假定一個(gè) QmP ，代入（ B）式計(jì)算出。 計(jì)算 QmP'（ 1）當(dāng) t C時(shí)：由（ A1）式計(jì)算 QmP' 。（ 2）當(dāng)t C時(shí)：由（ A2）式計(jì)算 QmP' 。 比較 QmP'和 QmP ，（ 1）當(dāng) QmP'QmP， QmP

20、9;即為所求；（ 2）當(dāng) QmP'QmP，將 QmP'QmP ，返回 。式中 為誤差標(biāo)準(zhǔn)。試算法：1word 專業(yè)資料tc(1n2 ) SP n2(A1)(B)(A2)(B)(D).P=0.2% 時(shí)=10.22h表 2-20P=0.2% 設(shè)計(jì)洪峰流量試算表Qmp( m 3 /s ）TcQ mp (m 3/s255010.224.662689260010.224.642701265010.224.612713270010.224.592724271010.224.592726272010.224.582729273010.224.582731274010.224.58273327

21、5010.224.572735取校核洪峰流量 Q mp =2730m3/s=4.581P=2% 時(shí) t c ( 1n2 ) SP n2=9.05h表 2-21P=2% 時(shí)試算成果表Qmp( m 3 /sTcQmp (m 3/s ）14009.055.41146114109.055.40146314209.055.39146614309.055.38146814409.055.37147114509.055.371473word 專業(yè)資料.14609.055.36147514709.055.35147814809.055.34148014909.055.33148215009.055.32148

22、5取設(shè)計(jì)洪峰流量 Q mp =1480m 3/s=5.342.7設(shè)計(jì)洪水過程線2.7.1分割時(shí)段地表徑流和地下徑流記時(shí)段凈雨為 Ri，時(shí)段地表凈雨為RSi ，時(shí)段地下凈雨為 Rgi 。當(dāng) Ri > ：Rgi, RSiRiRgi當(dāng) Ri： RgiRi, RSi0地表凈雨RSRSi（mm ）地下凈雨RgRgi（mm ）表 2-22P=2%時(shí)時(shí)段地表和地下凈雨量表時(shí)段歷時(shí)（ h ）662136Rgi (mm)15.9725.748.584.2912.8725.74Rsi（ mm ）05.6930.71.5217.762.70地表凈雨RSRSi=195.38mm地下凈雨RgRgi=93.19mm

23、表 2-23P=0.2%時(shí)時(shí)段地表和地下凈雨量表時(shí)段歷時(shí)（ h ）662136Rgi (mm)23.7336.9612.326.1618.4836.96Rsi（ mm ）012.8749.97220.2330.078.12地表凈雨RSRSi=321.25mm地下凈雨RgRgi=134.61mm2.7.2 計(jì)算設(shè)計(jì)洪量當(dāng) P=2% 時(shí)，根據(jù)公式算得word 專業(yè)資料.地表洪量WS1000 RS F =32433080m3地下洪量Wg1000 Rg F =15469540m3P=0.2% 時(shí)，根據(jù)公式算得地表洪量WS1000RS F =53327002m地下洪量Wg1000Rg F =223447

24、62m332.7.3地表洪水過程線采用省概化洪水過程線推求。 先計(jì)算洪水形狀系數(shù)WS，式中，T 3600QmSQmSQmP ，T 為地表洪水過程線的底寬，24h 設(shè)計(jì)雨量固定為50h ，然后根據(jù)值查 t Qt % 關(guān)系表（見表 9 ），乘以地表洪峰流量即得設(shè)計(jì)地表洪水過程線Qm（表 9）。P=2% 時(shí)，WS=0.12P=0.2% 時(shí)，WS= 0.11T 3600QmS T 3600QmS表 2-24設(shè)計(jì) / 校核洪水過程線表t(h)p=2%Qt(m 3 /s Qm(m 3 / Qt+QmP=0.2%Qt(m 3/s Qm(m 3 /Qt+Q)s)s)mQt/Qm(%)(m 3/s)Qt/Qm(

25、%)(m 3/s)00000000032.33453926377065.88610965.21581517377.2107121196.41971721488.6127141417.723520255910.114915165927622298word 專業(yè)資料.1011.81751719210.5322253471113.72031922212.4374274011216.32412126214.7445304751319.62902231217.8535325671428.24172444125.8770358051546.46872671343.1126737130415.572.810

26、7727110469.31987382026161001480281508100273040277016.581.8121128123979.822334122741767.299529102464.318354218771844.66603169141.112184512621934.15053353731931479782027.44063444024.7748507982122.83373637420.5622526752219.62903832817.5535555902317.12534029315.1467575242414.72184125912.9401604612512.81

27、894323211.1349624122611163452079.630065365304.262521143.411574189351.62460841.24487131400.91369820.82599124word 專業(yè)資料450.35005152535455565758596061626364656667686970477820868684848383818179797777767674747272707069696767656564646262606058585757555553535252.0.2081121200124124122122119119117117114114112

28、11210910910710710410410210299999797949492928989878784848282797977777474word 專業(yè)資料.715050727272484870707346466767744545656575434362627641416060774040575778383855557936365252803434505081333347478231314545832929424284282840408526263737862424353587222232328821213030891919272790171725259115152222921414202

29、0word 專業(yè)資料.9312121717941010151595991212967710109755779833559922221000000圖 2-7設(shè)計(jì)洪水地表過程線圖 2-8校核洪水地表過程線2.7.4地下洪水過程線word 專業(yè)資料.地下洪水過程線概化為等腰三角形，底寬是地表洪水過程線底寬的兩倍，洪峰流量 QmgWg，T 為地表洪水過程線的底寬。T3600P=2% 時(shí) ，QmgWg=86m3 /sP=0.2% 時(shí)，QmgWg=124m3 /sT 3600T 3600圖 2-9地下洪水過程線2.7.5 設(shè)計(jì)洪水過程線將地下洪水過程線的洪峰流量置于地表洪水過程線的終止點(diǎn)， 起漲點(diǎn)和地表洪

30、水過程線的起漲點(diǎn)重合， 中間過程按直線插， 然后同時(shí)刻地表流量和地下流量疊加即得設(shè)計(jì)洪水過程線。圖 2-10設(shè)計(jì)洪水過程線word 專業(yè)資料.圖 2-11校核洪水過程線第3 章 設(shè)計(jì)成果表 3-1設(shè)計(jì)成果表暴雨遞減四都站設(shè)計(jì)雨力損失參數(shù)匯流參數(shù)設(shè)計(jì)洪峰指數(shù) n 224h 設(shè)計(jì)Sp(mm)(mm/h)m流量雨量 H 24,pQmp(m3/（ mm ）s)設(shè)計(jì)0.82313.03274.594.291.291480校核0.82496.23435.296.161.292730地表凈雨地下凈雨地表洪量地下洪量洪水形狀地下洪峰Rs(mm)Rg(mm)Ws(m 3 )Wg(m 3)系數(shù)流量Qmg(m3/s

31、)設(shè)計(jì)195.3893.1932433080154695400.1286校核321.25134.6153327002223447620.11124word 專業(yè)資料.word 專業(yè)資料.第 4 章成果合理性分析根據(jù)省及省市部分小流域?qū)崪y(cè)洪水頻率計(jì)算成果分析論證陂下水庫設(shè)計(jì)洪水的合理性和可靠性。設(shè)面積為取對(duì)數(shù)為x，洪峰流量取對(duì)數(shù)為y表 4-1成果合理性分析成果表F(km 2)Qm(m 3 /s)log Flog Qm37713302.583.1252716202.723.2174127202.873.43588865003.773.8179226202.903.422809802.452.9931.52571.502.41word 專業(yè)資料.19210602.283.0365429402.823.4764222202.81