洪水調(diào)節(jié)設(shè)計試算法和半圖解法模板帶試算C語言程序

1、洪水調(diào)節(jié)課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計目的1. 洪水調(diào)節(jié)目的：定量地找出入庫洪水、下泄洪水、攔蓄洪水的庫容、水庫水位的變化、泄洪建筑物型式和尺寸間的關(guān)系，為確定水庫的有關(guān)參數(shù)和泄洪建筑型式選擇、尺寸確定提供依據(jù)；2. 掌握列表試算法和半圖解法的基本原理、方法、步驟及各自的特點；3. 了解工程設(shè)計所需洪水調(diào)節(jié)計算要解決的課題；培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。二、 設(shè)計基本資料1. 某水利樞紐工程以發(fā)電為主，兼有防洪、供水、養(yǎng)殖等綜合效益，電站裝機為5000KW，年發(fā)電量1372×104 kw·h，水庫庫容0.55億m3。擋水建筑物為混凝土面板壩，最大壩高84.80m。溢洪道堰頂高

2、程519.00m，采用2孔8m×6m（寬×高）的弧形門控制。水庫正常蓄水位525.00m。電站發(fā)電引用流量為10 m3/s。2. 本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期間洪水來臨時，先用閘門控制下泄流量q并使其等于洪水來水量Q，使水庫水位保持在防洪限制水位不變；當洪水來水量Q繼續(xù)增大時，閘門逐漸打開；當閘門達到全開后，就不再用閘門控制，下泄流量q隨水庫水位z的升高而增大，流態(tài)為自由流態(tài)，情況與無閘門控制一樣。3. 上游防洪限制水位524.8m（注：X=524.5+學號最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游無防汛要求。三、 設(shè)計任務(wù)及步驟分別對設(shè)計洪水標準、校核洪水

3、標準，按照上述擬定的泄洪建筑物的類型、尺寸和水庫運用方式，分別采用列表試算法和半圖解法推求水庫下泄流量過程，以及相應的庫容、水位變化過程。具體步驟：1. 根據(jù)工程規(guī)模和建筑物的等級，確定相應的洪水標準；2. 用列表試算法進行調(diào)洪演算： 根據(jù)已知水庫水位容積關(guān)系曲線VZ和泄洪建筑物方案，用水力學公式求出下泄流量與庫容關(guān)系曲線qZ，并將VZ，qZ繪制在圖上； 決定開始計算時刻和此時的q1、V1，然后列表試算，試算過程中，對每一時段的q2、V2進行試算； 將計算結(jié)果繪成曲線：Qt、qt在一張圖上，Zt曲線繪制在下方。3. 用半圖解法進行調(diào)洪計算： 繪制三條曲線：，； 進行圖解計算，將結(jié)果列成表格。4

4、. 比較分析試算法和半圖解法調(diào)洪計算的成果。四、 時間安排和要求1. 設(shè)計時間為1周；2. 成果要求： 設(shè)計說明書編寫要求條理清楚、附圖繪制標準； 列表試算法要求采用手工計算，熟悉過程后可編程計算，如采用編程計算需提供程序清單及相應說明； 設(shè)計成果請獨立完成，如有雷同則二者皆取消成績，另提交成果時抽查質(zhì)詢。五、 參考書3. 水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL252-2000)4. 水利水能規(guī)劃附錄：一、 堰頂溢流公式式中：q通過溢流孔口的下泄流量，m3/s； n溢流孔孔口數(shù)；b溢流孔單孔凈寬，m ；g重力加速度，9.81m/s2；閘墩側(cè)收縮系數(shù)，與墩頭形式有關(guān)，初步計算可假設(shè)為0.92； m

5、流量系數(shù)，與堰頂形式有關(guān)，可查表，本工程取0.48； H0堰頂水頭，m。二、 設(shè)計洪水過程時刻（h）Q實測（m3/s）各頻率Q（m3/s）0.1%1%2%5%03.32503529201136296196162121231268052443235733491300727602524496020001220104073951670230013901130806612902100129010907757919175011901010698854311808537065419402895647505387103248174834003271129470943736227012264606398326

6、2431323454934828921614204477294251195151914402832301761617741426321916217164385245204151181503512241871391913732020417012520123286183152113211102571711421062210224015412796239722614411989249021213511183三、 水位庫容曲線和庫容表庫容表高程（m）450460470480490500505庫容（104m3）018113.5359.3837.21573.62043.2高程（m）510515520525

7、530535540庫容（104m3）2583.33201.33895.74683.85593.966707842.6四、 工程分等分級規(guī)范和洪水標準五、 調(diào)洪計算成果表 頻 率項 目 設(shè)計洪水校核洪水列表試算法最大泄量（m3/s）1003.35m3/s1550.73 m3/s水庫最高水位（m）529.03m532.44m半圖解法最大泄量（m3/s）1004.54m3/s1558.92m3/s水庫最高水位（m）528.92m532.36m洪水調(diào)節(jié)演算過程一、 洪水標準的確定1. 工程等別的確定：由設(shè)計對象的基本資料可知，該水利樞紐工程以發(fā)電為主，兼有防洪、供水、養(yǎng)殖等其他綜合效益，電站裝機為50

8、00kW，水庫庫容0.55108m3。若僅由裝機容量5000kW為指標，根據(jù) “水利水電工程分等指標”，可將工程等別定為；若僅以水庫總庫容0.55108m3為指標，則可將工程等別定為。綜合兩種指標，取等級最高的等為工程最終等別。2. 洪水標準的確定：該水利工程的擋水建筑物為混凝土面板壩，由已確定的為等的工程等別，根據(jù)“山區(qū)，丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標準”，可查得，該工程設(shè)計洪水標準為10050年，校核標準為1000500年，不妨取設(shè)計標準為100年，校核洪水標準為1000年。二、 試算法洪水調(diào)節(jié)計算1. 計算并繪制水庫的q=f(V)關(guān)系曲線：應用式，根據(jù)不同水庫水位計算H與q,再

9、由HV關(guān)系曲線查得V，并計算于下表，繪制q=f(V) 關(guān)系曲線圖如下。2.10324817483400327112947094373622701226460639832624313234549348289216142044772942511951519144028323017616177414263219162171643852452041511815035122418713919137320204170125201232861831521132111025717114210622102240154127962397226144119892490212135111833.4.水庫q=f(V)關(guān)

10、系曲線計算表水位/m堰頂水頭/mq溢(m³/s)q電(m³/s)總泄流量q庫容V/104m³5190010103756.82520131.29671041.2973895.7521288.520441098.524053.325223162.622410172.624210.945234250.373610260.374368.565245349.907710359.914526.185256459.965710469.974683.85267579.62310589.624865.825278708.163510718.165047.845289845.0109

11、10855.015229.8652910989.688610999.695411.88530111141.794101151.85593.9531121300.9791013115809.12532131466.944101476.96024.34533141639.421101649.46239.56534151818.174101828.26454.78535162002.9891020136670536172193.673102203.76904.52537182390.052102400.17139.04538192591.9641026027373.56539202799.26210

12、2809.37608.08540213011.809103021.87842.65. 確定調(diào)洪的起始條件：起調(diào)水位也是防洪限制水位，Z=525.2m。相應庫容4720.20×104m3。在洪水期間洪水來臨時，先用閘門控制下泄流量q并使其等于洪水來水量Q，使水庫水位保持在防洪限制水位不變；當洪水來水量Q繼續(xù)增大時，閘門逐漸打開；當閘門達到全開后，就不再用閘門控制，下泄流量q隨水庫水位z的升高而增大，流態(tài)為自由流態(tài)，情況與無閘門控制一樣。由公式：=280.920.48+10= 483.2 m3/s得調(diào)洪開始時的下泄流量為483.2 m3/s。所以在第一時段，以閘門控制入庫流量等于下泄流量

13、；以后時段閘門全開不再控制，下泄流量由試算計算。6. 列表試算泄流量q，本過程采用C語言編程試算。 基本原理：根據(jù)水庫容積曲線V=f（Z）和堰頂溢流公式q=f（H），得出蓄泄方程q=f（V）。聯(lián)立水量平衡方程 可得q=f(V)=g（q），即q=g（q）。 編程公式的主要過程a) 已知的電站發(fā)電引用流量為10m3/s，結(jié)合堰頂溢流公式，得出下泄流q=nbm+10。（1）b) 水位高程Z與堰頂水頭H的關(guān)系?；静牧峡芍绾榈姥唔敻叱虨?19m則H=Z-519m；c) 水庫容積曲線V=f（Z）的近似化。根據(jù)該設(shè)計的蓄泄情況，水位高程的變化范圍在525m535m之間，又由于水庫容積曲線在水位高程屬52

14、5m535m之間的變化率較小，為方便計算，故可將其分段直線化以簡化、近似計算。由水位庫容表V=f（Z）及上式H=Z519m，可得V=f（H），易算出H=g（V） = 。（2）聯(lián)立（1）、（2）式得。（3）d）將（3）式與水量平衡方程聯(lián)立。 得 。（4）e）C語言程序源代碼如下：#include<stdio.h>#include<math.h>void main() float V1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3, t=0.36;printf("V1=");scanf("%f",&V1); printf("Q

15、1="); scanf("%f",&Q1); printf("Q2="); scanf("%f",&Q2); printf("q1="); scanf("%f",&q1); printf("q2="); scanf("%f",&q2); printf("nn"); loop: V2=V1+ (Q1+Q2-q2-q1) * t/2;if (V2>=4683.8 && V2&l

16、t;=5593.9) q3=(pow(V2-3591.68)/182.02,1.5)*31.281+10; else if (V2>=5593.9 && V2<=6670.0) q3=(pow(V2-3226.48)/215.22,1.5)*31.281+10; if (fabs(q3-q2)>0.01) q2=q3; goto loop; printf("q2=%fn",q3); printf("V2=%fnnn",V2);7. 對設(shè)計洪水計算時段平均入庫流量和時段入庫水量。 將洪水過程表中P=1%的洪水過程線劃分計算

17、時段，初選時段t=1h=3600填入下表第一欄，表中第二欄為按計算時段摘錄的入庫洪水流量，計算的時段平均入庫流量和時段入庫水量分別填入第三欄和第四欄。泄流量的計算見第五，六，七欄。從表中第一，五欄可繪制下泄流量過程線。第一，十欄可繪制水位過程線； 為了枯水期能保證興利部門的用水需求，當水位再次下降到調(diào)洪水位時，又需要用閘門控制下泄流量q并使其等于洪水來水量Q，使水庫水位保持在防洪限制水位不變。見第15時段q=f（V）的程序計算截圖； 繪制Qt與qt曲線，如圖所示。最大下泄流量 =996.78 m3/s發(fā)生在t=8h時，正好是qt曲線與Qt曲線的交點，即為所求的最大下泄流量； 推求設(shè)計調(diào)洪庫容和

18、設(shè)計洪水位。=996.78對應的庫容和水位分別為5408.93萬m3和528.98m，減去堰頂以下的庫容3756.82萬m3 即可得=1652.11萬m3，=528.98 m。第2時段試算法程序計算截圖第7.4375時段試算法的程序計算截圖設(shè)計洪水調(diào)節(jié)計算表時間 t(h) 入庫洪水流量 Q （m3/s） 時段平均入庫流量 Q(平均) （m3/s）時段入庫水量 Q(平均)t （萬m3）下泄流量 q（m3/s）時段平均下泄流量（m3/s）時段下泄水量q(平均)t （萬m3）時段內(nèi)水庫存水量變化 V （萬m3）水庫存 水量V （萬m3）水庫 水位 Z (m)12345678910035115.541

19、.5835115.541.5804652.276524.811961964652.276524.82524360129.6455.77325.89117.318612.28144664.56524.883727625.5225.18492.21473.99170.636454.54364719.1525.1941220973.5350.46594.85543.53195.6708154.78924873.89526.04513901305469.8756.51675.68243.2448226.55525100.45527.29612901340482.4897.66827.09297.750

20、6184.64945285.1528.3711901240446.4983.72940.69338.6484107.75165392.85528.97.51021.51105.75398.07996.53990.13356.44541.6255408.6528.987.58751000.4381010.9688363.9488996.78996.66358.79585.152955408.93528.987.675979.375989.90625356.3663996.66996.72358.8192-2.452955408.77528.987.75937.25958.3125344.9925

21、995.3995.98358.5528-13.56035407.11528.978853937.25337.41971.39977.56351.9198-14.50985377.61528.819647750270915.68943.54339.6726-69.67265307.94528.4310483565203.4841.17878.43316.233-112.8335212.47527.9111437460165.6750795.59286.4106-120.8115091.66527.2412398417.5150.3673.07711.54256.1526-105.8534985.

22、81526.6613348373134.28605.83639.45230.202-95.9224889.89526.1314294321115.56544.34575.09207.0306-91.47064798.96525.6315283288.5103.86485.39514.87185.3514-81.49144708.46525.141626327398.28410.07447.73161.1828-62.90284652.276524.81724525491.44245327.54117.9126-26.47264652.276524.818224234.584.42224234.

23、584.4204652.276524.81920421477.0420421477.0404652.276524.820183193.569.66183193.569.6604652.276524.82117117763.7217117763.7204652.276524.822154162.558.5154162.558.504652.276524.82314414953.6414414953.6404652.276524.824135139.550.22135139.550.2204652.276524.88. 對校核洪水計算時段平均入庫流量和時段入庫水量。 將洪水過程表中P=0.1%的洪

24、水過程線劃分計算時段，初選時段t=1h=3600填入下表第一欄，表中第二欄為按計算時段摘錄的入庫洪水流量，計算的時段平均入庫流量和時段入庫水量分別填入第三欄和第四欄。泄流量的計算見第五，六，七欄。從表中第一，五欄可繪制下泄流量過程線。第一，十欄可繪制水位過程線。 為了枯水期能保證興利部門的用水需求，當水位再次下降到調(diào)洪水位時，又需要用閘門控制下泄流量q并使其等于洪水來水量Q，使水庫水位保持在防洪限制水位不變。見第20時段q=f（V）的程序計算截圖。 繪制Qt與qt曲線，如圖所示。最大下泄流量=1548.52m3/s發(fā)生在t=8h時，正好是qt曲線與Qt曲線的交點，即為所求的最大下泄流量。 推求

25、校核調(diào)洪庫容和設(shè)計洪水位。=1548.52對應的庫容和水位分別為6115.59萬m3和532.42m，減去堰頂以下的庫容3756.82萬m3 即可得=2358.77萬m3，=532.42 m。第2時段試算法程序計算截圖第7.34375時段試算法程序計算截圖校核洪水調(diào)節(jié)計算表時間 t(h) 入庫洪水流量 Q （m3/s） 時段平均入庫流量 Q(平均) （m3/s）時段入庫水量 Q(平均)t （萬m3）下泄流量 q（m3/s）時段平均下泄流量（m3/s）時段下泄水量q(平均)t （萬m3）時段內(nèi)水庫存水量變化 V （萬m3）水庫存 水量V （萬m3）水庫 水位 Z (m)1234567891005

26、017362.285017362.2804652.276524.812962964652.276524.82680488175.68473.32384.66138.477637.20244689.48525.0331300990356.4582.53527.93190.053166.3474855.83525.95420001650594828.43705.48253.9728340.02725195.88527.815230021507741163.81996.12358.6032415.39685611.285306210022007921410.361287.1463.3506328.6

27、4945939.93531.617175019256931537.871474.1530.6814162.31866102.25532.367.251607.51678.75604.351547.641542.8555.391848.95826114.49532.427.31251571.8751589.6875572.28751548.391548557.285415.00216115.43532.427.343751554.0631562.9688562.66881548.521548.5557.44385.224956115.59532.47.3751536.251545.1563556

28、.25631548.51548.5557.4636-1.207356115.56532.427.514651500.625540.2251547.21547.9557.226-17.0016113.94532.46811801465527.41519.621528.7550.3482-22.94826079.3532.2698951037.5373.51400.51460.1525.6216-152.1225927.18531.5510817856308.161269.481335480.5964-172.4365754.74530.7311709763274.681151.071210.34

29、35.699-161.0195593.72529.9212606657.5236.71020.651085.9390.9096-154.215439.33529.1413549577.5207.9909.28964.97347.3874-139.4875299.84528.3814477513184.68812.25860.77309.8754-125.1955174.65527.715440458.5165.06728.44770.35277.3242-112.2645062.39527.0816414427153.72659.22693.83249.7788-96.05884966.335

30、26.5517385399.5143.82604.57631.9227.4822-83.66224888.07526.1218351368132.48553.13578.85208.386-75.9064812.16525.7119320335.5120.78507.04530.09190.8306-70.05064742.11525.3220286303109.08464.31485.68174.843-65.7634676.38524.9521257271.597.74323.99394.15141.894-44.1544652.276524.822240248.589.462402821

31、01.5182-12.05824652.276524.82322623383.8822623383.8804652.276524.82421221978.8421221978.8404652.276524.8某水庫校核調(diào)洪計算表三、 半圖解法洪水調(diào)節(jié)計算（以設(shè)計洪水標準進行調(diào)洪演算為例子）1. 計算并繪制輔助線。計算時段取。計算過程見下表。利用表中第五，七欄的相應數(shù)值繪制的輔助線如圖。 輔助曲線計算表q=f(V/t+q/2)輔助曲線計算表水庫水位Z（m）總庫容V（萬m³）堰頂以上庫容（萬m³）V/t(m³/s)q(m³/s)q/2(m³/s)V

32、/t+q/2 (m³/s)519.00 3756.82 0.00 0.00 10.00 5.00 5.00 522.00 4210.94 454.12 1261.44 172.62 86.31 1347.76 525.00 4683.80 926.98 2574.94 469.97 234.98 2809.93 528.00 5229.86 1473.04 4091.78 855.01 427.51 4519.28 531.00 5809.12 2052.30 5700.83 1310.98 655.49 6356.32 534.00 6454.78 2697.96 7494.33

33、1828.17 914.09 8408.42 537.00 7139.04 3382.22 9395.06 2400.05 1200.03 10595.08 540.00 7842.60 4085.78 11349.39 3021.81 1510.90 12860.29 2. 調(diào)洪計算求qt過程和庫水位過程：由于作輔助線時需取固定值，且是由蓄泄曲線q=f（V）轉(zhuǎn)換而來的，故該法只適用于自由泄流（無閘或閘門全開）和固定的情況。當有閘門控制泄流時，應按控制的流量調(diào)洪。所以對于第一時段Q<Q限時，起調(diào)水位也是防洪限制水位，Z=525.2m。相應庫容4720.20×104m3。在洪水期

34、間洪水來臨時，先用閘門控制下泄流量q并使其等于洪水來水量Q，使水庫水位保持在防洪限制水位不變，即q=Q；可直接求出= 13129.167 m3/s和= 13209.667 m3/s。從第二時段開始閘門全開，Q2= 196 m3/s，=524 m3/s，=196 m3/s，將=13209.667 m3/s代入 =（）+，求得=13373.667 m3/s，由式得，=250.199 m3/s。同法依次類推，可求出其他時段的泄量。其成果如表第四，六欄所示。3. 繪制Qt與qt過程線以及qZ，過程線，求。利用表中第一，二，四欄數(shù)值，可繪出Qt與qt過程線。取Qt與qt兩曲線的交點的縱坐標數(shù)值，作為=1

35、004.54m3/s，t=8h時。利用表中的庫水位Z與泄流能力q，可繪制Zq關(guān)系曲線，如圖所示。半圖解法調(diào)洪計算表（設(shè)計P=1%）時間t(h)入庫流量Q（m³/s)平均入庫流量Q'(m³/s)V/t+q/2 (m³/s)q(m³/s)水庫水位Z（m）0352504.87835524.81196115.52583.378196524.825243602747.378457.306524.8793727625.52915.572493.767525.19241220973.53395.305601.851526.0635139013054098.45

36、4760.271527.2996129013404678.183894.45528.2527119012405023.733980.215528.86188531021.55065.018990.462528.93496477504824.556930.78528.51104835654458.776841.451527.876114374604077.325755.51527.26512398417.53739.315679.356526.687133483733432.959610.335526.131142943213143.624545.148525.60615283288.52886.976487.325525.14162632732672.651442.106524.8172452542609.878245524.818224234.52599.378224524.8192042142589.378204524.820183193.52578.878183524.8211711772572.878171524.822154162.52564.378154524.8231441492559.378144524.824135139.52554.878135524.