工程水文及水利計算課程設(shè)計天福廟水庫防洪復(fù)核計算

1、一.設(shè)計任務(wù)天福廟水庫位于湖北省遠安縣黃柏河?xùn)|支的天福廟村，大壩以上流域面積河長，河道比降1.06%，總庫容6367萬，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、攔沙、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。天福廟水庫于1974年冬開工建設(shè)，1978年建設(shè)成，已運行近30年。1975年技術(shù)設(shè)計時，水文系列年限僅20年，系列太短，也缺乏大洪水的資料。本次課程設(shè)計的任務(wù)，是在延長基本資料的基礎(chǔ)上，按現(xiàn)行規(guī)范要求對水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)進行復(fù)核，其具體任務(wù)是：1.選擇水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)。2.歷史洪水調(diào)查分析及洪量插補。3.設(shè)計洪水和校核洪水的計算。4.調(diào)洪計算。5.壩頂高程復(fù)核。二.流域自然地理概況，流域水文氣象特性(一)流域及工程概

2、況天福廟水庫位于湖北省遠安縣黃柏河?xùn)|支的天賦廟村，大壩以上流域面積，河長，河道比降10.6，總庫容6367萬，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、攔沙、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。天福廟水庫于1974年冬開工建設(shè)，1978年建設(shè)成，大壩為漿砌石雙曲拱壩，壩前河底高程348m，壩高，電站總裝機6040kw。水庫死水位378m，死庫容714萬m3，正常蓄水位409m，相應(yīng)庫容6032萬。設(shè)計洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位，壩頂高程，防浪墻頂高程。庫區(qū)吹程1000m。（二）水文氣象資料1.氣象特征。天福廟流域地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季低溫少雨，秋溫高于春

3、溫，春雨多于秋雨，氣溫年內(nèi)變化較大，無霜期長。多年平均氣溫，歷年最高氣溫達40，最低氣溫-12，平均風(fēng)速1.2m/s,多年平均最大風(fēng)速，風(fēng)向多為NE。流域多年平均降水量，流域暴雨頻繁，洪水多發(fā)，4-10月為汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的1.3%。月降雨量最少是12月，僅占全年的1.3%。2.水文測站。黃柏河干流上1958年設(shè)立池灣河水文站，1971年設(shè)立小溪塔水文站，1961年在東支設(shè)立分鄉(xiāng)水文站。天福廟水庫建成后，先后開展了降雨、水位、泄流觀測，有比較完整的運行資料。分鄉(xiāng)水文站是重要的參證站，控制流域面積。3. 鄉(xiāng)站歷史洪水。根據(jù)1982年省雨洪辦對宜

4、昌市歷史洪水調(diào)查成果的審定結(jié)果，分鄉(xiāng)站洪水的排位為1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，資料可靠，可直接采用。經(jīng)審定認為，分鄉(xiāng)站1935年洪水1826年以來的第1位，重現(xiàn)期為176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，分別確定為 1826年以來的地24位，1958年洪水為1826年以來的地5位。分鄉(xiāng)站歷史洪水成果見表KS1-14.天福廟水庫洪峰洪量系列。見KS1-2。表KS1-2 天福廟水庫洪峰、洪量系列三防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇由天福廟庫容量資料得其總庫容6367萬，根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)GB 50201-94查得天福廟水庫工程等級為三級,天福廟水庫位于湖北省遠安縣黃柏河?xùn)|支的

5、天賦廟村,屬于丘陵區(qū)水庫,設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50100年,p=1%2%，而實際設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為p=2%在此范圍內(nèi)，說明符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為5001000年,p=0.1%0.2%而實際校核標(biāo)準(zhǔn)為p=0.2%在此范圍內(nèi)，說明符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在此范圍內(nèi)，說明符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。四峰、量選樣及歷史洪水調(diào)查1.天福廟水庫壩址19591977年峰、量系列根據(jù)分鄉(xiāng)站資料換算得到，洪峰按面積比指數(shù)的2/3次方換算，洪量按面積比的1次方換算。 2.天福廟水庫壩址19782001年峰、量系列直接采用天福廟入庫洪水系列計算。3.分析分鄉(xiāng)站歷史洪水，并換算至天福廟水庫壩址。根據(jù)天福廟水庫壩址19782001年峰、量

6、系列建立峰、量相關(guān)關(guān)系；根據(jù)此峰、量關(guān)系計算歷史洪水的1d、3d洪量。分析解答過程如下。首先根據(jù)天福廟水庫壩址19782001年峰、量系列建立峰、量相關(guān)關(guān)系。天福廟水庫洪峰、1天洪量系列（1）均值（2）均方差（3）相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)的顯著檢驗：在時 n=24時查的。因為r>可推斷出總體是相關(guān)的，密切相關(guān)。（4）回歸系數(shù)y倚x的回歸方程（5）代入數(shù)據(jù)得（6）天福廟水庫洪峰、3天洪量系列（1）均值（2）均方差（3）相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)的顯著檢驗：在時 n=24時查的。因為r>可推斷出總體是相關(guān)的，密切相關(guān)。（4）回歸系數(shù)y倚x的回歸方程（5）代入數(shù)據(jù)得（6）將分鄉(xiāng)站歷史洪峰、洪量換算成天福廟

7、的歷史洪峰、洪量，洪峰按面積比指數(shù)的2/3次方換算，洪量按面積比的1次方換算。 洪峰比：洪量比：（根據(jù)洪峰與洪量的關(guān)系計算1935年1天洪量1826年1天洪量為1830年1天洪量為1826年3天洪量為1830年3天洪量為結(jié)果如表上格所示五.設(shè)計洪水計算1. 對天福廟水庫壩址洪峰及1d、3d洪量系列分別進行頻率計算，推求出各設(shè)計頻率的設(shè)計洪峰和1d、3d設(shè)計洪量。洪水調(diào)查期為1826到2001年，所以N=176,1935年、1984年、1826年、1930年、1958年作為歷史洪水即a=5實測洪峰、洪量資料44年，n=44，l=2。1）對洪峰流量頻率計算1按統(tǒng)一樣本法計算經(jīng)驗

8、頻率，即，如表中第5和7列所示分別為特大洪水和一般洪水的經(jīng)驗頻率。2.根據(jù)表中第2列洪峰流量系列，計算年最大洪峰流量均值,離勢系數(shù),N=176，a=5，l=2。3.根據(jù)上步初估參數(shù)成果，取=、=3，查表頻率p的的值，由計算各p的洪峰流量，進行第一次配線，如附圖1所示，可見線條下端較高，上端較低。因此，需要調(diào)整參數(shù)，適當(dāng)增加再次配線。取=、=3進行第二次配線，如附圖1所示，總體上配合良好，可以作為推求的該處年最大洪峰流量理論頻率曲線。=由計算得，設(shè)計洪峰p=2%和校核洪峰p=0.2%ss第一次配線第二次配線2）對一天洪量進行頻率計算1按統(tǒng)一樣本法計算經(jīng)驗頻率，即，如表中第5和7列所示分別為特大1

9、天和一般1天洪量的經(jīng)驗頻率。2.根據(jù)表中第2列1天洪量系列，計算年最大1天洪量均值,離勢系數(shù),N=176，a=5，l=2。3.根據(jù)上步初估參數(shù)成果，取=、=3，Cs=1.83,查表頻率p的的值，由計算各p的1天洪量，進行第一次配線，如附圖2所示，可見曲線上段明顯偏低，中段稍微偏高。因此，需要調(diào)整參數(shù)，適當(dāng)增大再次配線。取=、，進行第二次配線，如附圖2所示，總體上配合良好，可以作為推求的該處年最大1天洪量理論頻率曲線。=由計算得，設(shè)計1天洪量p=2%和校核1天洪量p=0.2%.第一次配線第二次配線3）對3天洪量進行頻率計算1按統(tǒng)一樣本法計算經(jīng)驗頻率，即，如表中第5和7列所示分別為特大3天和一般3

10、天洪量的經(jīng)驗頻率。2.根據(jù)表中第2列3天洪量系列，計算年最大3天洪量均值,離勢系數(shù),N=176，a=5，l=2。3.根據(jù)上步初估參數(shù)成果，取=、，=3，,查表頻率p的的值，由計算各p的1天洪量，進行第一次配線，如附圖3所示，可見曲線上段明顯偏低，中段稍微偏高。因此，需要調(diào)整參數(shù)，適當(dāng)增加再次配線。取=、，進行第二次配線，如附圖3所示，總體上配合良好，可以作為推求的該處年最大天洪量理論頻率曲線。=由計算得，得到設(shè)計1天洪量和p=2%校核1天洪量p=0.2%。第一次配線第二次配線4.洪峰和洪量成果的合理性分析根據(jù)理論頻率曲線得到的設(shè)計洪峰和校核洪峰流量分別為、，相應(yīng)的設(shè)計1d洪量和校核1d洪量分別

11、為和，設(shè)計3d洪量和校核3d洪量分別為和。計算結(jié)果與實測資料比較，176年中第二大洪水的經(jīng)驗頻率為1.12%。設(shè)計頻率為2%，設(shè)計洪峰洪量與設(shè)計1d洪量、3d洪量比第二大洪水相應(yīng)數(shù)據(jù)稍??；176年中第一大洪水的經(jīng)驗頻率為%。校核頻率為0.2%，校核洪峰洪量與校核1d洪量、3d洪量比第一大洪水相應(yīng)數(shù)據(jù)偏大。故計算結(jié)果比較合理。 2. 選擇典型洪水過程線天福廟水庫典型洪水過程線（1984年7月2628日）見表KS1-3。表 KS1-3典型洪水過程線（）3. 按同頻率放大法計算設(shè)計洪水和校核洪水過程線1天洪量1天洪量（1）設(shè)計洪峰、洪量各時段放大比：=13161 /15247=0.863 （2）校核

12、洪峰、洪量各時段放大比：=20075/15247=1.32 2將放大倍比按其控制時間相應(yīng)地填入表中，與對應(yīng)的典型洪水流量相乘，得放大流量，如下表所示。六.設(shè)計洪水調(diào)洪計算(1)天福廟水庫庫容曲線和泄洪建筑物泄流曲線天福廟水庫庫容曲線根據(jù)原庫區(qū)1:2000地形圖進行復(fù)核計算，與刊布成果一致，見表KS1-4。左岸溢洪道堰頂高程398.0m,2孔，每孔凈寬，亦為弧形閘門控制。兩岸溢洪道堰型均為WES標(biāo)準(zhǔn)型剖面實用堰，流量計算公式為Q=由該式計算泄洪建筑物泄流曲線，見表KS1-4。表KS1-4 天福廟水庫庫容曲線和泄水建筑物泄流曲線設(shè)計洪水洪峰流量為，小于調(diào)洪起調(diào)水位下的泄流校核洪水洪峰流量，采用控制

13、泄流方式即可，控制閘門開度，使下泄流量等于入庫流量。校核洪水流量為，大于調(diào)洪起調(diào)水位下的泄流量量。繪出庫容曲線ZV和蓄泄曲線qV，如圖所示(2)確定調(diào)洪的起始條件、溢洪道屬于有閘門控制，調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水位409m，相應(yīng)的庫容為=6045=6045和在曲線qV中，以=查的=3000由查得，接下來以第一時段所求的，作為第二時段初的，重重復(fù)第一時段的試算過程，又可求得第二時段的，。如此連續(xù)試算，既得下泄流量過程。流量下泄表（h）tQ（4）最大下泄流量的計算。按時段，取表中t、Q、q值繪制在下圖中的和過程線。和的交點處是出現(xiàn)的地方。（5）推求攔洪庫容和設(shè)計洪水位。從圖中可知，所相應(yīng)的庫容，此庫容減去防洪限制水位相應(yīng)的庫容即為攔洪庫容，由查曲線ZV可得，故最大泄流量為，校核洪水位為。七、壩頂高程復(fù)核計算根據(jù)根據(jù)混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范（SL 282-2003），壩頂高程不應(yīng)低于校核洪水位，壩頂上游側(cè)防浪墻頂高程與設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差h按下式計算：式中波高，m；波浪中心線超出靜水位的風(fēng)壅高度，m；安全超高，根據(jù)建筑物等級選取.波高=波長風(fēng)壅高度VV-計算風(fēng)速，設(shè)計工況采用倍的多年平均最大風(fēng)速，校核