完整版,僅參考工程水文及水力計算課程設計賦石水庫課程設計

1、工程水文與水力計算課程設計賦石水庫水利水電規(guī)劃、設計任務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、推求設計標準和校核標準的設計洪水過程線；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,灌溉水源缺乏,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,結合

2、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,限制西苕溪主要支流西溪,壩址以上流域面積 328km2.流域內氣候溫和、濕潤,多年平均雨量 1450km.流域水系及測站分布 見圖KS2-11、 水文氣象資料情況在壩址下游1Km處設有潛漁水文站,自1954年開始有觀測的流量資料.通 過頻率計算,得各設計頻率的設計年徑流量,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KS2-4根據(jù)調查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1350m3s.這場洪水是發(fā)生年份至今最大的一次洪水.缺測年份內,沒 有大于1160m3s的洪水發(fā)生.經(jīng)初

3、步審查,可降雨和徑流等實測資料可用于本次設計.表KS2-3設計年徑流量及典型年徑流量代表年設計頻率設計年徑流量(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RS2-4潛漁站斗計年徑流尸程月枯水典型年Q中水典型豐水典型月枯水典型年Q 中水典型豐水典型份年Q年Q份年Q年Q314.006.4711.1090.044.3223.20418.606.9312.80100.412.817.65519.5020.8023.00111.701.421.3661.318

4、.2427.60120.753.600.4475.2121.803.9710.701.100.8480.065.501.2421.882.336.11三、設計年徑流量及其年內分配的推求1、設計年徑流量的計算由資料得,頻率為85%、50%、15%的年徑流量如下表1表1潛漁站設計徑流量代表年設計頻率設計年徑流量(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%10.3719679.951.0422、設計年徑流量的年內分配根據(jù)年、月徑流資料和代表年的選擇原那么,確定豐、中、枯三個代表年.并 按設計年

5、徑流量為限制用同倍比方法縮放各代表年的逐月年內分配如下表2.表2潛漁站典型年徑流量年內分配月份設計枯水年設計中水年設計豐水年典型 年縮放 比設計 年典型 年縮放 比設計 年典型 年縮放 比設計 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19.501.03920.2820.801.05521.9423.001.04223.996月1.311.0391.368.241.0558.6927.601.04228.797月5.211.0395.4221.801.

6、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0.751.0390.783.601.0553.800.441.0420.461月0.701.0390.731.101.0551.160.841.0420.882月1.881.0391.962.331.0552.46

7、6.111.0426.37四、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m48505255606570758081容積(106m3)00.10.62.381835.760.394.4102.8水位m82838485868788899091容積(106m3)111.3120129138.6148.3158.8170181.5194.5207容積曲線百萬卬3250 丁容積(106ni3)2、繪制水電站下游水位流量關系曲線表4水位流量關系曲線水位m46.046.246.446.646.847.047.2流 量 (m3/3)01.03.67.311.916.220.5流量流3/33

8、、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年為設計年限V懸,年oW°m(1 P)r0.237kg/m3 7.50 m3/s 90% 365 3600 24(1 0.3) 1650kg/m34.37 104m3463所以 V懸總T Vt,年50 4.37 102.185 10 m所以推移質 V推,總V懸,總2.185 106 0.15 0.33 106 m3可得V淤,總V懸,總,V推,總2.1851060.331062.515106m3根據(jù)水位容積曲線,由內寸S法程序見附錄程序1求得h淤,積55.94m在此根底上加上平安值2m得h淤死h淤積2 55.94 2 57.94

9、m ,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計流量不同,在這里取最大的流量作為設計流量基準,又由水輪機的水位流量關系可得h7K輪機,死47.2 16 63.2m5、綜合各方面情況確定水庫死水位h死Maxh,死,h水輪機,死63.2m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

10、.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,按等流量調節(jié)方式計算各設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.

11、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25.2m3s 月；死庫容 為 28.18 百萬 m3 ,即 10.9m3s 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位.(3)由發(fā)電用水查下游水位流量關系曲線得下游水位.(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=7.5o表5枯水年出力計算(保證出力)時段天然

12、發(fā)電用余水量缺乏水量月末平均蓄月平下游水頭平均出力 Ni(月 份)來水(m3/s)水(m3/s )流量(m3/s)水量(萬 m)流量(m3/s)水量( 萬 吊)水庫 蓄水 (106吊 )水(10 6m3)均水位(m)水位(m)損失(的水頭(m)(KW)2月28.183月14.569.664.90127040.8834.5369.8146.710.522.61637.374月19.349.669.68250965.9753.4373.5846.710.526.371910.515月20.289.6610.62275393.579.7478.1646.710.530.952242.336月1.36

13、4.042.6869586.5590.0379.4746.420.532.55986.277月5.425.4286.5586.5579.0446.500.532.041302.438月0.064.043.98103276.2381.3978.3846.420.531.46953.249月0.044.044.00103765.8671.0576.8846.420.529.96907.7910月0.434.043.6193656.561.1875.1746.420.528.25855.9811月1.774.042.2758850.6253.5673.6146.420.526.69808.7112月

14、0.784.043.2684542.1746.4072.0846.420.525.16762.351月0.734.043.3185833.5937.8870.3846.420.523.46710.842月1.964.052.0954128.1830.8969.2046.420.522.28676.76合計66.7313754.54均值10.271146.21取設計枯水年供水期的平均出力為保證出力,那么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：枯水年出力Ni(KW)月份2、 多年平均年發(fā)電量及裝機容量確實定枯

15、水年年平均出力為 Ni=1146.21 (KW)又由附表1, 2得,豐水年年平均出力為,=1985.40 (KW)中水年年平均出力為 Nb=1528.29 (KW)N1 N2 N3E= 3653那么多年平均年發(fā)電量為1146.21 1985.40 1528.297,卜24 365 24 1.36 107kw h3裝機容量為 N 裝=1.36 107/3440=3953(KW)七、推求各種設計標準的設計洪水過程線本水庫為大(2)型水庫,工程等級為II級,永久性水工建筑級別為2級.下游防洪標準為5%,設計標準為5%,校核標準為0.1%,需要推求5%、1%、0.1% 設計洪水過程線.1、按年最大值選

16、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,確定設計歷時為七天,限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,所以可以用相關分析方法延長插補.(用三 天洪量與七天洪量進行相關分析)表6三天洪量與七天洪量相關計算表年份三天七天KxKyKx-1Ky-12(Kx-1) 22(Ky-1) 2(Kx-1)(K 丫-1)洪量洪量195737.1952.461.1381.2600.1380.2600.01900.06760.0359195815.8522.150.4850.532-0.515-0.4680.26520.2190

17、0.2410195919.8032.900.6060.790-0.394-0.2100.15520.04410.0827196020.8033.200.6370.798-0.363-0.2020.13180.04080.0733196179.1088.202.4212.1191.4211.1192.01921.25221.5901196249.2053.101.5061.2760.5060.2760.25600.07620.1397196386.6095.902.6512.3041.6511.3042.72581.70042.1529196431.7040.700.9700.978-0.030

18、-0.0220.00090.00050.0007196524.4027.000.7470.649-0.253-0.3510.06400.12320.0888196614.0025.400.4290.610-0.571-0.3900.32600.15210.2227196719.0028.000.5810.673-0.419-0.3270.17560.10690.1370196818.4035.500.5630.853-0.437-0.1470.19100.02160.0642196932.8048.401.0041.1630.0040.1630.00000.02660.0007197031.9

19、035.600.9760.855-0.024-0.1450.00060.02100.0035197131.8035.300.9730.848-0.027-0.1520.00070.02310.0041197210.2012.230.3120.294-0.688-0.7060.47330.49840.4857總計522.74666.0415.99916.002006.80454.37375.3230平均32.6741.63所以有：A.均值-522.743X32.67m16B.均力差一 666.043/sY41.63m/s16xX、y yn2(Kxi1)2i 132.67、6.8045 . oo

20、nnn 122.0016 1n2(Kyi 1)2i 141.63、14.3737 n 122.4816 1相關系數(shù)C.(Kxi1)( K yi 1)i 1r nn22(Kxi 1)2(Kyi 1)2,i 1i 1D.回歸系數(shù)5.32306.80454.37370.976Ryx/x r22.480.976 0.99722E. Y倚 X 的回歸方程 y y Ry/x(x x) y 0.997 (x x) y即 y 0.997x 9.048所以可根據(jù)得出的回歸方程以及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_3Q(m /s)24小時洪量 w(106m三天

21、洪量W (106此七天洪量 w(106m)195470227.9458.4067.2719552848.1713.3022.31195674829.8036.0044.94195740222.8037.1952.4619582008.7215.85221319.8032.90196047815.7020.8033.20196165952.5079.1088.20196258543.7049.2053.101963116055.6086.6095.90196440914.3231.7040.70196551015.6224.4027.0019662329.5014.00

22、25.40196724411.8219.0028.0019681679.9018.4035.50196938720.9032.8048.40197030517.2031.9035.60197150023.4031.8035.3019751085.3410.2012.23197348419.8742.8551.77197428716.1639.0547.98197516611.5822.0531.0319761198.2919.9528.9419772387.6120.5429.443、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

23、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：1將原始資料按大小次序排列;2用公式P 100%計算經(jīng)驗頻率,并將x與p對應點繪于頻率格紙上; n 1計算系列額多年平均降水量x計算各項的模比系數(shù)Ki x/,其總和應等于n；計算各項的Ki 1 ,其總和應為零;計算各項的Ki 1計算變差系數(shù)CvnKi 12i 1n-18選定Cs與Cv的倍數(shù)關系,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).從而可得各設計頻率的洪峰和洪量的參數(shù)如下:洪峰：均值為417(mVs )Cv=0.65 C s=2

24、.0天洪量：均值為19.48三天洪量：均值為32.29(106吊)Cv=0.71(106噸 Cv=0.61s=2.1s=1.8七天洪量：均值為41.24(106此 Cv=0.48s=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,天、三天、七天的洪量分布曲線變化一致,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根據(jù)選擇原那么,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計洪水過程線峰、 洪 量.最大24小時洪量、最大三天

25、洪量、最大七天洪1 計 算 洪由典型洪水過程線得其洪峰、 量.由公式W n 1Qi) t可推得洪峰、洪量i 23 一洪峰取 33 時,Qm=1160 ( m /s );最大 24 小時洪量取 1841 時,W1m=55.60 (106m3)；最大三天洪量取1586時,W3m=86.60 (106m3);最大七天洪量取1963年的七天洪量,W7m=95.90 (106m3)；2計算放大倍比KQmQ MPQmdWipKi3 Wid一 W3P-W1PK 3W3D - WidK7W7P - W3PW7D - W3DP=5%,1%,0.05%由附表3、4、5、6得各時段設計值,并求得其放大倍比 列于表8

26、.表-8放大倍比計算P (%)510.05典型年洪量Qmp(m3/s)959.101395.492330.611160Q典Wp(106m3)47.1470.10112.5555.60Wi典(106m3)W3P(106m3)71.29101.23160.2686.60W3典(106m3)W7P(106m3)79.64105.97169.6295.90W7典(106m3)KQm1.210.830.50Ki1.180.790.54K31.281.000.65K71.111.961.003將不同頻率下的各時段洪量在相應的倍比下放大,得其設計洪水過程線.其計算數(shù)據(jù)見附表7、8、9,其洪水過程線圖見附圖1

27、 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)那么及起調水位起調水位防洪限制水位為78.4m,相應庫容為V1=83.5 106m3.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17m3s,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17m3s外,其余蓄在水庫, 那么總蓄水量加在防洪限制水位上,那么可得防洪高水位.20年一遇洪水,P=5%,利用水平分割法割除其發(fā)電用水量,Q1Q2Qi) i 26.66 33.38 3W (31177.74 ) 3

28、600 0.82 10 m2所以 W V 0.82 1 08 83.5 1 061 65.5 1 06 m3由水位容積曲線查得：Z=87.6mo即防洪高水位為h=87.6 m3、設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17m3s下泄, 其余蓄在水庫里,待蓄至防洪高水位后,即翻開溢洪道閘門和泄洪洞閘門,自由 泄流,通過調洪演算,得設計洪水位、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：1計算繪制q f(V q,Q)輔助曲線.t 22推求下泄過程.3求解設計洪水位、攔洪庫容、最大下泄流量.計算圖表見附表10、11,相關的圖見附圖4、5,計算結果如下：

29、3 ,qm =381.2 m /sZ 設=88.4m,V t蘭=174.5-83.5=91(106rr3)4、校核洪水位的計算方法與設計洪水計算相同,用2000年一遇設計洪水過程來進行計算 計算結果如下：qm=458nn/sZ 校=88.9m,V 攔=180.3-83.5=96.8(106吊)5、壩頂高程計算：Z設 88.4m, Z校 88.9mA殳 1.0m, A校 0.5mD 6000m,W設 1.5Wm 25.5m/sW校 Wm 17m/s1求R.查表得k沒 k校1.091.01由公式-gh2% 0.00625W1/6(gD2)1/3W2W2/日h2% 設 3.19得h2% 校 1.74

30、又由于hm h2%/2.13計算得到聯(lián)沒hm校1.50m0.82m由公式gLmgD 1/2£ 0.0386( 2)W2W2計算得到Lm 設 24.4mLm 校 16.2m求得0.8 1.09 .1.50 24.4,1 320.8 1.01 ,0.82 16.2<1 321.67m0.93m據(jù)R%/R 2.23得R設 R設 2.23 2.23 1.67 3.72m2求e. 2由公式e KW DCOS2gHm求得3.6 10 6 25.52 COS30 6000 0.02m2 9.8 40.33.6 10 6 172 COS30 60000.01m2 9.8 40.33壩頂高程計算

31、對于設計情況Z壩,設Z設R設e殳A設m求得Z壩,設88.43.720.021.093.14mZ壩,校88.90.930.010.590.34m最后確定壩頂圖程為：Z壩Max Z壩、設,Z壩、校 Max 93.14,90.3493.14m時段天然發(fā)電用余水量缺乏水量月末水平均蓄月平下游水頭平均出力(月 份)來水 (m3/s)水(m3/s )流量 (m3/s)水量( 萬 前流量 (m3/s )水量( 萬 前庫蓄水(io 6m3)水(io 6m)均水位(m)水位(m)損失(的水頭(m)Ni(KW)2月28.183月11.5811.5828.1828.1868.6846.790.521.391857.

32、72附表1豐水年出力計算(保證出力)4月13.3513.3528.1828.1868.6846.860.521.322134.675月23.9917.266.73174446.5237.3570.2947.050.522.742943.696月28.7917.2611.53298975.5161.0275.1447.050.527.593571.537月4.146.632.4964569.0672.2977.0846.560.530.021492.748月1.296.635.34138455.2262.1475.3546.560.528.291406.729月24.2017.266.94179

33、973.2164.2275.7347.050.528.183647.9010月7.987.9873.2173.2177.2246.630.530.091800.8911月1.426.635.21135059.7166.4676.1346.560.529.071445.5112月0.466.636.17159943.7251.7273.2246.560.526.161300.811月0.886.635.75149028.8236.2770.1046.560.523.041145.662月6.376.620.256428.1828.5068.7546.560.521.691076.91平均1985

34、.40附表2 中水年出力計算(保證出力)時段 (月 份)天然來水3(m /s)發(fā)電用水3(m /s )余水量缺乏水量月末水 庫畜水 (10 6m3)平均蓄 水 (10 6n3)月平 均水 位(m)下游 水位 (m)水頭 損失 (的平均 水頭 (m)出力Ni(KW)流量 (m3/s)水量( 萬 前流量 (m3/s )水量 (萬m)2月28.183月6.826.8228.1828.1868.6846.570.521.611105.354月7.317.3128.1828.1868.6846.600.521.581183.125月21.949.8712.07312959.4743.8371.5446.

35、720.524.321800.296月8.698.6959.4759.4774.8446.670.527.671803.397月23.009.8713.13340393.576.4977.7046.720.530.482256.288月5.806.780.9825490.9692.2379.7446.570.532.61661.2779月4.566.782.2257585.2188.0979.2446.570.532.171635.8410月2.966.783.8299075.3180.2678.2346.570.531.161584.4911月1.506.785.28136961.6268.

36、4776.4746.570.529.41494.9912月3.806.782.9877253.9057.7674.4946.570.527.421394.311月1.166.785.62145739.3346.6272.1246.570.525.051273.792月2.466.764.30111528.1833.7669.6846.570.522.611146.33平均 值1528.29附表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 (%)19221350I13501.791954702111605.72195528427489

37、.651956748370213.581957402465917.501958200558521.431959237651025.361960478750029.291961659848433.221962585947837.15196311601040941.0719644091140245.0019655101238748.9319662321330552.8619672441428756.7919681671528460.7219693871624464.6419703051723868.5719715001823772.5019751081923276.4319734842020080

38、.3619742872116784.2919751662216688.2119761192311992.1419772382410896.07均值417417Cv0.65頻率P (%)A次配線Q 均=417Cv=0.65Cs=3C=2.0pKpQp13.613.351395.4952.002.30959.10101.301.85769.37200.611.40582.3450-0.310.80332.9775-0.710.54224.5590-0.8950.42174.4195-0.9490.38159.7799-0.9880.36149.20附表4潛漁站一天洪量頻率計算表年份一天洪量Qi (

39、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%195427.94155.62.8541.8543.4381419558.17252.52.6951.6952.87338195629.80343.72.2431.2431.545912195722.80429.81.5300.5300.28071619588.72527.941.4340.4340.188620195911.13623.41.2010.2010.040524196015.70722.81.1700.1700.029028196152.50820.91.0730.07

40、30.005332196243.70919.871.0200.0200.000436196355.601017.20.883-0.1170.013740196414.321116.160.830-0.1700.029044196515.621215.70.806-0.1940.03774819669.501315.620.802-0.1980.039352196711.821414.320.735-0.2650.07025619689.901511.820.607-0.3930.154660196920.901611.580.594-0.4060.164564197017.201711.130

41、.571-0.4290.183768197123.40189.90.508-0.4920.24197219755.34199.50.488-0.5120.262576197319.87208.720.448-0.5520.305180197416.16218.290.426-0.5740.330084197511.58228.170.419-0.5810.33718819768.29237.610.391-0.6090.37139219777.61245.340.274-0.7260.526996總計467.57467.5724.0030.00011.4691均值19.4819.48Cv0.7

42、1頻率P (%)A次配線Q=19.48Cv=0.71Cs=3C/=2.1pKpQp13.663.6070.1052.002.4247.14101.291.9237.32200.591.4227.6450-0.320.7715.0575-0.710.509.6690-0.8690.387.4695-0.9110.356.8899-0.9190.356.77附表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)KK-1(K-1) 2P=m/(n+1)*100%195458.40186.62.6821.6822.82894195513.30279.12.4501.4502.10168195636.00358.41.8090.8090.653812195737.19449.21.5240.5240.274316195815.85542.851.3270.3270.107020195919.80639.051.2090.2090.043824196020.80737.191.1520.1520.023