工程水文與水利計(jì)算課程設(shè)計(jì)

摘要本次課程設(shè)計(jì)主要是興利、調(diào)洪計(jì)算，并且推求出不同頻率的豐水年保證的灌溉面積。同時(shí)，對(duì)《工程水文與水利計(jì)算》這門學(xué)科知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固，使我們更好的運(yùn)用其理論知識(shí)和基本方法，提高我們綜合分析和解決問(wèn)題的能力，為其他有關(guān)課程的學(xué)習(xí)和將來(lái)工作打下良好的基礎(chǔ)。提高對(duì)Excel的應(yīng)用。這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)M河進(jìn)行水文水利計(jì)算，針對(duì)防洪計(jì)算，求出P=25%和P=50%的設(shè)計(jì)年徑流、設(shè)計(jì)面暴雨、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，然后進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)并且推求不同頻率的最大下泄流量、最高洪水位，并且分析提高汛期水位是否可行。最后，進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算，求出頻率為25%求其保證的灌溉面積，即點(diǎn)繪棄水量和灌溉面積的關(guān)系曲線，并利用該曲線查出棄水量為零對(duì)應(yīng)的灌溉面積即為保證的灌溉面積。目錄TOC\o"1-5"\h\z設(shè)計(jì)資料 5設(shè)計(jì)過(guò)程 8\o"CurrentDocument"一、 設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算 8\o"CurrentDocument"二、 30年一遇的設(shè)計(jì)面暴雨過(guò)程計(jì)算 8\o"CurrentDocument"三、 設(shè)計(jì)凈雨與設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算 9（一） 由產(chǎn)匯流方案推求30年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線 9（二） 設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算 10（三） 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算 10四、 洪水調(diào)節(jié)及保壩標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核 12\o"CurrentDocument"（一） 調(diào)洪計(jì)算 12（二） 推求最大下泄量、最高洪水位 14（三） 分析提高汛限水位是否可行 17\o"CurrentDocument"五、 興利調(diào)節(jié)計(jì)算 17\o"CurrentDocument"（一） 2015年每月入庫(kù)徑流量計(jì)算 17\o"CurrentDocument"（二） 逐月蒸發(fā)損失深度計(jì)算 17\o"CurrentDocument"（三） 2015年水平年灌區(qū)總和毛灌溉量計(jì)算 17（四） 對(duì)于頻率P=25%的代表年，保證其灌溉面積的計(jì)算-18（五） 將P=25%、P=50%各個(gè)不同面積所對(duì)應(yīng)的棄水量和興利\o"CurrentDocument"庫(kù)容進(jìn)行匯總 2021總結(jié)21設(shè)計(jì)資料一、工程概況M河水庫(kù)以上流域面積94km2,總庫(kù)容2322萬(wàn)m3,。防洪為主，結(jié)合蓄水灌溉。水庫(kù)主要建筑物：大壩、溢洪道（無(wú)閘門）、放水洞?，F(xiàn)狀工程數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。工程運(yùn)行中存在問(wèn)題（與水文水利計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題）：（1） 現(xiàn)狀溢洪道堰面為漿砌石襯砌，已被破壞，不滿足設(shè)計(jì)洪水防沖要求，需新襯砌0.3m厚的混凝土。（2） V死基本淤平，影響V興。結(jié)合該水庫(kù)除險(xiǎn)加固，擬調(diào)整有關(guān)的特征水位。除險(xiǎn)加固擬調(diào)整水位特征水位或高程現(xiàn)狀/m除險(xiǎn)加固后擬調(diào)整水位/m堰頂高程130.352130.652死水位122.652124.652正常蓄水位130.352130.652

汛限水位127.652130.652汛限水位127.652130.652原設(shè)計(jì)，放水洞參加泄洪，其泄流能力小，存在安全隱患。本次規(guī)劃，放水洞不參加泄洪，擬提高Z限，使Z限=2正。防洪與興利不結(jié)合。二、防洪標(biāo)準(zhǔn)M河水庫(kù)屬于中型規(guī)模，III等工程，主要建筑物級(jí)別為3級(jí).防洪標(biāo)準(zhǔn)仍按現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)，即水庫(kù)主要建筑物設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。水庫(kù)下游防洪任務(wù)為：30年一遇洪水保下游河道及農(nóng)田，安全泄量為760m3/s,100年一遇保下游鐵路，安全泄量為1100m3/s.三、除險(xiǎn)加固后水庫(kù)允許最高水位除險(xiǎn)加固后，水庫(kù)仍按現(xiàn)狀壩頂高程，核定水庫(kù)遇100年一遇洪水允許最高洪水位為 136.622m,1000年一遇洪水允許最高水位為137.582m。四、興利標(biāo)準(zhǔn)與水庫(kù)調(diào)節(jié)性能水庫(kù)下游為井灌結(jié)合灌區(qū)，地面水灌溉保證率按50%考慮。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2005年，設(shè)計(jì)水平年采用2015年。興利調(diào)節(jié)采用年調(diào)節(jié)運(yùn)用方式。五、其他資料包括：水庫(kù)壩址斷面處年徑流量的統(tǒng)計(jì)參數(shù);M河水庫(kù)不同頻率代表年徑流量年內(nèi)分配；M河水庫(kù)流域特征參數(shù)；馬河水庫(kù)30年一遇不同頻率設(shè)計(jì)面雨量成果；水庫(kù)所在地區(qū)3d暴雨時(shí)程分配；設(shè)計(jì)洪水；2015年水平年上游耗水量；灌區(qū)2015水平年頻率50%的綜合毛灌溉定額；水位-面積、水位-容積關(guān)系；蒸發(fā)、滲漏損失計(jì)算有關(guān)資料、多年平均器測(cè)水面蒸發(fā)量月分配比；泄流設(shè)施相關(guān)資料等。設(shè)計(jì)過(guò)程一、設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算根據(jù)所給資料，推求設(shè)計(jì)頻率P=25%、P=50%的設(shè)計(jì)年徑流及其年內(nèi)分配表1.設(shè)計(jì)（P=25%，P=50%）年徑流及年內(nèi)分配頻率R（mm）W(萬(wàn)m3)P=25%124.761172.744P=50%53.01498.294根據(jù)各月徑流占年徑流百分比可求出各月徑流深及徑流量R-t、w-t，見(jiàn)表2R25%=(①CV+DR=(爵16x1.2+1)x101=124.76mmW =1000FR=1000x94x124.76=1172.744萬(wàn)m325%同理得：R50%=9+1)R=(—0.396x1.2+1)x101=53.01mW50%=1000FR=498.294萬(wàn)m3表2 M河水庫(kù)不同頻率代表年徑流總量頻率P=25%R-t(mm)W-t(m3)P=50%R-t(mm)W-t(m3)10.901.1210.5540.000.000.00020.000.000.0000.100.050.49831.101.3712.9000.700.373.48840.600.757.0362.201.1710.96153.604.4942.2170.900.484.484615.1018.84177.07718.309.7091.179729.2036.43342.42822.9012.14114.098842.1052.52493.70541.7022.10207.76893.404.2439.87210.205.4150.821102.503.1229.3172.101.1110.463111.501.8717.5900.900.484.484120.000.000.0000.000.000.000二、30年一遇的設(shè)計(jì)面暴雨過(guò)程計(jì)算暴雨計(jì)算時(shí)段取1h、6h、24h、3d，其中長(zhǎng)歷時(shí)24h、3d設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量根據(jù)雨量站資料，頻率計(jì)算求得；1h、6h設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量采用等值線圖法求得。各時(shí)段雨量乘以相應(yīng)時(shí)段點(diǎn)面折算系數(shù)即的設(shè)計(jì)面雨量。30年一遇不同頻率設(shè)計(jì)面雨量成果見(jiàn)表3表3 馬河水庫(kù)30年一遇設(shè)計(jì)暴雨成果 單位：mm計(jì)算時(shí)段1h6h24h3d雨量77187266396根據(jù)1h、6h、12h、24h、3d暴雨量資料推求3h、9h、12h、15h、18h、21h時(shí)程分配，見(jiàn)表4H=H(t./t)1-nab①，H=H(t./t)1-nab②，n=1-lg(H/H)/lg(t/t)，aia ibib ab ababn16=0.50479，n624=0.74581.根據(jù)公式①可有1h、6h、12h、24h、3d暴雨量資料推求出3h、9h、12h、15h、18h、21h暴雨量，H9=207.3mm，H12=223.0mm，H15=236.0mm，H18=247.2mm，H21=257.1mm表4 30年一遇暴雨量時(shí)段3h9h12h15h18h21h暴雨量（mm）132.7207.3223.0236.0247.2257.1三、設(shè)計(jì)凈雨與設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算（一）利用M河水庫(kù)采用的產(chǎn)、匯流方案，推求30年一遇的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線產(chǎn)流方案：M河水庫(kù)位于半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)，用初損后損法產(chǎn)流計(jì)算。該流域有設(shè)計(jì)的前期影響雨量確定設(shè)計(jì)條件下初損I0為85mm，后期平均損失強(qiáng)度f(wàn)=2.5mm/h。匯流方案：采用瞬時(shí)單位線法。參數(shù)n=1.0,參數(shù)m1經(jīng)驗(yàn)公式如下:m=3F0.65J-0.301-0.35廣_ …八…B 10-2.95bK0.25+0.38，0.1V—Ka0.25<0.30J La L其中3=[ -In(2.1%Ka0.25+0.11),0.1<%Ka0.25<0.35M河流域設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算(表5)表5 水庫(kù)所在地區(qū)3d暴雨時(shí)程分配及設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算時(shí)段（A=3h）24h面雨量分配（3日-24小時(shí)）面雨量分配率R(mm)初損(mm)后損(mm)設(shè)計(jì)凈雨量設(shè)計(jì)凈雨歷時(shí)平均雨強(qiáng)（mm/h）10.0405.25.220.0607.87.830.0101.31.340.0000.00.050.12015.615.660.07810.110.170.07810.110.180.08110.510.590.08110.510.5108.98.98.9119.99.94.93.81.21.521211.211.27.53.731313.013.07.55.531420.320.37.512.831554.354.37.546.8316132.7132.77.5125.231715.715.77.58.23180.09011.77.54.23190.09011.77.54.23200.26033.87.526.33210.0091.21.20.00220.0030.40.40.00230.00.00.00240.00.00.00合計(jì)| 1.000|396.0| 85.0|72.9|238.2|28.52| 8.4（三）M河流域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算（表6）M河流域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算表時(shí)段(△t/KS(t)S(t-△t)u(At,t)單位線設(shè)計(jì)凈雨部分地面徑流m，/s1.23.75.512.846.8125.28.24.2t=3h)00.0000q(L)0———(mm)00000000011.80.83500.83572.61.28.7223.60.9730.8350.13812603.71.4426.835.30.9950.9730.0221.895.50.224.4440.147.110.9950.0050.74512.80.080.7(06.6393.0258.91103046.840.161.0415.37340.3610.71100125.270.25,42.42956.44909.685712.511008.200.57988.886150.34359.8814.311004.22.11923.7509.8830.5916.011004.25.6651.565.041017.8110026.30.3?0.791120.1912013合計(jì)187.0238.210.432.248.0111.4407.51089.4471.636.53744 04 4407 943 31 56101.計(jì)算步驟：根據(jù)水庫(kù)流域面積F=94km2,主河道長(zhǎng)度17.7km，主河道坡度11.2000，流域平均寬度5.7km，流域面積不對(duì)稱系數(shù)0.5Ka=0.5，（B/L）Ka0.25=0.2708，m=3Fo.65j-o.3oi-o.35，K=m/n=1.6842/1=1.6842q,=10F*u（At,t）/3.6At=87.037四、洪水調(diào)節(jié)及保壩標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核（一）調(diào)洪計(jì)算1.為提高計(jì)算精度，取計(jì)算時(shí)段△t=1h，用內(nèi)差法得到結(jié)果見(jiàn)表7：表7 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線時(shí)間（h）30年一遇校核時(shí)間（h）30年一遇校核02.0003.42321221.620196.06314.8466.27022170.506144.94927.6939.11623119.39293.835310.53913.8332468.27864.364417.12620.4202560.45056.537523.71427.0072652.62348.709630.30133.0482744.79570.555735.79538.5432896.314122.074841.29044.03729147.833173.593946.78456.05530199.352171.8891065.32674.59831144.427116.9641183.86993.1403289.50162.03912102.411145.1643334.57630.01013187.917230.6713425.44420.87814273.424316.1773516.31211.74615358.930460.877367.1806.51516562.824664.771375.8505.18517766.717868.664384.5203.85518970.611845.779393.1902.99219720.947596.116402.7932.59520471.284346.452412.3972.1984226301.701

半圖解法輔助線計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表8q溢=m洪gBh已知m=0.32，B=61.7m，則q溢=87.41h：，h=Z-130.65，y=V-726表8 輔助曲線計(jì)算表AtTh水位(m)庫(kù)容V(105m3)堰頂以上庫(kù)容V'(105m3)V'/At(m3/s)q(m3/s)V'/At+q/2(m3/s)130.657260000131790.064.0177.818.099186.83132980.0254.0705.556137.108774.1101331189.0463.01286.111314.8941443.5581341418.0692.01922.222535.9582190.2011351667.0941.02613.889793.0443010.4111361942.01216.03377.7781081.6683918.6121372217.01491.04141.6671398.6974841.015137.4282321.01595.04430.5561542.4665201.788137.4312322.01596.04433.3331543.4905205.078137.652375.01649.04580.5561618.8645389.987（二）分別對(duì)不同頻率的洪水調(diào)洪計(jì)算推求最大泄洪量、最高洪水位等其中30年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程按每隔1h取值，并且不要漏掉洪峰、對(duì)每隔1h取一個(gè)值的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線響應(yīng)的洪水總量要進(jìn)行校核，應(yīng)等于設(shè)計(jì)洪水總量，或誤差不超過(guò)1%，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表81.根據(jù)上表V+q，q繪出三+q，q圖像。由各E+q的值求出q。At2 At2 At2由h=（」）：，Z=h+130.65，計(jì)算成果見(jiàn)表987.41

半圖解法調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)Q(m3/s) Q，質(zhì)) V'/△t+q/2 q(m，/s) Z(m)02.0003.42300130.6514.8466.2703.4230.332130.67427.6939.1169.3610.907130.698310.53913.83317.5701.702130.722417.12620.42029.7012.877130.753523.71427.00747.2434.577130.790630.30133.04869.6746.750130.831735.79538.54395.9729.298130.874841.29044.037125.21712.131130.918946.78456.055157.12315.222130.9621065.32674.598197.95620.355131.0291183.86993.140252.19931.347131.15512102.411145.164313.99343.869131.28213187.917230.671415.28864.395131.46614273.424316.177581.56398.090131.73015358.930460.877799.650143.891132.04416562.824664.7711116.636228.073132.54517766.717868.6641553.333347.396133.15918970.611845.7792074.601501.731133.85619720.947596.1162418.649607.562134.29220471.284346.4522407.202603.974134.27821221.620196.0632149.680523.960133.95022170.506144.9491821.783426.878133.52823119.39293.8351539.854343.405133.1402468.27864.3641290.284274.189132.7932560.45056.5371080.459218.466132.4922652.62348.709918.530175.462132.2412744.79570.555791.776141.800132.0312896.314122.074720.531126.251131.92829147.833173.593716.353125.404131.92230199.352171.889764.541134.567131.98331144.427116.964801.864144.479132.0483289.50162.039774.349137.172132.0003334.57630.010699.215121.932131.8983425.44420.878607.294103.304131.7683516.31211.746524.86886.601131.644367.1806.515450.01371.432131.524375.8505.185385.09558.277131.413384.5203.855332.00347.518131.316393.1902.992288.34038.670131.231402.7932.595252.66131.440131.156412.3972.198223.81625.595131.091422.000200.42020.854131.035

2.用式算法推求最大下泄洪量假設(shè)下泄流量q=q=qm=610m3/s，由Q-t關(guān)系線內(nèi)差t'，720.947-720.947-471.284=720.947-6101 At ，求出△t=0.444h,再根據(jù)+(Q+Q)+(Q+Q)At-(q+q)At=V-V分別推求出V、V。試算結(jié)果見(jiàn)表102 1 2 1 2 2 1 1 2表10 試算法結(jié)果匯總q假設(shè)610.000614.497614.118614.150△t0.4440.4260.4280.428V 1 1485.0001485.0001485.0001485.000△V9.0708.7028.7338.730V 2 1494.0701493.7021493.7331493.730q 2 614.497614.118614.150614.147qm614.147zm134.318vm1493.450推求不同頻率最大下泄流量及最高洪水位。匯總成果見(jiàn)表11表11 不同頻率洪水調(diào)洪計(jì)算成果匯總表30年一遇100年一遇1000年一遇s)Z成1V防（萬(wàn)q(m3m/m)Z設(shè)(Z防2、(m)V設(shè)(V防2L(萬(wàn)m3)"I03/S)Z校(m)V校（萬(wàn)m3）614.147134.4051493.7301048.100135.890135.8901438.000137.1201519.000校核洪水總量由^t=3h的30年一遇的洪水過(guò)程線的洪水總量是6307.708（m3/s）由^t=1h的30年一遇的洪水過(guò)程線的洪水總量是6303.701（m3/s）由^t=3h的30年一遇的洪水過(guò)程線的洪水總量約等于由At=1h的30年一遇的洪水過(guò)程線的洪水總量，在誤差允許范圍（0.4%<1%）之內(nèi)。（三）根據(jù)調(diào)洪計(jì)算成果，分析提高汛限水位是否可行。對(duì)Qp下⑴調(diào)洪計(jì)算，qm,3.3%=614-147m3/S<q安，3.3%=760點(diǎn)；對(duì)Qp設(shè)（t）調(diào)洪計(jì)算，Z設(shè)=135.89m<Z允=136.622m；對(duì)Qp校（t）調(diào)洪計(jì)算，Z校二137.12m<Z允=137.582m；綜上所述，提高汛限水位是可行的。五、興利調(diào)節(jié)計(jì)算（一）2015年每月入庫(kù)徑流量計(jì)算1.已知天然條件下的設(shè)計(jì)年徑流量（詳見(jiàn)表2），扣除扣除2015年水平年上游耗水量，求得入庫(kù)徑流量。成果見(jiàn)表12表12 2015年水平年逐月入庫(kù)徑流量計(jì)算表 P=25%時(shí)間上游耗水量（萬(wàn)m3）設(shè)計(jì)徑流深（mm）水庫(kù)流域面積（km2）設(shè)計(jì)徑流量（萬(wàn)m3）入庫(kù)徑流量（萬(wàn)m3）10.0001.194.00010.55410.55420.0000.094.0000.0000.00030.2001.494.00012.90012.70040.6000.894.0007.0366.43650.4004.594.00042.21741.817610.30018.894.000177.077166.77771.70036.494.000342.428340.72881.60052.594.000493.705492.10591.8004.294.00039.87238.072101.7003.194.00029.31727.617110.0001.994.00017.59017.590120.0000.094.0000.0000.000（二）逐月蒸發(fā)損失深度計(jì)算，見(jiàn)表13表13多年平均器測(cè)水面蒸發(fā)量月分配月份123456789101112月分配比（%）2.33.26.812.217.914.811.99.98.76.83.42.1蒸發(fā)22.31.67.120.176.145.117.97.85.67.33.20.量750249367057（三）2015年水平年灌區(qū)總和毛灌溉量計(jì)算。計(jì)算過(guò)程成果見(jiàn)表14表14 灌區(qū)2015年水平年毛灌溉額 單位：m3/hm2月份34567891011全年用水頻率25%64511256454800064505704110灌溉面積（hm2）1900190019001900190019001900190019001900毛灌溉量（萬(wàn)m3）122.55213.75122.5591.200122.550108.3780.9（四）對(duì)于頻率P=25%的代表年，保證其灌溉面積的計(jì)算：M河水庫(kù)計(jì)入損失年調(diào)節(jié)計(jì)算表，見(jiàn)表15計(jì)算方法：（1） 首先算不計(jì)入損失的興利庫(kù)容。根據(jù)年來(lái)水量和年用水量確定余水量和虧水量，因此求出興利庫(kù)容V興不計(jì)興不計(jì)I。（2） 根據(jù)已給資料點(diǎn)繪V-F的關(guān)系曲線（圖2）查出月平均面積。（3） 考慮蒸發(fā)和滲漏的總損失，計(jì)算出余水量和虧水量，并確定興利庫(kù)容V興計(jì)興計(jì)（4） 最后確定棄水量并進(jìn)行校核。W來(lái)-W用-W總損-W棄018表15M河水庫(kù)計(jì)入損失年調(diào)節(jié)計(jì)算表單位：萬(wàn)m3年?月來(lái)水量W來(lái)用水量W用余水量虧水量水庫(kù)蓄水量V月平均蓄水量V，月平均水面面積F，（而2）水庫(kù)水量損失考失用蒸發(fā)滲漏總損失W總深度W-蒸標(biāo)準(zhǔn)W滲68.00(mm)6166.7891.2075.58143.58105.790.71145.8510.340.022.1212.461(7340.730.00340.73484.31313.941.21117.2714.170.026.2820.458492.110.00492.11602.91543.611.5097.5614.590.0210.8725.46938.07122.5584.48518.44560.681.5185.7412.980.0211.2124.1911027.620.0027.62546.05532.241.4867.019.930.0210.6420.581117.59108.3090.71455.34500.701.4533.514.850.0210.0114.871120.000.000.00455.34455.341.4020.702.900.029.1112.01110.550.0010.55465.90460.621.4022.673.170.029.2112.3920.000.000.00465.90465.901.4131.544.460.029.3213.77312.70122.55109.85356.05410.971.3667.019.110.028.2217.33146.44213.75207.31148.73252.391.06120.2312.740.025.0517.792：541.82122.5580.7368.00108.370.70176.4012.35