工程水文及水利計(jì)算課程設(shè)計(jì)--水庫防洪復(fù)核計(jì)算.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 工程水文及水利計(jì)算課程設(shè)計(jì)題 目： 天福廟水庫防洪復(fù)核計(jì)算 目錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)2. 流域自然地理概況，流域水文氣象特征3. 防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇4. 峰、量選樣及歷史洪水調(diào)查5. 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算6. 設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算7. 壩頂高程復(fù)核計(jì)算一、設(shè)計(jì)任務(wù)天福廟水庫位于湖北省遠(yuǎn)安縣黃柏河?xùn)|支的天福廟村，大壩以上流域面積553.6km2，河長58.2km，河道比降10.6，總庫容6367萬m3，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(yùn)行近30年。1975年技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)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(duì)水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(bǔ)。3 . 設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的計(jì)算。4 . 調(diào)洪計(jì)算。5 . 壩頂高程復(fù)核。二、流域自然地理概況，流域水文氣象特征天福廟水庫位于湖北省遠(yuǎn)安縣黃柏河?xùn)|支的天賦廟村，大壩以上流域面積553.6km2，河長58.2km，河道比降10.6，總庫容6367萬m2，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。天福廟水庫位置及水系見圖KS1-1。圖KS1-1 黃柏河流域及天福廟水庫位置圖天福廟水庫于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63.3m，電站總裝機(jī)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m3。設(shè)計(jì)洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m，壩頂高程410.3m，防浪墻頂高程411.3m。庫區(qū)吹程1000m。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16.8，歷年最高氣溫達(dá)40，最低氣溫-12，平均風(fēng)速1.2m/s,多年平均最大風(fēng)速15.5m/s，風(fēng)向多為NE。流域多年平均降水量1036.3mm，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19.5%。月降雨量最少是12月，僅占全年的1.3%。2.水文測(cè)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(cè)，有比較完整的運(yùn)行資料。分鄉(xiāng)水文站是重要的參證站，控制流域面積1083.0km2。3.分鄉(xiāng)站歷史洪水。根據(jù)1982年省雨洪辦對(duì)宜昌市歷史洪水調(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(rèn)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2-4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KS1-1。表KS1-1 分鄉(xiāng)站歷史洪水成果表序號(hào)年洪峰流（m3/s）1d洪量（108m3）3d洪量（108m3）重現(xiàn)期備注12345193519841826193019584680373928201.07381.22011.66641.9500176不能定量不能定量三、防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇根據(jù)課本第七章的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇，如下表1、2、3所示。表1 水利水電樞紐工程的等級(jí)工程等級(jí)水庫防洪治澇灌溉供水水電站工程規(guī)?？値烊荩?08m3）城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性保護(hù)農(nóng)田（萬畝）治澇面積（萬畝）灌溉面積（萬畝）城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性裝機(jī)容量（104kW）一大（1）型10特別重要500200150非常重要120二大（2）型100.1重要5001002006015050重要12030三中型1.00.10中等100306015505中等305四小（1）型0.100.01一般30513350.5一般51五?。?）型0.010.001530.51表2 水工建筑物等級(jí)工程等級(jí)永久性水工建筑物級(jí)別臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別工程等級(jí)永久性水工建筑物級(jí)別臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別主要建筑物次要建筑物主要建筑物次要建筑物1134444522345553345表3 水庫工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)水工建筑物級(jí)別防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期（年）山區(qū)、丘陵區(qū)平原區(qū)、濱海區(qū)設(shè)計(jì)校核設(shè)計(jì)校核混凝土壩、漿砌石壩及其他水工建筑物土壩、堆石壩一100050050002000可能最大洪水（PMF）或10000500030010020001000二5003002000100050002000100501000300三100501000500200010005020300100四50305002001000300201010050五3020200100300200105020由分鄉(xiāng)站歷史洪水成果表，得到天福廟水庫記錄的最大洪量為4680m3/s，重現(xiàn)期為176年，以及庫容量，根據(jù)水庫工程建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)查得天福廟水庫工程等級(jí)為三級(jí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)T=50年，校核T=500年。四、峰、量選樣及歷史洪水調(diào)查1、天福廟水庫壩址1959-1977年峰、量系列根據(jù)分鄉(xiāng)站同期資料換算得出，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1978-2001年峰、量系列直接采用天福廟入庫洪水系列計(jì)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1978-2001年峰、量系列建立峰量關(guān)系；根據(jù)比峰、量關(guān)系計(jì)算歷史洪水的1d、3d洪量。具體如下：KS1-2 天福廟水庫洪峰、洪量系列年份洪峰Qm（m3/s）1d洪量W1（108m3）3d洪量（108m3）195818030.62370.996819591310.04340.066419602660.0921006640.102319626400.19990.2924196310360.37270.572519644520.13140.222319655190.14520.2319661890.08170.125319677740.18760.285219688380.28320.659419694280.15140.221319705980.22330.310319713890.16810.28771972640.03630.079719734450.14570.223319742400.08130.158919758480.14830.24819762720.0931009150.179519782990.15250.281219796340.2880.539319805710.17250.209219811260.08410.124119825820.21270.317219834370.21240.3223198423890.54890.851819851210.06130.130719862180.09790.192419874380.16770.286419882220.1154022290.318919906340.1209023340.315819928510.26350.328819934250.11950.182419941670.11770.213119952610.0985023410.433419975440.13830.318619989740.22620.413519991700.07340.168620006130.21130.315720014710.19130.2986洪峰、1d、3d洪量相關(guān)性分析結(jié)果五、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算1.對(duì)天福廟水庫壩址洪峰及1d洪量、3d洪量系列分別分別進(jìn)行頻率計(jì)算，推求出各設(shè)計(jì)頻率的設(shè)計(jì)洪峰和1d、3d設(shè)計(jì)洪量。（在幾率格紙上繪制峰、量頻率曲線）2.洪峰和洪量成果的合理分析。3.選擇典型洪水過程線。4按同頻率放大法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線，并按選擇時(shí)段t=1h繪制洪水過程線。由于天福廟水庫壩址1959-1977年峰、量系列根據(jù)分鄉(xiāng)站同期資料換算得出，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。則Q天福廟=（F天福廟/F分鄉(xiāng)站）2/3Q分鄉(xiāng)站 W天福廟1d=（F天福廟/F分鄉(xiāng)站）W分鄉(xiāng)站1d W天福廟3d=（F天福廟/F分鄉(xiāng)站）W分鄉(xiāng)站3d，計(jì)算天福廟庫區(qū)1935、1984年洪峰和1d、3d洪量。1935年Q天福廟=2992m3/s1984年Q天福廟=2390 m3/s，W天福廟1d=0.5489108m3，W天福廟3d=0.8518108m3洪峰經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表序號(hào)年份洪峰Qm（m3/s）PM（%）Pm（%）序號(hào)年份洪峰Qm（m3/s）PM（%）Pm（%）Mn由大到小排序Mn由大到小排序123456123456193529920.5621200147146.67198423891.1322196445248.89182623891.6923197344551.11193023892.2624198743853.33195818032.8225198343755.56119842389已抽到上欄一起排位26196942857.78219581803已抽到上欄一起排位27199342560.003196310366.6728197138962.22419989748.8929197829964.445199285111.1130197627266.676197584813.3331196026668.897196883815.5632199526171.118199180417.7833197424073.339196777420.0034198822275.5610196264022.2235198621877.7811197963424.4436196120080.0012199063426.6737196618982.2213200061328.8938199917084.4414197059831.1139199416786.6715198959233.3340197716288.8916198258235.5641195913191.1117198057137.7842198112693.3318199754440.0043198512195.5619196551942.224419726497.7820199648744.44繪制洪峰經(jīng)驗(yàn)頻率曲線如下圖（第一次配線）（第二次配線）由公式計(jì)算理論頻率曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)Q平均=1/nQi=627.84m3/sCv=0.71Cs=3.58Cv=2.54，查附表1得2%=3.048，0.2%=5.77。則P=2%的設(shè)計(jì)洪峰流量為Q=2%=Q平均（2%Cv+1）=627.84（3.0480.71+1）=1986.54m3/s。P=0.2%的校核洪峰量為Q=0.2%=Q平均（0.2%Cv+1）=627.84（5.770.71+1）=3199.91m3/s。1d洪量經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表序號(hào)年份1d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）序號(hào)年份1d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）MnMn119350.562119780.152546.67219840.54891.132219690.151448.89318260.54891.692319750.148351.11419300.54892.262419730.145753.33519580.62372.822519650.145255.56119580.6237已抽到上欄一起排位2619970.138357.78219840.5489已抽到上欄一起排位2719640.131460.00319630.37276.672819900.120962.22419790.2888.892919930.119564.44519680.283211.113019940.117766.67619920.263513.333119880.115468.89719960.234115.563219950.098571.11819910.233417.783319860.097973.33919980.226220.003419760.093175.561019700.223322.223519600.092177.781119890.222924.443619770.091580.001219820.212726.673719810.084182.221319830.212428.893819660.081784.441420000.211331.113919740.081386.671519620.199933.334019990.073488.891620010.191335.564119610.066491.111719670.187637.784219850.061393.331819800.172540.004319590.043495.561919710.168142.224419720.036397.782019870.167744.441d洪量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線（第一次配線）（第二次配線）W平均=1/nWi=0.19108m3Cv=0.61Cs=3.15Cv=1.92，查附表1得2%=2.89，0.2%=5.14。則P=2%的設(shè)計(jì)1d洪量為W=2%=W平均（2%Cv+1）=0.52108m3P=0.2%的校核1d洪量為W=0.2%=W平均（0.2%Cv+1）=0.79108m33d洪量經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表序號(hào)年份3d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）序號(hào)年份3d洪量（108m3）PM（%）Pm（%）MnMn119350.56 2119780.281246.67219840.85180.56 2219750.24848.89318260.85180.56 2319650.2351.11419300.85180.56 2419730.223353.33519580.99680.56 2519640.222355.56119580.9968已抽到上欄一起排位2619690.221357.78219840.8518已抽到上欄一起排位2719940.213160.00319680.65946.672819800.209262.22419630.57258.892919860.192464.44519790.539311.113019950.18666.67619960.433413.333119930.182468.89719980.413515.563219770.179571.11819920.328817.783319880.17973.33919830.322320.003419900.17975.561019890.318922.223519990.168677.781119970.318624.443619740.158980.001219820.317226.673719600.13882.221319910.315828.893819760.13884.441420000.315731.113919850.130786.671519700.310333.334019660.125388.891620010.298635.564119810.124191.111719620.292437.784219610.102393.331819710.287740.004319720.079795.561919870.286442.224419590.066497.782019670.285244.443d洪量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線（第一次配線）（第二次配線）W平均=1/nWi=0.34108m3Cv=0.54Cs=3.89Cv=2.1，查附表1得2%=2.93，0.2%=5.33。則P=2%的設(shè)計(jì)3d洪量為W=2%=W平均（2%Cv+1）=0.88108m3P=0.2%的校核3d洪量為W=0.2%=W平均（0.2%Cv+1）=1.32108m3合理性分析(1)通過對(duì)本站洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時(shí)間變化的分析和從洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨地區(qū)的變化規(guī)律的分析，以及從形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相應(yīng)的合理結(jié)論。(2)將各種統(tǒng)計(jì)時(shí)段洪量的頻率曲線繪制在一張圖紙上，在適用范圍內(nèi)不能相交。因?yàn)槿绻嘟?，就不能保證同一頻率下長時(shí)段的洪量大于短時(shí)段的洪量。選擇典型洪水過程線項(xiàng)目（1）洪峰（m3/s）洪量【（m3/s）h】一日三日P=0.2%的校核洪峰、洪量（2）3199.9121944.4436666.67典型洪水過程線的洪峰、洪量（3）2389.019879.621670.4起止時(shí)間（4）1894.726281894.726.0241894.726.07.28.24計(jì)算放大倍比KQ=Qmp/Qm典=3199.91/2389.0=1.34KW1=W1P/W1典=21944.44/19879.6=1.10KW31=（W3P-W1P）/（W3典-W1典）=（36666.67-21944.44）/（21670.4-19879.6）=8.22校核洪水過程線計(jì)算表時(shí)段(t=1h)流量（m/s）放大倍比放大流量（m/s）時(shí)段(t=1h)流量（m/s）放大倍比放大流量（m/s）096.61.1106.263744.28.22363.32415721.1629.23843.58.22357.57210851.11193.53941.78.22342.774313451.11479.540408.22328.8415681.11724.84138.38.22314.826517911.11970.14236.68.22300.852620901.122994334.88.22286.056723891.1/1.342627.9/3201.264433.18.22272.08282138.71.12352.574532.28.22264.68491465.51.11612.054631.38.22257.286101005.11.11105.614730.48.22249.88811768.81.1845.684829.58.22242.4912494.31.1543.734928.78.22235.91413584.91.1643.395027.88.22228.51614421.21.1463.325127.28.22223.58415358.71.1394.575226.68.22218.65216344.81.1379.2853268.22213.7217313.71.1345.075435.48.22290.98818232.51.1255.755524.88.22203.85619216.31.1237.935624.28.22198.92420183.51.1201.855723.58.22193.17211561.1171.65822.88.22187.416221381.1151.85922.18.22181.662231211.1133.16021.58.22176.7324103.91.1/8.22141.29/854.0586120.68.22169.33225108.48.22891.0486219.38.22158.6462691.58.22752.136318.28.22149.6042783.58.22686.376417.38.22142.2062868.68.22563.8926516.18.22132.3422953.38.22438.1266615.38.22125.7663040.98.22336.1986714.48.22118.36831518.22419.226813.58.22110.9732618.22501.426912.68.22103.5723354.88.22450.4567011.88.2296.9963448.58.22398.6771118.2290.423546.38.22380.5867210.68.2287.1323652.28.22429.084典型洪水放大過程線圖六、設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算天福廟水庫為有閘溢洪道，調(diào)洪時(shí)段t=1h，編程上機(jī)進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，并繪制入庫和下泄流量過程線圖。調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水位409m，在此水位下，左岸溢洪道2孔、壩頂溢洪道4孔全開的泄流量為2940m3/s。當(dāng)入庫洪水流量小于此流量時(shí)，通過開啟溢洪道閘孔數(shù)，使泄流量等于來水流量，保持設(shè)計(jì)蓄水位409m不變。當(dāng)入庫洪水流量大于2940m3/s 時(shí)，6孔閘門全開泄洪，庫水位開始上漲，直至達(dá)到最高水位，然后再回落至設(shè)計(jì)蓄水位409m。天福廟水庫庫容曲線根據(jù)原庫區(qū)1:2000地形圖進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，與湖北省中型水庫調(diào)度規(guī)程刊布成果一致，見表KS1-4。左岸溢洪道壩頂高程398.0m，2孔，每孔凈寬13.0m，為弧形閘門控制。壩頂溢洪道堰頂高程402.4m，4孔，每孔凈寬8.0m，亦為弧形閘門控制。兩溢洪道堰型均為WES標(biāo)準(zhǔn)型剖面實(shí)用堰，流量計(jì)算公式為Q=cmnb2gH3/2由該式計(jì)算泄洪建筑物泄流曲線，見表KS1-4.KS14 天福廟水庫庫容曲線和泄洪建筑物泄流曲線庫水位庫容（104m3）左岸溢洪道q1（m3/s）壩頂溢洪q2（m3/s）合計(jì)泄洪量q（m3/s）3983460000399367037037400389010701074014100216021640243253650365403454553025555404477573010383340550049222301152406523511304001530407551513456051950408579015828352417409604518451095294041063102115137534904116596237016954065水位容積曲線泄流曲線推求下泄流量過程線：由天福廟水庫庫容曲線和泄洪建筑物泄流曲線表知，起始V1=3460，q1=0，已知第一時(shí)段Q1=128.Q2=755.04，用列表試算法，假定q2值。由水量平衡方程V2=（Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2+V1得V2值。假定第一時(shí)段q2=30m3/s，所以V2=3613.46*104m3，以第一時(shí)段的V2、q2作為第二時(shí)段初的V1、q1,重復(fù)第一時(shí)段試算過程，連續(xù)試算得：時(shí)段Q(Q1+Q2) t/2qVZ（m3/s）(*106m3/s)(m3/s)(*104m3)（m）01281.589034603981755.043.937303613.4639821432.25.7741203980.1640031775.46.9214004463.9340242069.87.9818504931.0640452364.129.22116005288.16406627