三峽大學(xué)水文水利計算課程設(shè)計

1、水文水利計算課程設(shè)計說明書姓 名： 班 級： 2013 學(xué) 號： 2013 學(xué) 院：水利與環(huán)境學(xué)院 指導(dǎo)老師： 2016年1月歡迎下載名目第1章 設(shè)計任務(wù).1第2章 設(shè)計資料.12.1工程概況.12.2計算資料.1第3章 設(shè)計年徑流分析計算.23.1設(shè)計年徑流計算.23.2設(shè)計年內(nèi)安排的推求.5第4章 興利調(diào)整.74.1興利庫容.74.2死水位計算.8第5章 防洪計算.85.1設(shè)計洪水計算.85.2水庫防洪調(diào)整計算.205.3壩頂高程的確定.41第6章 設(shè)計體會.41歡迎下載第1章 設(shè)計任務(wù)在流域上擬修建一水庫，因而要進行水庫規(guī)劃的水文水利計算，其任務(wù)如下：（1）求豐水年（P，具體P 值見EX

2、CEL 表）、平水年（P50%）、枯水年（1-P%） 3種典型年的年徑流量及其年內(nèi)安排。（2）不同頻率設(shè)計洪水及其過程線推求（壩址、水文站、區(qū)間三部分）相應(yīng)的接受由流量資料推求與推理公式法推求。（3）興利調(diào)整計算、興利庫容及正常蓄水位的推求。（4）泄洪建筑物尺寸選擇、水庫設(shè)計洪水調(diào)洪計算。（5）水庫死水位、正常蓄水位、壩頂高程的確定。（6）成果整理與分析。第2章 設(shè)計資料2.1 工程概況擬在湖北省某流域A處修建一水庫。水庫壩址以上區(qū)域為山區(qū)或半山區(qū)，流域多年平均降雨1843mm，多年平均徑流深1250mm。汛期為5-9月，豐水、枯水期較為明顯。降雨主要集中于5-9月，約占全年降雨量的70%，最

3、大年水面蒸發(fā)值為1108mm，庫區(qū)滲漏損失按中等地質(zhì)條件考慮。該水庫開發(fā)目標以防洪、澆灌為主。水庫下游有一城市（防護地區(qū)），人口42萬，在防護區(qū)位置B處有一水文站，擁有該河流的水位及流量資料。水庫與防洪區(qū)間有2條河流匯入干流?？紤]上游有文物愛護，正常蓄水位不能超過448m，依據(jù)綜合利用要求，死水位不低于423m。2.2 計算資料（1）壩址1958-1983 年共25 年逐月平均流量。（2）上游站年最大洪峰、1 日洪量、3 日洪量資料統(tǒng)計表。（3）水文站典型洪水過程。（4）水庫特性曲線。（5）澆灌用水過程表。 表2-1 水位庫容曲線Z(m)4054104154204254304354404454

4、50V(萬m3)30110300620106016402390330044305800第3章 設(shè)計年徑流分析計算3.1 設(shè)計年徑流計算水庫壩址具有1985-1982年共25年實測逐月平均流量資料，見下表3-1。表3-1 壩址歷年各月平均流量單位：m3/s年/月12345678910111219583.2 2.1 11.1 8.5 11.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 19593.0 2.2 4.4 4.7 15.7 41.3 23.6 26.9 39.7 7.5 4.6 3.7 19602.9 3.7 9.4 12.2 24.8 47.2 10.9 32.

5、5 10.2 5.5 4.2 3.4 19614.7 3.3 4.6 8.1 33.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 19623.0 2.9 2.9 2.8 46.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3 196311.3 8.0 6.0 5.8 2.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 19642.4 3.1 2.9 10.5 10.0 37.2 9.1 35.4 15.0 10.1 4.2 3.3 19652.9 3.9 4.5 10.4 9.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6.

6、3 4.0 19663.2 4.4 7.2 19.5 2.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 19672.5 6.6 5.9 6.7 9.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9 3.2 3.2 19689.6 11.4 18.8 11.5 26.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 19695.7 3.6 14.2 11.5 16.6 21.9 11.9 33.0 17.8 8.0 5.1 4.2 19703.2 3.5 2.9 2.7 19.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 19713.4

7、 4.3 2.0 8.0 16.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 19725.1 4.4 4.5 30.7 14.0 40.6 16.8 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 19733.6 3.7 3.6 7.7 42.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 19747.7 9.1 17.7 16.8 24.5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0 19754.1 5.3 8.5 16.4 46.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 19765.0 3.9 3.6

8、4.4 9.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 19774.1 4.2 11.4 18.7 17.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 19783.4 4.4 18.7 14.6 25.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 19793.3 6.3 14.2 19.7 21.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 19803.1 4.7 10.7 14.7 32.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 19813.5 4.2 6.9 10.1 15

9、.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 19826.1 18.0 34.6 33.3 14.4 17.4 17.0 18.1 9.5 6.9 6.0 4.3 對實測樣本資料系列進行牢靠性、全都性和代表性的審查，經(jīng)初步審查，實測資料可用于本次設(shè)計。將歷年各月平均流量轉(zhuǎn)化為水利年逐月平均流量，如下表3-2。表3-2 水利年逐月平均流量 單位：m3/s5678910111212341958195911.3 16.7 63.2 32.0 37.0 12.2 6.0 3.8 3.0 2.2 4.4 4.7 1959196015.7 41.3 23.6 26.9 39.7 7

10、.5 4.6 3.7 2.9 3.7 9.4 12.2 1960196124.8 47.2 10.9 32.5 10.2 5.5 4.2 3.4 4.7 3.3 4.6 8.1 1961196233.4 18.2 28.4 47.8 63.9 15.9 8.7 6.2 3.0 2.9 2.9 2.8 1962196346.4 57.9 24.7 16.6 18.5 12.1 5.9 4.3 11.3 8.0 6.0 5.8 196319642.6 36.7 57.1 16.2 18.7 6.9 6.9 3.5 2.4 3.1 2.9 10.5 1964196510.0 37.2 9.1 35.

11、4 15.0 10.1 4.2 3.3 2.9 3.9 4.5 10.4 196519669.1 37.5 37.0 17.8 8.1 9.8 6.3 4.0 3.2 4.4 7.2 19.5 196619672.4 40.0 20.9 25.4 10.6 6.3 3.8 4.0 2.5 6.6 5.9 6.7 196719689.6 15.8 20.5 8.3 7.2 3.9 3.2 3.2 9.6 11.4 18.8 11.5 1968196926.6 46.6 14.3 12.7 5.7 6.7 3.3 4.2 5.7 3.6 14.2 11.5 1969197016.6 21.9 11

12、.9 33.0 17.8 8.0 5.1 4.2 3.2 3.5 2.9 2.7 1970197119.6 31.6 24.2 28.9 43.8 10.4 5.6 5.9 3.4 4.3 2.0 8.0 1971197216.2 22.5 8.2 11.5 18.4 6.5 3.7 5.4 5.1 4.4 4.5 30.7 1972197314.0 40.6 16.8 42.9 14.8 8.0 5.8 5.0 3.6 3.7 3.6 7.7 1973197442.4 30.6 40.6 22.3 25.3 14.4 8.2 4.5 7.7 9.1 17.7 16.8 1974197524.

13、5 22.2 18.7 15.6 5.9 14.6 13.6 6.0 4.1 5.3 8.5 16.4 1975197646.2 37.8 15.8 27.3 23.3 29.0 8.0 8.1 5.0 3.9 3.6 4.4 197619779.7 28.6 27.8 30.9 18.2 12.0 7.3 5.1 4.1 4.2 11.4 18.7 1977197817.9 40.2 12.3 17.0 10.0 11.8 4.5 4.3 3.4 4.4 18.7 14.6 1978197925.5 36.2 15.3 20.6 9.2 6.0 5.2 3.4 3.3 6.3 14.2 19

14、.7 1979198021.9 27.8 11.9 11.6 20.7 5.4 3.9 2.8 3.1 4.7 10.7 14.7 1980198132.4 11.2 13.7 18.9 15.5 8.3 6.1 4.0 3.5 4.2 6.9 10.1 1981198215.5 29.4 14.7 17.9 24.1 9.6 6.3 4.4 6.1 18.0 34.6 33.3 1982198314.4 17.4 17.0 18.1 9.5 6.9 6.0 4.3 此處先計算各水利年年徑流量并對其排位，見下表3-1。表3-3 年徑流量頻率計算年份排位系列值頻率19731974 1 239.6

15、0.040 19611962 2 234.10.080 19621963 3 217.50.120 19811982 4 213.90.160 19751976 5 212.40.200 19581959 6 196.50.240 19591960 7 191.20.280 19701971 8 187.70.320 19761977 9 1780.360 19631964 10 167.50.400 19721973 11 166.50.440 19781979 12 164.90.480 19651966 13 163.90.520 19601961 14 159.40.560 19771

16、978 15 159.10.600 19741975 16 155.40.640 19681969 17 155.10.680 19641965 18 1460.720 19791980 19 139.20.760 19711972 20 137.10.800 19661967 21 135.10.840 19801981 22 134.80.880 19691970 23 130.80.920 19671968 24 1230.960 將閱歷頻率P和對應(yīng)的水文年總來水量作為點據(jù)點繪在海森概率格紙上，并接受矩法估量P-III型曲線分布密度中的未知參數(shù)，依據(jù)分布參數(shù)運用頻率計算方法可以求出在這種

17、參數(shù)下Xp-p的關(guān)系，從而可以繪制理論頻率曲線，并與閱歷頻率點據(jù)繪制在同一張概率格紙上。再進行擬合狀況的檢查，假如點線擬合得好，所給參數(shù)即為適線法的估量結(jié)果，假如擬合效果較差，則需要調(diào)整參數(shù)，重新繪制理論頻率曲線直到點線擬合效果好為止，最終的參數(shù)即為適線法估量結(jié)果。見下圖3-1。圖3-1 年徑流量頻率曲線推求頻率為10%，50%，90%的豐，平，枯年份的年徑流量，作為三個設(shè)計代表年的設(shè)計值。求出頻率為10%，50%，90%的豐、平、枯年份的年徑流量，分別為221.66m3/s、165.32m3/s、128.36m3/s。Ex=171.20,Cv=0.22,Cs=0.95。3.2設(shè)計年內(nèi)的推求在

18、選擇枯水代表年時，19691970年和19671968年的年徑流量均與設(shè)計年徑流量相近，按下列原則進行選擇：1) 選取年徑流量接近于設(shè)計流量的代表年徑流量過程線。2) 選取對工程不利的代表年徑流過程線。依據(jù)以上原則，對枯水年最終選擇19691970年作為典型年。同理，確定典型年為19751976、19781979、19691970。然后求出縮放倍比，見下表3-4.表3-4 設(shè)計年徑流與典型年徑流設(shè)計頻率設(shè)計年平均流量(m³/s)典型年典型年平均流量(m³/s)縮放倍比豐水年0.1221.6619621963217.50.981平水年0.5165.3219781979164.

19、90.997枯水年0.9128.3619691970130.81.019求出放大倍比為豐水年：0.98，平水年：1.00，枯水年：1.02。按設(shè)計年徑流量為把握用同倍比方法縮放各代表年的逐月年內(nèi)安排 。見下表3-5。表3-5 設(shè)計年徑流量 單位：m3/s設(shè)計豐水年19621963設(shè)計平水年19781979設(shè)計枯水年19691970典型設(shè)計典型設(shè)計典型設(shè)計546.445.525.525.516.616.9657.956.736.236.221.922.3724.724.215.315.311.912.1816.616.320.620.63333.7918.518.19.29.217.818.21

20、012.111.96688.2115.95.85.25.25.15.2124.34.23.43.44.24.3111.311.13.33.33.23.3287.86.36.33.53.6365.914.214.22.93.045.85.719.719.72.72.8第4章 興利調(diào)整4.1 興利計算用設(shè)計枯水年的來水量及用水過程進行興利調(diào)整計算，求興利庫容。（參考教材227頁）得表4-1表4-1 枯水年興利計算月份來水流量（m3/s）用水流量（m3/s）余水量（m3/s）·月虧水量 （m3/s）·月水庫蓄水量（m3/s）·月棄水量 （m3/s）·月興利庫容

21、（m3）516.67.88.8048854016621.97.514.48.8711.97.34.618.64.68335.527.518.64.6917.86.611.218.627.51086.61.418.611.2115.15.40.318.61.4124.25.2118.313.273.817.323.56.73.213.532.97.84.910.342.78.15.45.4合計130.881.567.918.6049.3水庫月末蓄水量流量最大值為18.6m3/s）·月，則興利庫容V興=18.6×2626560=48854016m3由表2-1繪制水位庫容關(guān)系曲線

22、，見下圖4-1。圖4-1 水位-庫容關(guān)系曲線4.2 死水位的確定水庫使用年限為50年。依據(jù)下式計算淤積庫容： V 淤FST(1+E)/式中：V 淤淤積庫容； F流域面積，km2； S年侵蝕模數(shù)，t/(km2a)； T淤積年限； E推移質(zhì)占泥沙懸移質(zhì)的百分數(shù)，%； 泥沙容重，t/m3；澆灌引水洞直徑 D3m，洞下緣離淤積高程1.5m，上緣離死水位1.5m。由F=354 km2，S=229 t/(km2a)，E=0.29%，=1.3 t/m3，求得淤積庫容為402.21萬m3。查水位庫容關(guān)系曲線，內(nèi)插得淤積高程為416.60m。淤積高程加上引水洞直徑3m、洞下緣離淤積高程1.5m、上緣離死水位1.

23、5m得死水位422.60m。由已算的死水位查水位庫容曲線得死庫容848.8m3，加上興利庫容之后，得總庫容5734.2m3，連續(xù)用水位庫容關(guān)系曲線查的正常蓄水位為449.76m。第5章 防洪計算5.1 設(shè)計洪水計算1、洪水資料的分析與處理（1）洪水資料的選擇。選年最大洪峰流量、年最大時段洪峰量作為樣本，可得洪峰和各時段的洪量系列。歷年洪峰、1日洪量、3日洪量如表5-1。表5-1 水文站洪峰特征統(tǒng)計年份洪峰(m3/s)1日洪量(萬m3)3日洪量資料統(tǒng)計(萬m3)19587453170647619592942030343619607283600505619618583300444619625341

24、200239619635913360520619644521190-119654402130359619663361430261619673838501686196862615902226196924610602336197024114803146197118310001596197240323103306197351518202526197437112001886197539917502556197641711602936197724511602436197816010302036（2）洪水資料的審查。洪水資料的審查主要包括3個方面的內(nèi)容：牢靠性審查、全都性審查、代表性審查。對樣本資料進行三

25、性審查，審查結(jié)果抱負，樣本資料可用。（3）閱歷頻率、統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計值計算去除需要插補的年份，將洪峰與3日洪量、1日洪量與3日洪量系列建立相關(guān)關(guān)系。見圖5-1、5-2。圖5-1 洪峰-3日洪量相關(guān)圖圖5-2 1日-3日洪量相關(guān)圖比較可知：1日與3日洪量相關(guān)性更好，因此接受1日與3日相關(guān)方程插補1964年缺測數(shù)據(jù)得1964年3日洪量為2232.66萬m3。2、閱歷頻率、統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計值計算（1）依據(jù)不連序系列進行洪水頻率計算。（2）對于特大洪水要求依據(jù)分別處理法和統(tǒng)一處理法分別計算閱歷頻率，并對比兩種方法對適線結(jié)果的影響。對洪峰序列接受統(tǒng)一處理法和分別處理法進行閱歷頻率計算，得出閱歷頻率如下表5-

26、2。表5-2 洪峰頻率計算調(diào)查、考證期N（n）年份洪峰(m3/s)排位統(tǒng)一處理法頻率分別處理法頻率1101869175010.91%0.91%1938162021.81%1.81%實測期21196185816.27%4.55%1958745210.74%9.09%1960728315.20%13.64%1968626419.66%18.18%1963591524.13%22.73%1962534628.59%27.27%1973515733.05%31.82%1964452837.52%36.36%1965440941.98%40.91%19764171046.44%45.45%1972403

27、1150.91%50.00%19753991255.37%54.55%19673831359.83%59.09%19743711464.29%63.64%19663361568.76%68.18%19592941673.22%72.73%19692461777.68%77.27%19772451882.15%81.82%19702411986.61%86.36%19711832091.07%90.91%19781602195.54%95.45%一些爭辯也表明，統(tǒng)一處理法公式更具有理論依據(jù)。所以，通常傾向于使用同一處理法。統(tǒng)一處理法計算得到的洪峰流量頻率曲線如下圖5-3圖5-3 統(tǒng)一處理法洪峰適

28、線接受統(tǒng)一處理法，對1日洪量序列進行閱歷頻率計算，得出閱歷頻率見下表5-3。表5-3 1日洪量頻率計算排位1日洪量頻率136004.55%233609.09%3330013.64%4317018.18%5231022.73%6213027.27%7203031.82%8182036.36%9175040.91%10159045.45%11148050.00%12143054.55%13120059.09%14120063.64%15119068.18%16116072.73%17116077.27%18106081.82%19103086.36%20100090.91%2185095.45%圖

29、5-4 1日洪量頻率曲線接受統(tǒng)一處理法，對3日洪量序列進行閱歷頻率計算，得出閱歷頻率見下表5-4。表5-4 3日洪量頻率計算排位3日洪量頻率164290.0455 251590.0909 350090.1364 443990.1818 537190.2273 635490.2727 733890.3182 830990.3636 928890.4091 1025690.4545 1125090.5000 1224790.5455 1323890.5909 1423490.6364 1522890.6818 1621790.7273 1720990.7727 1819890.8182 19183

30、90.8636 2016390.9091 2115490.9545 圖5-5 3日洪量頻率曲線最終接受統(tǒng)一處理法適線結(jié)果計算洪水設(shè)計特征值，如下表：表5-5 洪水設(shè)計特征值計算表頻率洪峰(m3/s)1日洪量(萬m3)3日洪量(萬m3)P=5%1205.663656.825633.68P=2%1505.94481.926817.54P=1%2272.466536.579767.523、設(shè)計洪水過程的擬定由設(shè)計資料可知下游的城市有人口42萬人，依據(jù)教材47頁表3-1可知城市屬于中等城市，防洪標準為10050，所以設(shè)計頻率為1%，2%。對給定的典型洪水流量進行線性插值得出每個小時的流量和時段洪量，推

31、算出各時段放大倍比，見下表5-6。接受同頻率放大發(fā)對典型洪水過程進行放大，推求出水文站B的各頻率設(shè)計洪水。成果見表5-7.表5-6 各頻率洪峰、洪量、放大倍比1日典型設(shè)計倍比3日典型設(shè)計倍比洪峰典型設(shè)計倍比5%3551 3766 1.06 50096210 1.24 1001874 0.87 1.68 2%4535 1.28 7628 1.52 1009 1.01 2.12 1%5096 1.44 8695 1.74 1106 1.11 2.47 表5-7 同頻率法設(shè)計洪水過程線計算表典型洪水過程線倍比放大后流量月日時刻(時)洪水流量(m3/s)P=5%P=2%P=1%P=5%P=2%P=1%

32、9.1212301.061.281.441315179.1213321.061.281.441417199.1214461.061.281.441518209.1215601.061.281.441619229.1216741.061.281.441720239.12171691.061.281.441822249.12182641.061.281.441923269.12192851.061.281.442024279.12203091.061.281.442126299.12213461.061.281.442227309.12224031.061.281.442328329.122342

33、11.061.281.442429339.12245111.061.281.442531359.1317431.061.281.441119.1329071.061.281.442339.13310010.871.001.103339.1348271.061.281.444569.1355991.061.281.445679.1365331.061.281.446899.1375111.061.281.4479109.1384741.061.281.44810129.1394161.061.281.441012139.13103591.061.281.441113149.13113011.06

34、1.281.441214169.13122431.061.281.441315179.13132161.672.122.482228329.13142021.672.122.482330359.13151881.672.122.482532379.13161731.672.122.482734409.13171571.672.122.482836429.13181521.672.122.483038459.13191451.672.122.483240479.13201371.672.122.483342509.13211301.672.122.483545529.13221231.672.1

35、22.483747559.13231151.672.122.483849579.13241081.672.122.484051609.1411031.672.122.482229.142991.672.122.483459.143941.672.122.485679.144891.672.122.4878109.145851.672.122.48811129.146801.672.122.481013159.147791.672.122.481215179.148771.672.122.481317209.149761.672.122.481519229.1410751.672.122.481

36、721259.1411731.672.122.481823279.1412721.672.122.482025309.1413701.672.122.482228329.1414691.672.122.482330359.1415671.672.122.482532379.1416651.672.122.482734409.1417631.672.122.482836429.1418621.672.122.483038459.1419601.672.122.483240479.1420581.672.122.483342509.1421561.672.122.483545529.1422551

37、.672.122.483747559.1423531.672.122.483849579.1424511.672.122.484051609.151491.672.122.482229.152481.672.122.483459.153461.672.122.485679.154441.672.122.4878109.155421.672.122.48811129.156411.672.122.481013159.157391.672.122.481215179.158371.672.122.481317209.159351.672.122.481519229.1510341.672.122.

38、481721259.1511321.672.122.481823279.1512301.672.122.48202530圖5-6 不同頻率下水文站B處設(shè)計洪水過程線按（F設(shè)/F參）0.7 倍數(shù)把上游的水文站洪峰流量放大為壩址的設(shè)計及校核的洪水過程線。已知：F設(shè)=393km2；F參=452km2。 計算得：（F設(shè)/F參）0.7 =0.90673 由此推算得壩址設(shè)計洪水過程如下：表5-8 壩址洪水推求洪水流量(m3/s)P=5%P=2%P=1%130 29 35 39 232 31 37 42 346 44 53 60 460 58 70 78 574 71 86 96 6169 162 196

39、220 7264 254 306 344 8285 274 331 371 9309 297 359 402 10346 333 402 450 11403 387 468 525 12421 405 489 548 13511 491 593 665 14743 714 862 967 15907 872 1053 1181 161001 790 908 995 17827 795 960 1076 18599 576 695 780 19533 512 619 694 20511 491 593 665 21474 456 550 617 22416 400 483 542 23359 345 416 467 24301 289