渭南某水庫水文水利計算

./水文水利計算課程設計第一章

概

況一、基本情況某河是渭岸較大的一級支流,發(fā)源于嶺北麓太白山區(qū),流域面積778.7km2,干流全長51.5km,河道比降1/60～1/70。流域林木茂盛,植被良好,水流清澈,水質(zhì)優(yōu)良。該河干流上有一水文站,控制流域面積686km2。擬在該河干流上修建一水庫,其壩址位于水文站上游1.5公里處,控制流域面積673km2。該水庫將承擔著下游和渭河的防洪任務,下游的防洪標準為20年一遇洪水,水庫設計標準為100年一遇洪水,校核標準為1000年一遇洪水。該水庫建成后將承擔本地區(qū)37萬畝的農(nóng)業(yè)用水任務和臨近城市的供水任務,農(nóng)業(yè)用水的保證率為75%,城市供水的保證率為95%。二、基本資料1、徑流水文站有實測的1951～20XX逐月徑流資料?！惨姼奖?-12、洪水水文站有實測的1950～20XX洪水資料,經(jīng)整理摘錄的逐年洪峰流量〔見附表1-2,同時調(diào)查到該水文站在1890和1930年曾經(jīng)發(fā)生過兩次大洪水,其洪峰流量資料〔見表附1-2。并計算出了不同頻率洪量〔見附表1-3和典型洪水過程〔見附表1-4。3、農(nóng)業(yè)用水根據(jù)該灌區(qū)的作物組成和灌溉制度,分析計算的灌區(qū)不同頻率灌溉需水量見表12。4、城市用水城市供水每年按1.5億m3計,年采用均勻供水。5、水庫特性水庫庫容曲線〔見圖1-1。水庫死水位為728.0m,泄洪設施為開敞式無閘溢洪道,斷面為矩形,寬度為30米。根據(jù)本地區(qū)氣象資料和地質(zhì)資料,水庫月蒸發(fā)量和滲漏量分別按當月水庫蓄水量的2%和3.5%計。圖1-1

水庫水位～庫容系曲線關(guān)水庫在汛期輸水洞按其輸水能力泄洪,輸水洞進口高程為722m,徑為4m,設計流量為70m3/s。

第二章

水庫的入庫徑流特征分析一、

水文資料審查

1、資料的可靠性審查。

因為各種數(shù)據(jù)資料均摘自《水文年鑒》,故可靠性較高。

2、資料的一致性審查

因為河流發(fā)源于嶺北麓太白山區(qū)深處,流域林木茂盛,植被良好,水流清澈,水質(zhì)優(yōu)良,因此可斷定人為活動影響很小,流域下墊面條件穩(wěn)定,下面利用單累積曲線法進行代表性分析,單累積曲線見圖2-1,由圖可知該年徑流系列的一致性較好。

3、資料的代表性審查。

因為壩址距水文站上游1.5公里處,兩處控制的流域面積相差不大〔不超過20%,又因水文站具有50年的逐月徑流資料,屬長系列。

由上面的年徑流差積曲線可知,該年徑流系列的代表性較好。

二、設計表年法設計年徑流量及其年分配

1、根據(jù)月徑流變化情況,將水文年資料轉(zhuǎn)變?yōu)樗哪曩Y料,即從每年3月到來年2月為一水文年。

2、利用水文比擬法將水文站的年徑流資料轉(zhuǎn)化為壩址處的年徑流資料,即將參證站的年徑流資料經(jīng)過修正后移用于設計站,以流域面積和多年降水量為參變量,其中以流域面積為主要參變量,因為此流域無降水資料,所以只選用流域面積為參變量。年徑流的移置形式如下：

式中：F1、F2為壩址及水文站的年平均流量；

F1、F2為壩址及水文站的流域面積。

3、水庫年徑流頻率計算見表附表1。

4、利用矩法計算、Cs、Cv,其中計算的Cv=0.36,Cs=0.8,=12.17。

5、選配皮爾遜Ⅲ型頻率曲線,配線計算見表2-1,頻率曲線見附圖1。

經(jīng)過多次配線和調(diào)整參數(shù),發(fā)現(xiàn)當Cv=0.4,Cs=0.8時擬合較好。

6、年徑流頻率計算成果見表2-2

7、不同頻率的年徑流年分配

先選擇取徑流量與設計值相近的年份,再選取對工程不利的年份〔即需水時徑流量較枯,不需水時徑流量又較大的。然后利用公式：K=Qp/Qd.進行年徑流年分配,即縮放比K乘以各代表年逐月徑流,得設計年分配。不同頻率下的年徑流年分配過程見附表2。

其中：Qp設計年徑流量

Qd代表年的年徑流量第三章

洪水分析一、洪峰流量及洪量的頻率計算1、資料轉(zhuǎn)換,利用水文比擬法將水文站的洪峰流量資料轉(zhuǎn)化為壩址處的洪峰流量資料,其轉(zhuǎn)化形式為：Q設=<>0.67Q水式中：Q設

Q水壩址及水文站的洪峰流量。

F1,F2壩址及水文站的流域面積。0.67指數(shù),因為該河的流域面積超過100km2,屬中型河流,所以取0.67。2、經(jīng)驗頻率計算轉(zhuǎn)化后的洪峰流量資料屬于不連序系列,由實測系列和特大值系列共同組成,作為代表總體的一個樣本,不連序系列各項可在歷史調(diào)查期N年統(tǒng)一排位。在該洪峰流量系列中,歷史調(diào)查期N為111年,在調(diào)查期發(fā)生兩場特大洪水,即a=2；實測年n為51年,在實測年中無特大洪水發(fā)生,則有l(wèi)=0。N年的a項特大洪水的經(jīng)驗頻率用公式〔3-1計算,51項實測系列均勻分布在1-PMa頻率圍,PMa為特大洪水第末項M=a的經(jīng)驗頻率,實測系列第m項的經(jīng)驗頻率利用式〔3-2計算。3、

配頻率曲線,配線計算見表3-1,并點繪洪峰流量頻率曲線見附圖2。

經(jīng)過多次配線,發(fā)現(xiàn)當Cv=1,Cs=3時擬合較好。4、

洪水頻率計算成果表見表3-2。由此計算可查附圖2得20年一遇的洪峰流量為1330m3/s

100年一遇的洪峰流量為2240m3/s1000年一遇的洪峰流量為3610m3/s二、繪制設計洪水過程線1、采用同頻率放大法進行典型洪水過程線的放大,當選定控制時段為最大1日、最大2日、最大3日、最大4日時,按下列公式推求放大倍比：

洪峰放大倍比RQm:

RQm=Qmp/Qmd最大1d洪量放大比R1:

R1=W1p/W1d最大2d洪量放大比R2：

R2=〔W2p-W1p/<W2d-W1d>最大3d洪量放大比R3：

R3=<W3p-W2p>/<W3d-W2d>最大4d洪量放大比R4：

R4=<W4p-W3p>/<W4d-W3d>典型洪水過程線繪于圖3-1,典型洪水過程線的洪峰,不同時段的洪量乘以相應的放大倍比,得不同頻率下的設計洪水過程線。然后針對時段分界處出現(xiàn)的不連續(xù)可以用手修勻,則得不同頻率下的設計洪水過程線亦見圖3-2、圖3-3、圖3-4。從圖中推求得到不同時段的洪峰洪量見表3-3,不同歷時洪量頻率曲線見附圖3洪水放大過程中需要說明的是,最大1天洪量包括在最大2天洪量之中,同理,最大2天洪量包括在最大3天洪量之中,最大3天洪量包括在最大4天洪量之中,得出的洪水過程線上的洪峰和不同時段的洪量,恰好等于設計值。由于各時段的放大倍比不相等,放大后的過程線在時段分界處出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象,此時可徒手修勻,修勻后仍保持洪峰和各時段洪量等于設計值。第四章

興利調(diào)節(jié)計算一、各種需水量計算1、城市用水城市供水每年按1.5億m3計,年采用均勻供水,即每個月城市用水為4.76m3/s。2、農(nóng)業(yè)用水二、興利調(diào)節(jié)計算〔見附表41、代表段的選取利用差積曲線可選得代表段為水文年〔1980-1981—〔1999-2000,即代表段的年數(shù)為20年,用這20年的徑流系列求得的變差系數(shù)與總體的變差系數(shù)很接近,而均值與總體的均值相等,這說明這個代表段的選取是很合理的。2、興利調(diào)節(jié)計算水庫死水位為728.0m,并且查水位-庫容曲線圖1-1可得死庫容為330×104m3,用水包括95%保證率下的城市供水和75%保證率下的農(nóng)業(yè)用水,以及水庫的月蒸發(fā)量和滲漏損失,其月蒸發(fā)量和滲漏損失分別按當月水庫蓄水量的2%和3.5%計,再根據(jù)來水進行興利計算。

該設計為了全面考慮城市用水和農(nóng)業(yè)用水,采用試算法進行興利調(diào)節(jié)計算,先按不計損失進行計算,先假設一個庫容V,因第一個月出現(xiàn)虧水,因此第一個月對應的庫容是死庫容,然后繼續(xù)往下計算,遇到余水相加,遇到虧水相減,當算得的當月庫容大于假定設計庫容時,當月庫容以假定設計庫容計,當算得的當月庫容小于死庫容時該月庫容以死庫容計。按照順時序法進行計算,并求得各月平均蓄水量,然后按此平均蓄水量來計算水量損失。然后再考慮蒸發(fā)滲漏損失,繼續(xù)進行調(diào)節(jié)計算,計算后得到的庫容如果能夠滿足95%保證率下的城市供水和75%保證率下的農(nóng)業(yè)用水,且很接近,那么這個假定庫容就是所要求的庫容。如果不滿足則要重新假定庫容,直到滿足為止。一般要調(diào)節(jié)兩次以上計算出來的庫容才比較準確,本設計在進行調(diào)節(jié)計算時,一共進行了三次調(diào)節(jié)計算,調(diào)節(jié)計算過程見附表3。最終算的結(jié)果是正常蓄水位對應的庫容是9997萬m3,由水位~庫容關(guān)系曲線可查得正常蓄水位也就是堰頂高程為794.6m,那么：興利庫容=正常蓄水位對應的庫容是〔9997萬m3-〔死庫容330萬m3=9667萬m3在計算保證率的時候城市用水用的是月保證率,灌溉用水用的是年保證率,當城市用水有幾個月不滿足時,就計幾個月不滿足,在算保證率的時候用到以下公式：

城市用水保證率=〔代表段總月數(shù)-城市用水未滿足的年份/代表段總月數(shù)；當月初的蓄水量與本月來水量之和減去蒸發(fā)滲漏損失不能滿足用水時,要首先用來滿足城市供水,如果一年中有一個月的農(nóng)業(yè)用水不能得到滿足時,那么這一年的農(nóng)業(yè)用水都不能得到滿足,即該年為一個破壞年。

農(nóng)業(yè)用水保證率=〔代表段總年數(shù)-破壞的年數(shù)/代表段總年數(shù)

進行幾次試算可知,假設不同的庫容,可以得出不同的農(nóng)業(yè)用水保證率,據(jù)此可以繪出庫容保證率關(guān)系曲線,見圖4-1。由庫容~保證率曲線可查得農(nóng)業(yè)用水保證率對應的庫容為38.06〔m3/s.月,與進行多次調(diào)節(jié)的結(jié)果非常接近。第五章

防洪調(diào)節(jié)計算該水庫泄洪設施為開敞式無閘溢洪道,故本水庫調(diào)洪計算采用靜庫容曲線進行調(diào)洪計算。根據(jù)水庫水量平衡方程：

二、調(diào)洪演算〔見附表5、附表6、附表7利用列表試算法進行調(diào)洪計算,對任意的△t1時段,其Q1、Q2、q1、V1已知,需要求解q2和V2,其步驟是,假定水位Z2后,可以用Z2減去正常蓄水位〔794.6m求得堰上水頭H,再從水力學書查得堰流系數(shù)m=1.6,斷面為矩形,寬度為30米。運用公式q泄=mBH3/2=64H3/2計算得到堰頂泄流量,然后用q泄加上輸水洞的泄流〔70m3/s就得到總的泄流量q總,然后求W出=〔q總1+q總2/2*△t,W入=〔Q1+Q2/2*△t,△V=〔W入-W出,然后有V2=V1+△V,由水位~庫容函數(shù)關(guān)系V21=326.77×Z2,可得V21。如果V2=V21,則說明水位假設正確；如果V2不等于V21,則重新假設水位,直到V2等于V21。算完以后,看最高水位處的來水量和泄水量是否相等,如果不接近的話,則需要在峰值附近插一個時段,流量和時間都按直線插,對假設段重新進行試算,如果不接近,則重新插,直到來水量和泄水量不能在接近為止,此時的泄流量就是最大泄流量,水位就是水庫最高洪水位,然后完成假設段后面的試算,就可以得到完整的泄流過程。千年一遇、百年一遇、20年一遇的水庫調(diào)洪計算都是按照以上步驟完成的。從附表5中可以得到P=0.1%時,qm=2065m3/s,此時V=13901×104立方米,校核洪水位Z設=806.6m。從附表6中可以得到P=1%時,qm=1295.38.m3/s,此時V=12814.6×104立方米,設計洪水位Z設=803.27m。從附表7中可以得到P=5%時qm=796.72m3/s,此時V=11979.4×104立方米,防洪高水位Z防=800.72m。第六章

結(jié)論一、水庫特征水位和特征庫容因為該水庫泄洪設施為開敞式無閘溢洪道,所以正常蓄水位與防洪限制水位重合。1、正常蓄水位和興利庫容正常蓄水位：在正常運行條件下,為了滿足興利部門枯水期的正常用水,水庫在供水開始時應蓄到的最高水位,稱為正常蓄水位。

興利庫容：是指正常蓄水位到死水位之間的庫容,即水庫實際可用于徑流調(diào)節(jié)的庫容。2、防洪高水位和防洪庫容防洪高水位：當水庫下游有防洪要求時,遇到下游防護對象的設計標準洪水時,水庫經(jīng)過調(diào)洪后,壩前達到的最高水位,成為防洪高水位。防洪庫容：防洪高水位至防洪限制水位間的水庫容積,針對該水庫就是防洪高水位到正常蓄水位之間的水庫容積。3、設計洪水位和攔洪庫容設計洪水位：是指當遇到大壩設計標準洪水時,水庫經(jīng)過調(diào)洪后,壩前達到的最高水位,稱為設計洪水位。攔洪庫容：設計洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積,針對該水庫就是設計洪水位至正常蓄水位之間的水庫容積。4、校核洪水位和調(diào)洪庫容校核洪水位：是指當遇到大壩校核標準洪水時,水庫經(jīng)調(diào)洪后壩前達到的最高水位,稱為校核洪水位。調(diào)洪庫容：校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積,針對該水庫就是校核洪水位至正常蓄水位之間的水庫容積。5、總庫容：是指校核洪水位以下的全部水庫容積。二、壩頂高程的確定設計洪水位或者校核洪水位加上一定數(shù)量的風浪高值和安全超高值,就可以得到壩頂高程。具體公式如下：

Z壩＝Z設＋h浪,設＋△1

〔6-1

Z壩＝Z校＋h浪,校