水文水利计算课程设计.docx
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1、目 录第一章 设计水库概况11.1流域概况11.2工程概况1第二章 年径流分析计算42.1 径流资料来源42.2 年径流资料的审查42.2.1 资料可靠性审查42.2.2 资料一致性审查42.2.3 资料代表性审查42.3 设计年径流分析计算42.3.1 水利年划分42.3.2 绘制年径流频率曲线42.3.2.1 频率曲线线型选择42.3.2.2 经验频率计算52.3.2.3 频率曲线参数估计52.3.2.4 绘制频率曲线52.3.3 计算成果72.3.4成果合理性分析72.4 设计代表年径流分析计算72.4.1 代表年的选择应用实测径流资料选择代表年的原则:72.4.2 设计代表年径流年内分
2、配计算72.4.3 代表年内径流分配成果7第三章 设计洪水分析93.1 洪水资料的审查93.1.1 洪水资料可靠性审查93.1.2 洪水资料一致性审查93.1.3 洪水资料代表性审查93.2 特大洪水的处理93.3 设计洪水分析计算93.3.1 频率曲线线型选择93.3.2 经验频率计算93.3.3 频率曲线参数估计103.3.4 绘制频率曲线103.3.5 成果合理性分析133.3.6 计算成果133.4 设计洪水过程线133.4.1 典型洪水过程线的选取133.4.2 推求设计洪水过程线方法133.4.3 计算成果143.4.4 设计洪水过程线的绘制14第四章 兴利调节164.1 兴利调节
3、计算的方法164.2 兴利调节计算164.2.1 来水量的确定164.2.2 用水量的确定164.2.2.1 灌溉用水量的确定164.2.2.2 城镇生活供水164.2.3 死水位与死库容的确定174.2.3.1死水位的确定174.2.3.2 死库容的确定174.2.3水量损失的确定184.2.4 渗漏损失184.2.5 计入水量损失的兴利调节184.2.7 计算成果18第五章 水库调洪演算205.1 泄洪方案的拟定205.2 水库调洪的基本原理205.3 水库调洪的列表试算法215.4 计算成果225.4.1 不同重现期洪水的水库调洪试算225.4.2 特征水位及特征库容25参 考 文 献2
4、6 27第一章 设计水库概况1.1流域概况石堡川河系洛河左岸的一级支流,发源于陕西省黄龙山脉的宜川县丰河沟海拔1700m的中字梁,流经宜川、黄龙、洛川、白水等县,于白水县法家塔汇入洛河。流域面积950.3km2,河流全长79.3km,是洛河的第四大支流,河流水系分布见图1-1。石堡川河流域属暖温带大陆季风气候区,冬季寒冷干燥,夏季炎热多雨,春秋两季为过渡期。石堡川水库坝址缺乏气象资料,而黄龙气象站位于坝址以上流域中心处,故借用黄龙气象站的观测资料加以说明。黄龙气象站1952年设立,位于北纬3535,东经10950。据该站19601998年实测资料统计,多年平均降水量为575mm,多年平均气温为
5、8.5,极端最高气温36.9(1991年7月20日),最低气温为-25.1(1991年12月28日);多年平均蒸发量1561mm,多年平均风速2.5m/s,最大风速13.0m/s(1977年5月13日),风向NNE;多年平均相对湿度63%,多年平均地温10.6,多年平均日照时数2118.75h。根据流域规划,拟在洛川县石头乡盘曲河村东500m修建一水库,水库坝址以上流域面积820km2,河道长62.1km,河床平均比降8.3%。坝址位于黄土塬区,坝址处河床高程884m。坝址以上流域海拔高程8801700m,流域中上游为黄土林区,占坝址以上流域的四分之三,区内高山起伏,河谷狭窄,森林茂密;流域下
6、游为黄土塬区,占坝址以上流域的四分之一,沟壑纵横,植被为荒草及少量灌木,总体较差。1.2工程概况水库以灌溉为主,兼顾防洪、供水等多项任务。水库灌溉设计保证率为75%。水库承担着下游0.5万人民群众的生活全保障任务,同时还涉及到下游西延铁路、渭清铁路、108国道、王莽寨电站、党家湾电站、蒲白煤矿供水站、洛惠渠渠首等工程的防洪安全。根据防洪标准(GB50201-2014)和“水利水电工程等级划分及洪水标准”(SL252-2000),该水库为等中型水利工程,主要建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级,水库的防洪标准维持2000年除险加固时采用的防洪标准不变,即100年一遇洪水设计,1000年一遇洪水
7、校核。图4-1 石堡川水库流域水系图水库枢纽由拦河大坝、输水洞、泄洪洞、泄洪底洞和溢洪道五部分组成。输水洞位于大坝左侧,全长171.1m,进口底坎高程905.7m,出口高程905.12m,比降1/300,洞径2.4m,为钢筋混凝土衬砌的圆形有压洞。该洞最大引水能力56m3/s,进口为喇叭型,控制建筑物为圆形放水塔,塔径4.8m,塔高36.8m;放水塔设平板工作闸门和检修闸门各一扇,尺寸为2.4m2.4m。输水洞主要任务是输水灌溉和供水。泄洪洞位于大坝左岸。全长402.6m,进口高程920m,比降1/14,洞身为4.6m6.0m的圆拱直墙型无压隧洞,最大泄洪能力300m3/s。进口设有平板工作闸
8、门与检修闸门各一扇,孔口尺寸为4.6m4.5m,工作闸门启闭机采用QPG630KN-17m,检修闸门启闭机采用QPG320KN-17m。泄洪底洞位于大坝右岸,由施工导流洞改建而成。全长317.9m,进口高程896.5m,出口高程883.3m,比降1/50,洞径2.0m 的圆形压力隧洞,最大泄洪能力为43m3/s;放水塔为圆形,塔径4.0m,塔高45.15m,分别设有平板工作闸门和检修闸门各一扇,闸门尺寸为2.0m1.8m,工作闸门启闭机采用QPG630KN-42m,检修闸门采用启闭机QPG320KN-42m,该洞以泄洪和排沙为主。第二章 年径流分析计算2.1 径流资料来源由于石堡川水库坝址缺乏
9、气象资料,而上游黄龙气象站与坝址控制水面面积小于5%所以可用水文比拟法直接引用。2.2 年径流资料的审查2.2.1 资料可靠性审查 获得的水文资料均来自水文站观测得到,观测质量较好,且每年的观测资料都经水文与水资源局整编,认为资料精度可靠。 2.2.2 资料一致性审查 就年径流系列而言,它的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳定性上。一般可以认为气候条件的变化极其缓慢,它相对稳定。拟在洛川县石头乡盘曲河村东500m处,坝址以上流域海拔高程8801700m,流域中上游为黄土林区,占坝址以上流域的四分之三,区内高山起伏,河谷狭窄,森林茂密;流域下游为黄土塬区,占坝址以上流域的四分之一,沟壑纵横,
10、植被为荒草及少量灌木,总体较差。且上游无水库、引水工程,因此可以认为年径流资料具有一致性。 2.2.3 资料代表性审查 该水文站具有 19752015 年共 41年的月平均流量资料,可认为是长期实测径流资料而且资料包括了丰、平、枯三种水文情况。此外,该水文站位于该河上,水文站的径流资料与设计水库的径流资料存在成因联系,所以该资料系列具有代表性。 2.3 设计年径流分析计算 2.3.1 水利年划分 根据不同设计保证率下用水资料和多年年径流来水资料,可以看出从各年 8 月份水库开始有余水,到次年 7 月份缺水结束。所以,将每年 8 月份作为这一水利年的起始月,而将下一年 7 月份为这一水利年的终止
11、月。2.3.2 绘制年径流频率曲线 2.3.2.1 频率曲线线型选择 根据 SL278-2002 中规定“径流频率曲线的线型应采用皮尔逊型”故年径流频率线型采用皮尔逊型。 2.3.2.2 经验频率计算 根据 SL278-2002 中规定,在𝑛项连序径流系列中按大小次序排列的第𝑚项的经验频率应按下式数学期望公式计算 P=mn+1 (2-1)式中𝑚取 1,2,,n。 2.3.2.3 频率曲线参数估计 根据 SL278-2002 中规定,年径流频率曲线的统计参数采用均值、变差系数和偏态系数表示统计参数可用矩法等方法初估。 CV=1n-1i=141(ki
12、-1)2=1407.05=0.42 (2-2)Cs=3CV=1.26 (2-3)2.3.2.4 绘制频率曲线根据估计所得统计参数,绘制出频率曲线,发现该曲线配线效果不佳,因此,根据 SL278-2002 中规定,用适线法调整确定,适线时应在拟合点群趋势的基础上侧重考虑平枯水年的点据。见图2-1。2.3.3 计算成果 由成家河水文站年径流流量频率曲线得频率计算成果表2-1。表2-1 成家河水文站年径流频率计算成果表不同频率的年径流量WP计算采用计算采用20%25%30%50%70%75%80%85%90%794179410.420.44310444970691569083572253715015
13、506742382.3.4成果合理性分析 根据 SL278-2002 中规定,年径流的分析计算成果应与上下游干支流和邻近流域的计算成果比较分析检查其合理性。 经分析,成果合理。2.4 设计代表年径流分析计算 在规划设计中常选择有代表性的丰水年、枯水年、平水年作为设计代表年。因此,根据灌区用水设计保证率和城镇生活供水的综合要求,则设计丰水年、设计平水年、设计枯水年的年径流,由设计保证率 P=25%,P=50%,P=75%在年径流量频率曲线上分别确定。 设计代表年的年径流分配过程是通过代表年年径流过程的缩放来获得的。 2.4.1 代表年的选择应用实测径流资料选择代表年的原则: 1.水量接近原则,代
14、表年的年径流量与设计值要接近。 2.选择对工程较不利的代表年径流过程线。一般来说,对灌溉工程,选取灌溉需水季节年径流比较枯的年份,对水电工程,则选取枯水期较长、径流又较枯的年份。2.4.2 设计代表年径流年内分配计算将设计代表年径流量按代表年的月径流量进行分配,按年水量控制的同倍比法进行缩放。公式如下:K年=WPW代P =7 5% 的设计年径流量为 𝑊 = 5371104 𝑚3,选择 20002001 年为代表年,代表年年径流量为 𝑊代= 5676 104 𝑚3 ,缩放比 K=0.9464。 P = 50% 的设计年径流量为
15、119882; = 9083104 𝑚3,选择 20102011 年代表年,代表年年径流量为 𝑊代= 7028 104 𝑚3 ,缩放比 K = 1.2924。 P = 25% 的设计年径流量为 𝑊 =9706 104𝑚3,选择 20062007 年为代表年,代表年年径流量为 𝑊代 = 9777 104 𝑚3,缩放比 K=0.99272.4.3 代表年内径流分配成果表2-2 成家河水文站保证率为75% 的年径流的年内分配频率代表年单位月 份全年8月9月10月11月12月1月2月3月4月
16、5月6月7月75%2000 2001%11.1 8.7 19.7 7.8 6.5 2.9 3.8 4.8 7.2 4.3 8.2 15.0 100 设计径流量104m3595 466 1056 420 348 156 202 259 389 232 442 805 5371 流量(m3/s)2.27 1.77 4.02 1.60 1.33 0.595 0.768 0.987 1.48 0.883 1.68 3.07 1.70 表2-3 成家河水文站保证率为50% 的年径流的年内分配频率代表年单位月 份全年8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月7月50%2010 2011%42.3
17、22.8 5.6 2.6 2.9 1.5 1.8 1.5 1.8 4.1 2.2 10.8 100设计径流量104m33845 2072 509 237 268 138 162 140 168 370 198 978 9083 流量(m3/s)14.6 7.89 1.94 0.900 1.02 0.531 0.622 0.533 0.641 1.41 0.750 3.72 2.88 表2-3 成家河水文站保证率为25% 的年径流的年内分配频率代表年单位月 份全年8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月7月25%2006 2007%17.1 25.5 7.7 3.9 2.8 1.9 2
18、.8 11.4 8.3 1.6 2.0 14.9 100 设计径流量104m31655 2479 752 375 272 189 267 1111 810 157 190 1450 9706 流量(m3/s)6.30 9.44 2.86 1.43 1.04 0.72 1.02 4.23 3.08 0.601 0.721 5.52 3.08 第三章 设计洪水分析3.1 洪水资料的审查 3.1.1 洪水资料可靠性审查 该系列具有连续实测的 19752015 年洪水要素资料,经审查资料来源可靠真实,具有一定的精度,而且具备频率分析所必需的某些统计特征,具有较高的可靠性。 3.1.2 洪水资料一致性审
19、查 在观测期中,洪水形成条件相同,使用的洪水资料受人类活动影响很小,故有较好的一致性。3.1.3 洪水资料代表性审查 该水文站具有较长系列的洪峰资料,且比较完整,系列中包括大、中、小各种洪峰,与实际较吻合,因此可认为资料代表性良好。 3.2 特大洪水的处理 根据该水文站的实测洪峰流量成果,可以发现于1984年的洪峰流量为1785 m/s,为实测期内的特大洪水,1987年的洪峰流量为1535 m/s,1983年的洪峰流量为1212 m/s,认为是次大洪峰。调查石堡川河历史洪水得1875年、1933年有大洪水分别为2040 m/s 、1370 m/s。有现有资料不难看出,1875年洪水是自1875
20、年以来的最大洪水,在18572015年的考证期N=141年间排列第一位,1984年、1987年、1933年、1983年的洪水是自1875年以来的第25位洪水,其余洪水在n=41年的实测期(19752015年)根据大小依次排列。3.3 设计洪水分析计算 3.3.1 频率曲线线型选择 根据 SL44-2006 中规定,频率曲线的线型应采用皮尔逊型。对特殊情况,经分析论证后也可采用其他线型。则该工程采用皮尔逊型。3.3.2 经验频率计算 此次洪水采用统一处理法,公式见(3-1)、(3-2): PM=MN+1 (3-1) pm=Pa+(1-Pa)+m-ln-l+1 (3-2) 式中:M为考证期N内特大
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