水文課程設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　在太湖流域的西溪支流西溪上，擬修建賦石水庫，因而要進(jìn)行水庫規(guī)劃的工</p><p>　　程水文及水利計算，其具體任務(wù)是：</p><p>　　設(shè)計年徑流分析計算；</p>

2、<p>　　選擇水庫死水位和確定興利庫容；</p><p><b>　　選擇正常蓄水位；</b></p><p>　　推求防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和校核標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水過程線；</p><p>　　推求各種洪水特征水位。</p><p><b>　　二．流域與資料概況</b></p>

3、<p><b>　　2.1 關(guān)于流域</b></p><p>　　西苕溪為太陽流域一大水系，流域面積為2260km²，發(fā)源于浙江省安吉縣天目山，干流全長150km，易遭洪澇災(zāi)害，又因流域攔蓄工程較少，易受旱災(zāi)。根據(jù)解放后二十多年的資料統(tǒng)計，僅安吉縣因洪澇旱災(zāi)每年平均損失稻谷1500萬斤，嚴(yán)重的1961-1963年，連續(xù)三年洪水損失稻谷9300萬斤，沖毀耕地萬余畝。&l

4、t;/p><p>　　該水庫為根治西苕溪流域水旱災(zāi)害骨干工程之一，控制西苕溪主要支流西溪，壩址以上流域面積328km²。流域內(nèi)氣候溫和，多年平均雨量孝豐年為1450mm，國民經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，流域大部為山區(qū)，小部為丘陵，平地較少。</p><p>　　水庫以防洪為主，結(jié)合發(fā)電、灌溉、航運(yùn)及水產(chǎn)，是一座綜合利用水庫。</p><p><b>　　2.2

5、資料情況</b></p><p>　　降雨資料:流域內(nèi)有三個雨量站，分別從1956年、1961年和1962年開始觀測至今。</p><p>　　徑流資料：在壩址下游1公里處設(shè)有水文站，自1954年開始有觀測資料，成果見表。</p><p>　　洪水情況：根據(jù)調(diào)查1922年9月1日在壩址附近發(fā)生一場大洪水，推算得水文站洪峰流量為1350m³/s。

6、這場洪水是發(fā)生后至今最大的一次洪水。缺測年份內(nèi)沒有大于1160m³/s的洪水發(fā)生。</p><p>　　水庫水位容積曲線如表2-1</p><p>　　表2-1 水位容積曲線</p><p>　　水電站下游水位流量關(guān)系曲線如表2-2</p><p>　　表2-2 水位流量關(guān)系曲線</p><p>　　

7、泥沙及推移質(zhì)與懸移質(zhì)情況:根據(jù)實(shí)測泥沙資料得多年平均含沙量</p><p>　　ρ0=0.237kg/m³,泥沙干容重γ=1650kg/m³,泥沙沉積率m=90%,孔隙率p=0.3,推移質(zhì)與懸移質(zhì)淤積量之比值α=15%，加安全值1米。</p><p>　　本省生產(chǎn)的機(jī)型HL-263-LJ-100（即混流式263型，主軸金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑1米），單機(jī)容量為1250千瓦，適

8、應(yīng)最小水頭為16m。</p><p>　　賦石水庫屬于Ⅱ級建筑物，因此設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為1%，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為0.1%，水庫下游保護(hù)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為5%。</p><p>　　賦石水庫原設(shè)計采用雨量資料推求設(shè)計洪水，現(xiàn)采用流量資料來推求設(shè)計洪水，以作比較。歷年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量（數(shù)據(jù)表略，見計算表中計算過程）。</p><p>　　典型洪水過程線（數(shù)據(jù)表略，

9、見計算表中計算過程）。</p><p>　　2.3 水文氣象資料的搜集和審查</p><p>　　熟悉流域的自然地理情況，廣泛搜集有關(guān)水文氣象資料。經(jīng)初步審查，降雨和徑流等實(shí)測資料是可靠的、具有一致性的，可用于本次設(shè)計。</p><p>　　三．設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配情況</p><p>　　3.1 設(shè)計年徑流量的計算</p>

10、<p>　　現(xiàn)有年徑流資料為（2000-1979）21年，總體分布曲線選定為P-Ⅲ型曲線，現(xiàn)求其有關(guān)參數(shù)。年徑流頻率計算如下表3-1</p><p>　　表3-1 年徑流頻率計算表</p><p>　　由表3-1可得多年平均年徑流量=(∑xi)/n=4986.277/21=237.442m³/s </p><p><

11、b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　選配P-Ⅲ型頻率曲線：=237.442m³/s， 首先選定矩法算出的Cv=0.26,Cs=0.51，查附錄可知Фp,即可得Kp=CvФp+1進(jìn)行計算，將Kp值代入下表（2）欄中，再由Xp=Kp,計算各頻率Xp值列于表3-2的（3）欄中。</p>&

12、lt;p>　　根據(jù)表3-2中（1）和（3）對應(yīng)數(shù)值點(diǎn)繪成曲線，觀察其與經(jīng)驗頻率點(diǎn)的吻合程度，發(fā)現(xiàn)頻率曲線的中間部分稍偏低，首尾部分偏于經(jīng)驗電據(jù)之下。故需增大Cv、Cs值。</p><p>　　重新選取Cv=0.3,Cs=1.73Cv=0.52,查出個各Kp值并計算各Xp的值，列入表3-2中的（4）、（5）欄中。發(fā)現(xiàn)該線與經(jīng)驗點(diǎn)配合較好，即取為最后采用的頻率曲線，其參數(shù)：=237.442m³/s,C

13、v=0.3,Cs=1.73Cv=0.52。</p><p>　　年徑流量頻率曲線如附圖一。</p><p>　　表 3-2 頻率曲線選配計算表</p><p>　　由實(shí)際資料可求得月平均凈流量=415.524/21=19.787m³/s</p><p>　　由附圖一的年徑流頻率曲線可推求：</p><p>　

14、　P=10%的設(shè)計豐水年徑流量為： Xp=(1+Cvφp)=19.787×1.397=27.642m³/s</p><p>　　P=50%的設(shè)計中水年徑流量為: Xp=(1+Cvφp)=19.787×0.975=19.292m³/s</p><p>　　P=90%的設(shè)計枯水年徑流量為: Xp=(1+Cvφp)=19.787×0.635=12

15、.565m³/s</p><p>　　3.2 設(shè)計年內(nèi)分配推求</p><p>　　3.2.1 代表年的選擇</p><p>　　由設(shè)計徑流量選擇豐、中、枯代表年，選擇年徑流量接近設(shè)計年徑流量的年份為代表年。</p><p>　　選擇的豐水年為1996-1997年，X豐D=334.77/12=27.898m³/s，中水年為

16、1984-1985年，X中D=244.646/12=20.387m³/s，枯水年為1992-1993年，X枯D=164.371/12=13.698m³/s。</p><p>　　3.2.2 徑流年內(nèi)分配計算</p><p>　　以設(shè)計年徑流量為控制用同倍比方法縮放各代表年的逐月徑流量，按年水量控制求縮放比K：</p><p>　　設(shè)計豐水年

17、 K豐= X豐p/X豐D=27.642/27.898=0.991</p><p>　　設(shè)計中水年 K中= X中p/X中D=19.292/20.387=0.946</p><p>　　設(shè)計枯水年 K枯= X枯p/X枯D=12.565/13.698=0.917</p><p>　　用各自的縮放倍比乘以對應(yīng)的代表年的各月徑流量，即得設(shè)計

18、徑流量年內(nèi)分配，成果見表3-3。</p><p>　　表3-3 以年水量控制、同倍比縮放的設(shè)計年徑流量（流量單位：m³/s）</p><p>　　四．水庫死水位的選擇和庫容的確定</p><p>　　4.1 繪制水庫水位容積曲線和水電站下游水位流量關(guān)系曲線，，附圖二所示。</p><p>　　4.2 根據(jù)泥沙資料計算水庫的淤積體積和

19、水庫相應(yīng)的淤積高程。（按百年運(yùn)用估計）</p><p>　　水庫年淤積體積 Vu=(1+α)ρ0W0m/[(1-P)γ]</p><p>　　=(1+15%)×0.237×19.787×365×24×3600×90%/[（1-0.3）×1650]</p><p>　　=0.133×

20、15;106m³</p><p>　　以百年運(yùn)用估計 Vs=TVu=100×0.133×10³=13.3×106m³</p><p>　　根據(jù)附圖二中V-Z曲線，內(nèi)插法查得相應(yīng)的淤積高程為Z淤=62.65m</p><p>　　根據(jù)水輪機(jī)的情況在此基礎(chǔ)上加上安全值：</p><p>

21、;　　Z淤積=Z淤+轉(zhuǎn)輪直徑+安全值</p><p>　　=62.25+1+1=64.25m</p><p>　　4.3 根據(jù)水輪機(jī)的情況確定水庫的最低死水位</p><p>　　由附圖二的水位流量關(guān)系曲線可得：</p><p>　　Z水輪機(jī)，死=47.2+16=63.2m </p><p>　　4.4 綜合各方面情況

22、確定最低死水位</p><p>　　Z死=Max(Z水輪機(jī)，死，Z淤積)=64.25m</p><p>　　將水庫最低死水位定為Z死=64.25m，查附圖二中水位容積曲線可知</p><p>　　死庫容 V死=16.5×106m³</p><p>　　4.5 確定興利庫容</p><p>　　假

23、定此水庫的用水量只滿足發(fā)電用水為9m³/s，則月用水量為</p><p>　　W用，p=9×365/12×24×3600=23.64×106m³。為安全起見，可將P=90%的設(shè)計枯水年設(shè)為代表年，調(diào)節(jié)計算得的較大庫容的一年作為設(shè)計代表年。</p><p><b>　　確定設(shè)計來水量</b></p>

24、<p>　　P=90%的設(shè)計代表年為1992-1993年，來水量計算數(shù)據(jù)見表4-1。</p><p><b>　　計算縮放比K</b></p><p>　　K枯= X枯p/X枯D=12.565/13.698=0.917</p><p>　　用縮放倍比乘以對應(yīng)的典型年的各月來水量，即得設(shè)計年內(nèi)各月來水量分配，成果見表4-1。<

25、/p><p>　　表 4-1 各月來水量表</p><p>　　（3）計算水庫用水量情況</p><p>　　表4-2 水庫用水、來水情況計算表</p><p>　　由上表4-2可知：興利庫容V興=66.69××106m³</p><p>　　總庫容 V=V興+V死=66.69×1

26、06+16.5×106=83.19×106m³</p><p>　　五．水庫正常蓄水位的選擇</p><p>　　5.1 初步估計正常蓄水位</p><p>　　根據(jù)總庫容 V=83.19×106m³，還有本地區(qū)的興利要求，發(fā)電方面要求保證出力不低于800千瓦，發(fā)電保證率為90%，灌溉及航運(yùn)任務(wù)不大，均可利用發(fā)電尾水

27、得到滿足。因此，查附圖二中水位容積曲線，可得正常蓄水位為Z=78.4m。</p><p>　　六、推求各種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水過程線</p><p>　　本水庫為大（2）型水庫，工程等級為Ⅱ級，永久性水工建筑物級別為2級。下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為5%，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為1%，校核標(biāo)準(zhǔn)為0.1%，需要推求5%、1%、0.1%設(shè)計洪水過程線。</p><p>　　6.1 洪峰和各歷時的洪量

28、的統(tǒng)計（1954-1977）</p><p>　　按年最大值法選樣方法在實(shí)測資料中選取年最大洪峰流量及各歷時流量，根據(jù)洪水特性和防洪計算的要求，確定設(shè)計歷時7天，控制歷時為1天和3天，因而可得洪峰和各歷時的洪量系列。</p><p>　　7天洪量只有1957-1972年，用相關(guān)分析方法延長插補(bǔ)，具體數(shù)據(jù)見表6-1。</p><p>　　（用三天流量與七天流量進(jìn)行相關(guān)

29、分析）</p><p>　　表6-1 三天流量與七天流量相關(guān)計算表</p><p>　　所以有：(1).均值</p><p><b>　　(2).均方差</b></p><p><b>　　(3).相關(guān)系數(shù)</b></p><p><b>　　（4）.回歸系數(shù)<

30、;/b></p><p>　　(5).Y倚X的回歸方程</p><p><b>　　即</b></p><p>　　所以可根據(jù)得出的回歸方程以及已知的三天洪量可把缺少的七天的洪量值，列入下表6-2中。</p><p>　　表6-2 潛魚站洪峰及定時段洪量統(tǒng)計表</p><p>　　6.2 對

31、洪峰和各時段洪量系列進(jìn)行頻率計算，用目估適線法求得相應(yīng)的頻率</p><p>　?。?）.洪峰流量經(jīng)驗頻率計算如表6-3：</p><p>　　用分別處理法計算對樣本中的特大洪水頻率，對于1922年的大洪水可知N=1977-1922+1=56年，a=1,P=M/(N+1)=1/(56+1)=1.75% M=1,2…，a</p><p>　　表6-3 洪峰流量頻率計

32、算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均洪峰流量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.71,Cs=1.8Cv=1.28，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進(jìn)行計算，并用公式Qp=Kp計算Qp。用P與

33、Qp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點(diǎn)吻合程度，發(fā)現(xiàn)其上部偏高于經(jīng)驗點(diǎn)，下部偏低，故增大Cv值，取Cv=0.65，Cs=2Cv=1.28,重新計算Kp,Qp。發(fā)現(xiàn)其與經(jīng)驗點(diǎn)較吻合，故取Cv=0.65,Cs=2Cv=1.28,計算數(shù)據(jù)見下表6-4。</p><p>　　表6-4 洪峰流量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-4 繪制附圖三的洪峰流量曲線。</p><p&

34、gt;　?。?）24小時時段洪量系列頻率計算，如表6-5：</p><p>　　表6-5 24小時時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均24小時洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜

35、Ⅲ型曲線：，取Cv=0.70,Cs=1.83Cv=1.28，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進(jìn)行計算，并用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點(diǎn)的吻合程度，發(fā)現(xiàn)其首尾部分明顯比經(jīng)驗點(diǎn)偏低，中間部分偏高，故需要增大Cs，取Cv=0.7,Cs=3Cv=0.2,在計算對應(yīng)的Kp,Wp。觀察到該曲線與經(jīng)驗點(diǎn)配合較好。故取Cv=0.7.Cs=2.9Cv=2.0，計算數(shù)據(jù)如下表6-6。</p><p

36、>　　表6-6 24小時時段洪量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-6 繪制24小時的洪量頻率曲線，附圖四。</p><p>　　三天時段洪量系列頻率計算</p><p>　　表6-7 三天時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b&g

37、t;　　=</b></p><p>　　多年平均三天洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.61,Cs=2Cv=1.22，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進(jìn)行計算，并用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點(diǎn)的吻合程度，發(fā)現(xiàn)該曲線與經(jīng)驗點(diǎn)相比的首尾部分明顯偏低，中間部分偏高，則需增大Cs,Cv可以暫時不用改變。重新選取Cv=0

38、.61，Cs=2.5Cv=1.5，繪制頻率曲線，發(fā)現(xiàn)該曲線與經(jīng)驗點(diǎn)配合較好，故可取Cv=0.61,Cs=2.5Cv=1.5,計算數(shù)據(jù)過程見表6-8。</p><p>　　表6-8 三天時段洪量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-8 可繪制三天時段洪量的頻率曲線，附圖五。</p><p>　　七天時段洪量系列頻率計算</p><p>

39、　　表6-9 七天時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均七天洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.48,Cs=2.5Cv=1.2，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進(jìn)行計算，并

40、用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點(diǎn)的吻合程度。發(fā)現(xiàn)其首尾部分均偏低于經(jīng)驗點(diǎn)，而中間部分卻高于經(jīng)驗點(diǎn)，則得重新選擇Cv、Cs。取Cv=0.6,Cs=3.7Cv=2.2,繪制與之相對應(yīng)的頻率曲線，發(fā)現(xiàn)與經(jīng)驗點(diǎn)配合較合適，故取Cv=0.6,Cs=3.7Cv=2.2，其數(shù)據(jù)計算見表6-10。</p><p>　　表6-10 七天時段洪量頻率曲線選配表</p><p>

41、　　6.3 設(shè)計頻率下的特征洪水</p><p>　　表6-11 設(shè)計頻率下的特征洪水</p><p>　　6.3 洪峰和洪量成果的合理性分析</p><p>　?。?） 本站各種成果間的分析對比；</p><p>　　(2) 與上、下游及鄰近地區(qū)河流的分析對比成果；</p><p>　?。?） 根據(jù)暴雨頻率分析成

42、果對比。</p><p>　　通過合理性分析后，沒有發(fā)現(xiàn)有不合理之處，故此數(shù)據(jù)可以使用。</p><p>　　6.4 選擇典型洪水過程線</p><p>　　由于1963年的洪峰較接近于設(shè)計下的稀遇洪水情況，具有一定的代表性，對工程防洪較為不利，故選取1963年味典型年。其洪水過程線作為典型洪水過程線：峰值Q=1169m³/s,24小時時段洪量為 W1=

43、55.60×106m³，三天時段洪量為 W3=86.60×106m³，七天時段的洪量為 W7=95.90×106m³。</p><p>　　6.5 用分段同頻率放大法推求設(shè)計洪水過程線（P=0.1%、P=1%、P=5%）</p><p>　　（1）計算不同設(shè)計頻率下的放大倍比</p><p>　　洪峰的放大

44、倍比 </p><p>　　最大24小時的放大倍比 </p><p>　　最大三天的放大倍比 </p><p>　　最大七天的放大倍比 </p><p>　　運(yùn)用上式公式可知P=0.1%、P=1%、P=5%的放大倍比用類似的方法計算，計算數(shù)據(jù)如下表6-12、表6-13、表6-14。</p><p>　　校核洪水標(biāo)準(zhǔn)

45、為P=0.1％的縮放比計算結(jié)果如表6-12。</p><p>　　表6-12 P=0.1％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為P=1％的縮放比計算結(jié)果如表6-13。</p><p>　　表6-13 P=1％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　防洪標(biāo)準(zhǔn)為P=5％的縮放比計算結(jié)果如表6-14。&l

46、t;/p><p>　　表6-14 P=5％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　根據(jù)表6-12至表6-14求得的倍比縮放典型洪水過程線，得縮放計算結(jié)果如表6-15。</p><p>　　表6-15 各標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水過程線縮放計算表</p><p>　　根據(jù)表6-15求得的結(jié)果繪制各標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水過程線如下：</p>&

47、lt;p>　　典型洪水過程線如圖6-1：</p><p>　　圖6-1 典型洪水過程線</p><p>　　設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為0.1％的設(shè)計洪水過程線如圖6-2：</p><p>　　圖6-2 標(biāo)準(zhǔn)為0.1％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　校核標(biāo)準(zhǔn)為1％的設(shè)計洪水過程線如圖6-3：</p><p>　　圖6-3

48、 標(biāo)準(zhǔn)為1％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　防洪標(biāo)準(zhǔn)為5％的設(shè)計洪水過程線如圖6-4：</p><p>　　圖6-4 標(biāo)準(zhǔn)為5％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　各種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下的洪水過程線比較如圖6-5：</p><p>　　圖6-5 各種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下的洪水過程線</p><p>　　七．推求水庫防洪特征水位和

49、確定壩頂高程</p><p>　　7.1 泄洪規(guī)則和其調(diào)水位水位的計算</p><p>　　由實(shí)際資料可知泄洪建筑物泄流曲線如表7-1：</p><p>　　表7-1 泄流建筑物泄流曲線</p><p>　　曲線圖如圖7-1所示：</p><p>　　圖7-1 泄洪建筑物泄洪曲線</p><p&

50、gt;　　根據(jù)水庫下游防洪要求，等于或小于20年一遇的洪水，只放發(fā)電用水（9m3/s），其余全部攔蓄在水庫里，超過20年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。起調(diào)水位選為正常蓄水位，及防洪限制水位，即Z蓄=Z防限=78.4m。</p><p>　　7.2防洪高水位的計算和確定壩頂高程</p><p>　?。?）二十年一遇洪水，根據(jù)P=5%設(shè)計洪水過程線求得在99小時內(nèi)發(fā)電用水量，利

51、用水平分割法計算其發(fā)電用水量。即則W=81.37×106m3，加上防洪限制庫容，得防洪庫容為83.19×106+81.37×106=164.56×106m3，查水庫水位容積曲線(附圖二)得對應(yīng)的水位為防洪高水位Z高=87.5m，所以當(dāng)有二十年一遇的洪水時，只放發(fā)電用水9m3/s，其余全部攔蓄，因此水庫的防洪高水位Z防=87.5m，防洪庫容V防=164.56×106m3。</p>