完整版,仅参考工程水文及水力计算课程设计赋石水库课程设计

1、工程水文与水力计算课程设计赋石水库水利水电规划、设计任务1、选择水库死水位；2、选择正常蓄水位；3、计算电站保证出力和多年平均发电量；4、选择水电站装机容量；5、推求设计标准和校核标准的设计洪水过程线；6、推求洪水特征水位和大坝坝址顶高程.二、流域自然地理简况,流域水文气象资料概况：1、流域和水库情况简介西苕溪为太湖流域一大水系图KS2-1,流域面积为2260km2,发源于浙江 省安吉县天目山,干流全长150km,上游陡坡流急,安城以下堰塘遍布,河道曲 折,排泄不畅,易遭洪涝灾害,又因流域拦蓄工程较少,灌溉水源缺乏,易受灾 害.图KS2-1西苕溪流域水系及测站分布1赋石水库是一座防洪为主,结合

2、发电、灌溉、航运及水产养殖的综合利用水 库,位于安吉县丰城西 10km,限制西苕溪主要支流西溪,坝址以上流域面积 328km2.流域内气候温和、湿润,多年平均雨量 1450km.流域水系及测站分布 见图KS2-11、 水文气象资料情况在坝址下游1Km处设有潜渔水文站,自1954年开始有观测的流量资料.通 过频率计算,得各设计频率的设计年径流量,选择典型年,计算缩放比,成果见 表KS2-3典型年径流过程见表KS2-4根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水,推算得潜渔站洪峰 流量为1350m3s.这场洪水是发生年份至今最大的一次洪水.缺测年份内,没 有大于1160m3s的洪水发生.经初

3、步审查,可降雨和径流等实测资料可用于本次设计.表KS2-3设计年径流量及典型年径流量代表年设计频率设计年径流量(m3/s)典型年典型年径流量缩放比枯水年P=85%5.5619735.351.039中水年P=50%7.5019577.111.055丰水年P=15%10.3719679.951.042表RS2-4潜渔站斗计年径流尸程月枯水典型年Q中水典型丰水典型月枯水典型年Q 中水典型丰水典型份年Q年Q份年Q年Q314.006.4711.1090.044.3223.20418.606.9312.80100.412.817.65519.5020.8023.00111.701.421.3661.318

4、.2427.60120.753.600.4475.2121.803.9710.701.100.8480.065.501.2421.882.336.11三、设计年径流量及其年内分配的推求1、设计年径流量的计算由资料得,频率为85%、50%、15%的年径流量如下表1表1潜渔站设计径流量代表年设计频率设计年径流量(m3/s)典型年典型年径流量缩放比枯水年P=85%5.5619735.351.039中水年P=50%7.5019577.111.055丰水年P=15%10.3719679.951.0422、设计年径流量的年内分配根据年、月径流资料和代表年的选择原那么,确定丰、中、枯三个代表年.并 按设计年

5、径流量为限制用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配如下表2.表2潜渔站典型年径流量年内分配月份设计枯水年设计中水年设计丰水年典型 年缩放 比设计 年典型 年缩放 比设计 年典型 年缩放 比设计 年3月14.001.03914.566.471.0556.8211.101.04211.584月18.601.03919.346.931.0557.3112.801.04213.355月19.501.03920.2820.801.05521.9423.001.04223.996月1.311.0391.368.241.0558.6927.601.04228.797月5.211.0395.4221.801.

6、05523.003.971.0424.148月0.061.0390.065.501.0555.801.241.0421.299月0.041.0390.044.321.0554.5623.201.04224.2010月0.411.0390.432.811.0552.967.651.0427.9811月1.701.0391.771.421.0551.501.361.0421.4212月0.751.0390.783.601.0553.800.441.0420.461月0.701.0390.731.101.0551.160.841.0420.882月1.881.0391.962.331.0552.46

7、6.111.0426.37四、水库死水位的选择1、绘制水库水位容积曲线表3 水位容积曲线水位m48505255606570758081容积(106m3)00.10.62.381835.760.394.4102.8水位m82838485868788899091容积(106m3)111.3120129138.6148.3158.8170181.5194.5207容积曲线百万卬3250 丁容积(106ni3)2、绘制水电站下游水位流量关系曲线表4水位流量关系曲线水位m46.046.246.446.646.847.047.2流 量 (m3/3)01.03.67.311.916.220.5流量流3/33

8、、根据泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程按50年为设计年限V悬,年oW°m(1 P)r0.237kg/m3 7.50 m3/s 90% 365 3600 24(1 0.3) 1650kg/m34.37 104m3463所以 V悬总T Vt,年50 4.37 102.185 10 m所以推移质 V推,总V悬,总2.185 106 0.15 0.33 106 m3可得V淤,总V悬,总,V推,总2.1851060.331062.515106m3根据水位容积曲线,由内寸S法程序见附录程序1求得h淤,积55.94m在此根底上加上平安值2m得h淤死h淤积2 55.94 2 57.94

9、m ,4、根据水轮机的情况确定水库的最低死水位由于每月的设计流量不同,在这里取最大的流量作为设计流量基准,又由水轮机的水位流量关系可得h7K轮机,死47.2 16 63.2m5、综合各方面情况确定水库死水位h死Maxh,死,h水轮机,死63.2m五、选择正常蓄水位根据本地区的兴利要求,发电方面要求保证出力不低于800kw,发电保证率为85%灌溉及航运任务不大,均可利用发电尾水得到满足,因此,初步确定正 常蓄水位为79.9m六、保证出力和多年平均发电量的计算代 表 年各月平均流量全年平均流量3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月丰 水 年11.1012.8023.0027.603

10、.971.2423.207.651.360.440.846.119.94中 水 年6.476.9320.808.2421.805.504.322.811.423.601.102.337.11枯水年14.0018.6019.501.315.210.060.040.411.700.750,701.885.771、保证出力的计算以死水位为起始水位,按等流量调节方式计算各设计年的出力过程和发电量 过程,其各个时期的平均出力就是该时期的保证出力.在这里,我们分别对丰、 中、枯三个设计年以月为时段进行水能计算, 计算出各月的水流出力.其中枯水 年的水能计算见下表,丰水年、中水年的水能计算见附表1和附表2.

11、且由上面, 我们求得正常蓄水位为79.9,死水位为63.2m,由水位容积曲线用内插法(分别 见程序附录2, 3)得水库的兴利库容为65.4百万m3,即25.2m3s 月；死库容 为 28.18 百万 m3 ,即 10.9m3s 月.计算步骤：(1)用试算法计算各月的发电用水；(2)由余缺水量和死库容计算水库各月末水库蓄水,其时段初、末值平均值填 入表中,并且查水位容积曲线即得上游月平均水位.(3)由发电用水查下游水位流量关系曲线得下游水位.(4)用上游水位减去下游水位,减去预留水头损失,得水头.(5)根据公式：出力N=AQH净求得各月出力,其中A=7.5o表5枯水年出力计算(保证出力)时段天然

12、发电用余水量缺乏水量月末平均蓄月平下游水头平均出力 Ni(月 份)来水(m3/s)水(m3/s )流量(m3/s)水量(万 m)流量(m3/s)水量( 万 吊)水库 蓄水 (106吊 )水(10 6m3)均水位(m)水位(m)损失(的水头(m)(KW)2月28.183月14.569.664.90127040.8834.5369.8146.710.522.61637.374月19.349.669.68250965.9753.4373.5846.710.526.371910.515月20.289.6610.62275393.579.7478.1646.710.530.952242.336月1.36

13、4.042.6869586.5590.0379.4746.420.532.55986.277月5.425.4286.5586.5579.0446.500.532.041302.438月0.064.043.98103276.2381.3978.3846.420.531.46953.249月0.044.044.00103765.8671.0576.8846.420.529.96907.7910月0.434.043.6193656.561.1875.1746.420.528.25855.9811月1.774.042.2758850.6253.5673.6146.420.526.69808.7112月

14、0.784.043.2684542.1746.4072.0846.420.525.16762.351月0.734.043.3185833.5937.8870.3846.420.523.46710.842月1.964.052.0954128.1830.8969.2046.420.522.28676.76合计66.7313754.54均值10.271146.21取设计枯水年供水期的平均出力为保证出力,那么该水库的保证出力为:N枯=(1637.37 +1910.51 +2242.33) /3=1930.07 (KW)出力历时曲线如下：枯水年出力Ni(KW)月份2、 多年平均年发电量及装机容量确实定枯

15、水年年平均出力为 Ni=1146.21 (KW)又由附表1, 2得,丰水年年平均出力为,=1985.40 (KW)中水年年平均出力为 Nb=1528.29 (KW)N1 N2 N3E= 3653那么多年平均年发电量为1146.21 1985.40 1528.297,卜24 365 24 1.36 107kw h3装机容量为 N 装=1.36 107/3440=3953(KW)七、推求各种设计标准的设计洪水过程线本水库为大(2)型水库,工程等级为II级,永久性水工建筑级别为2级.下游防洪标准为5%,设计标准为5%,校核标准为0.1%,需要推求5%、1%、0.1% 设计洪水过程线.1、按年最大值选

16、样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量,根据洪水特性和防洪计算要求,确定设计历时为七天,限制历时为一天和三天,因而 可得洪峰和各历时的洪量系列.2、因七天洪量只有19571972年,所以可以用相关分析方法延长插补.(用三 天洪量与七天洪量进行相关分析)表6三天洪量与七天洪量相关计算表年份三天七天KxKyKx-1Ky-12(Kx-1) 22(Ky-1) 2(Kx-1)(K 丫-1)洪量洪量195737.1952.461.1381.2600.1380.2600.01900.06760.0359195815.8522.150.4850.532-0.515-0.4680.26520.2190

17、0.2410195919.8032.900.6060.790-0.394-0.2100.15520.04410.0827196020.8033.200.6370.798-0.363-0.2020.13180.04080.0733196179.1088.202.4212.1191.4211.1192.01921.25221.5901196249.2053.101.5061.2760.5060.2760.25600.07620.1397196386.6095.902.6512.3041.6511.3042.72581.70042.1529196431.7040.700.9700.978-0.030

18、-0.0220.00090.00050.0007196524.4027.000.7470.649-0.253-0.3510.06400.12320.0888196614.0025.400.4290.610-0.571-0.3900.32600.15210.2227196719.0028.000.5810.673-0.419-0.3270.17560.10690.1370196818.4035.500.5630.853-0.437-0.1470.19100.02160.0642196932.8048.401.0041.1630.0040.1630.00000.02660.0007197031.9

19、035.600.9760.855-0.024-0.1450.00060.02100.0035197131.8035.300.9730.848-0.027-0.1520.00070.02310.0041197210.2012.230.3120.294-0.688-0.7060.47330.49840.4857总计522.74666.0415.99916.002006.80454.37375.3230平均32.6741.63所以有：A.均值-522.743X32.67m16B.均力差一 666.043/sY41.63m/s16xX、y yn2(Kxi1)2i 132.67、6.8045 . oo

20、nnn 122.0016 1n2(Kyi 1)2i 141.63、14.3737 n 122.4816 1相关系数C.(Kxi1)( K yi 1)i 1r nn22(Kxi 1)2(Kyi 1)2,i 1i 1D.回归系数5.32306.80454.37370.976Ryx/x r22.480.976 0.99722E. Y倚 X 的回归方程 y y Ry/x(x x) y 0.997 (x x) y即 y 0.997x 9.048所以可根据得出的回归方程以及的三天洪量可把缺少的七天的洪量值, 列入下表.表7潜鱼站洪峰及定时段洪量统计表年份洪峰_3Q(m /s)24小时洪量 w(106m三天

21、洪量W (106此七天洪量 w(106m)195470227.9458.4067.2719552848.1713.3022.31195674829.8036.0044.94195740222.8037.1952.4619582008.7215.85221319.8032.90196047815.7020.8033.20196165952.5079.1088.20196258543.7049.2053.101963116055.6086.6095.90196440914.3231.7040.70196551015.6224.4027.0019662329.5014.00

22、25.40196724411.8219.0028.0019681679.9018.4035.50196938720.9032.8048.40197030517.2031.9035.60197150023.4031.8035.3019751085.3410.2012.23197348419.8742.8551.77197428716.1639.0547.98197516611.5822.0531.0319761198.2919.9528.9419772387.6120.5429.443、对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算,用目估适线法求得相应的参数分别将历年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量频率

23、计算及参数确定过程 列于附表3、附表4、附表5、附表6中.计算步骤如下：1将原始资料按大小次序排列;2用公式P 100%计算经验频率,并将x与p对应点绘于频率格纸上; n 1计算系列额多年平均降水量x计算各项的模比系数Ki x/,其总和应等于n；计算各项的Ki 1 ,其总和应为零;计算各项的Ki 1计算变差系数CvnKi 12i 1n-18选定Cs与Cv的倍数关系,查表得Kp值,得出各种相应频率的Xp值,绘制XpP曲线,根据其与经验点据的配合情况,进行参数调整,最终曲与经验点据配合最好的曲线参数.从而可得各设计频率的洪峰和洪量的参数如下:洪峰：均值为417(mVs )Cv=0.65 C s=2

24、.0天洪量：均值为19.48三天洪量：均值为32.29(106吊)Cv=0.71(106吨 Cv=0.61s=2.1s=1.8七天洪量：均值为41.24(106此 Cv=0.48s=1.44、洪峰和洪量成果合理性分析由洪峰和洪量的附图中可以看到,天、三天、七天的洪量分布曲线变化一致,且没有相交,与洪峰分布图的变化也比较一致,因此,认为这次的处理成果是可以运用的.5、选择典型洪水过程线根据选择原那么,由于1963年的资料比较完整,且精度较高,属于实测数据, 因此选择1963年为典型年,其洪水过程线即为典型洪水过程线.6、用分段同频率放大法推求设计洪水过程线峰、 洪 量.最大24小时洪量、最大三天

25、洪量、最大七天洪1 计 算 洪由典型洪水过程线得其洪峰、 量.由公式W n 1Qi) t可推得洪峰、洪量i 23 一洪峰取 33 时,Qm=1160 ( m /s );最大 24 小时洪量取 1841 时,W1m=55.60 (106m3)；最大三天洪量取1586时,W3m=86.60 (106m3);最大七天洪量取1963年的七天洪量,W7m=95.90 (106m3)；2计算放大倍比KQmQ MPQmdWipKi3 Wid一 W3P-W1PK 3W3D - WidK7W7P - W3PW7D - W3DP=5%,1%,0.05%由附表3、4、5、6得各时段设计值,并求得其放大倍比 列于表8

26、.表-8放大倍比计算P (%)510.05典型年洪量Qmp(m3/s)959.101395.492330.611160Q典Wp(106m3)47.1470.10112.5555.60Wi典(106m3)W3P(106m3)71.29101.23160.2686.60W3典(106m3)W7P(106m3)79.64105.97169.6295.90W7典(106m3)KQm1.210.830.50Ki1.180.790.54K31.281.000.65K71.111.961.003将不同频率下的各时段洪量在相应的倍比下放大,得其设计洪水过程线.其计算数据见附表7、8、9,其洪水过程线图见附图1

27、 P=5%、2 P=1%、3 P=0.05%.八、推求水库防洪特征水位1、泄洪规那么及起调水位起调水位防洪限制水位为78.4m,相应库容为V1=83.5 106m3.根据水 库下游防洪要求,等于或小于20年一遇的洪水,只放发电用水17m3s,其余 全部拦蓄在水库里,超过20年一遇的洪水,溢洪道和泄洪洞共同泄洪,自由泄 流.2、防洪高水位的计算对20年一遇的洪水过程线,除下泄发电用水17m3s外,其余蓄在水库, 那么总蓄水量加在防洪限制水位上,那么可得防洪高水位.20年一遇洪水,P=5%,利用水平分割法割除其发电用水量,Q1Q2Qi) i 26.66 33.38 3W (31177.74 ) 3

28、600 0.82 10 m2所以 W V 0.82 1 08 83.5 1 061 65.5 1 06 m3由水位容积曲线查得：Z=87.6mo即防洪高水位为h=87.6 m3、设计洪水位的计算用百年一遇洪水过程,从防洪限制水位开始,先按发电流量17m3s下泄, 其余蓄在水库里,待蓄至防洪高水位后,即翻开溢洪道闸门和泄洪洞闸门,自由 泄流,通过调洪演算,得设计洪水位、拦洪库容和相应最大下泄流量.应用单辅助线图解法计算,其步骤如下：1计算绘制q f(V q,Q)辅助曲线.t 22推求下泄过程.3求解设计洪水位、拦洪库容、最大下泄流量.计算图表见附表10、11,相关的图见附图4、5,计算结果如下：

29、3 ,qm =381.2 m /sZ 设=88.4m,V t兰=174.5-83.5=91(106rr3)4、校核洪水位的计算方法与设计洪水计算相同,用2000年一遇设计洪水过程来进行计算 计算结果如下：qm=458nn/sZ 校=88.9m,V 拦=180.3-83.5=96.8(106吊)5、坝顶高程计算：Z设 88.4m, Z校 88.9mA殳 1.0m, A校 0.5mD 6000m,W设 1.5Wm 25.5m/sW校 Wm 17m/s1求R.查表得k没 k校1.091.01由公式-gh2% 0.00625W1/6(gD2)1/3W2W2/日h2% 设 3.19得h2% 校 1.74

30、又由于hm h2%/2.13计算得到联没hm校1.50m0.82m由公式gLmgD 1/2£ 0.0386( 2)W2W2计算得到Lm 设 24.4mLm 校 16.2m求得0.8 1.09 .1.50 24.4,1 320.8 1.01 ,0.82 16.2<1 321.67m0.93m据R%/R 2.23得R设 R设 2.23 2.23 1.67 3.72m2求e. 2由公式e KW DCOS2gHm求得3.6 10 6 25.52 COS30 6000 0.02m2 9.8 40.33.6 10 6 172 COS30 60000.01m2 9.8 40.33坝顶高程计算

31、对于设计情况Z坝,设Z设R设e殳A设m求得Z坝,设88.43.720.021.093.14mZ坝,校88.90.930.010.590.34m最后确定坝顶图程为：Z坝Max Z坝、设,Z坝、校 Max 93.14,90.3493.14m时段天然发电用余水量缺乏水量月末水平均蓄月平下游水头平均出力(月 份)来水 (m3/s)水(m3/s )流量 (m3/s)水量( 万 前流量 (m3/s )水量( 万 前库蓄水(io 6m3)水(io 6m)均水位(m)水位(m)损失(的水头(m)Ni(KW)2月28.183月11.5811.5828.1828.1868.6846.790.521.391857.

32、72附表1丰水年出力计算(保证出力)4月13.3513.3528.1828.1868.6846.860.521.322134.675月23.9917.266.73174446.5237.3570.2947.050.522.742943.696月28.7917.2611.53298975.5161.0275.1447.050.527.593571.537月4.146.632.4964569.0672.2977.0846.560.530.021492.748月1.296.635.34138455.2262.1475.3546.560.528.291406.729月24.2017.266.94179

33、973.2164.2275.7347.050.528.183647.9010月7.987.9873.2173.2177.2246.630.530.091800.8911月1.426.635.21135059.7166.4676.1346.560.529.071445.5112月0.466.636.17159943.7251.7273.2246.560.526.161300.811月0.886.635.75149028.8236.2770.1046.560.523.041145.662月6.376.620.256428.1828.5068.7546.560.521.691076.91平均1985

34、.40附表2 中水年出力计算(保证出力)时段 (月 份)天然来水3(m /s)发电用水3(m /s )余水量缺乏水量月末水 库畜水 (10 6m3)平均蓄 水 (10 6n3)月平 均水 位(m)下游 水位 (m)水头 损失 (的平均 水头 (m)出力Ni(KW)流量 (m3/s)水量( 万 前流量 (m3/s )水量 (万m)2月28.183月6.826.8228.1828.1868.6846.570.521.611105.354月7.317.3128.1828.1868.6846.600.521.581183.125月21.949.8712.07312959.4743.8371.5446.

35、720.524.321800.296月8.698.6959.4759.4774.8446.670.527.671803.397月23.009.8713.13340393.576.4977.7046.720.530.482256.288月5.806.780.9825490.9692.2379.7446.570.532.61661.2779月4.566.782.2257585.2188.0979.2446.570.532.171635.8410月2.966.783.8299075.3180.2678.2346.570.531.161584.4911月1.506.785.28136961.6268.

36、4776.4746.570.529.41494.9912月3.806.782.9877253.9057.7674.4946.570.527.421394.311月1.166.785.62145739.3346.6272.1246.570.525.051273.792月2.466.764.30111528.1833.7669.6846.570.522.611146.33平均 值1528.29附表3潜渔站洪峰频率计算表年份洪峰峰值Qi ( m3/s)序号由大到小 排列Qi (m3/s)Pm (%)Pm (%)19221350I13501.791954702111605.72195528427489

37、.651956748370213.581957402465917.501958200558521.431959237651025.361960478750029.291961659848433.221962585947837.15196311601040941.0719644091140245.0019655101238748.9319662321330552.8619672441428756.7919681671528460.7219693871624464.6419703051723868.5719715001823772.5019751081923276.4319734842020080

38、.3619742872116784.2919751662216688.2119761192311992.1419772382410896.07均值417417Cv0.65频率P (%)A次配线Q 均=417Cv=0.65Cs=3C=2.0pKpQp13.613.351395.4952.002.30959.10101.301.85769.37200.611.40582.3450-0.310.80332.9775-0.710.54224.5590-0.8950.42174.4195-0.9490.38159.7799-0.9880.36149.20附表4潜渔站一天洪量频率计算表年份一天洪量Qi (

39、m3/s)序号由大到小 排列Qi (m3/s)模比 系数KiKi-1(Ki-1) 2P=m/(n+1)*100%195427.94155.62.8541.8543.4381419558.17252.52.6951.6952.87338195629.80343.72.2431.2431.545912195722.80429.81.5300.5300.28071619588.72527.941.4340.4340.188620195911.13623.41.2010.2010.040524196015.70722.81.1700.1700.029028196152.50820.91.0730.07

40、30.005332196243.70919.871.0200.0200.000436196355.601017.20.883-0.1170.013740196414.321116.160.830-0.1700.029044196515.621215.70.806-0.1940.03774819669.501315.620.802-0.1980.039352196711.821414.320.735-0.2650.07025619689.901511.820.607-0.3930.154660196920.901611.580.594-0.4060.164564197017.201711.130

41、.571-0.4290.183768197123.40189.90.508-0.4920.24197219755.34199.50.488-0.5120.262576197319.87208.720.448-0.5520.305180197416.16218.290.426-0.5740.330084197511.58228.170.419-0.5810.33718819768.29237.610.391-0.6090.37139219777.61245.340.274-0.7260.526996总计467.57467.5724.0030.00011.4691均值19.4819.48Cv0.7

42、1频率P (%)A次配线Q=19.48Cv=0.71Cs=3C/=2.1pKpQp13.663.6070.1052.002.4247.14101.291.9237.32200.591.4227.6450-0.320.7715.0575-0.710.509.6690-0.8690.387.4695-0.9110.356.8899-0.9190.356.77附表5潜渔站三天洪量频率计算表年份三天洪量Qi (m3/s)序号由大到小 排列Qi (m3/s)模比 系数KK-1(K-1) 2P=m/(n+1)*100%195458.40186.62.6821.6822.82894195513.30279.12.4501.4502.10168195636.00358.41.8090.8090.653812195737.19449.21.5240.5240.274316195815.85542.851.3270.3270.107020195919.80639.051.2090.2090.043824196020.80737.191.1520.1520.023