天福庙水库防洪复核设计

1、Click here to enter text.工程水文及水利计算课程设计书课设名称：天福庙水库防洪复核计算姓 名 ： 何俊 学 号 ： 2010301580115 班 级 ： 2011级港航一班 指导老师 ： 刘攀 付湘 2013年7月目 录 一、设计背景及意义2二、防洪标准选择3三、峰、量选样及历史洪水调查4四、设计洪水计算5五、设计洪水调洪计算13六、坝顶高程复核计算15七、结论与感言16八、参考文献17附录1、调洪演算试算程序17一、设计背景及意义天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降1.06%，总库容6367万m

2、3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，已运行近30年。1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务，是在延长基本资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核，其具体任务是：1 选择水库防洪标准。2 历史洪水调查分析及洪量插补。3 设计洪水和校核洪水的计算。4 调洪计算。5 坝顶高程复核。1、流域自然地理概况，流域水文气象特性（一） 流域及工程概况天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10

3、.6，总库容6367万m2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。水库死水位378m，死库容714万m3，正常蓄水位409m，相应库容6032万m3。设计洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。（二） 水文气象资料1.气象特征。天福庙流域地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季低温少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变

4、化较大，无霜期长。多年平均气温16.8，历年最高气温达40，最低气温-12，平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s，风向多为NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，4-10月为汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的19.5%。月降雨量最少是12月，仅占全年的1.3%。2.水文测站。黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站，1971年设立小溪塔水文站，1961年在东支设立分乡水文站。天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流观测，有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积1083.0km2。3.分乡站历史洪

5、水。根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，资料可靠，可直接采用。经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2-4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。分乡站历史洪水成果见表KS11。表KS11 分乡站历史洪水成果序号年份洪峰流量 （m3/s）1d洪量（×108m3）3d洪量（×108m3）重现期备注1193546831.02681.53021762198437391

6、.07381.666431826不能定量41930不能定量5195828201.22011.9500二、防洪标准选择水利水电枢纽工程的等级:工程等级水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容（×108m3）城镇及工矿企业的重要性保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）城镇及工矿企业的重要性装机容量（×104kw）一大（1）型>10特别重要500>200150特别重要120二大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030三中型1.00.10中等100306015505中等305四小（1）型0.100.01一般30515350.5一般5

7、1五小（2）型0.010.001<530.51水库工程建筑物防洪标准:水工建筑物的类别防洪标准重现期（年）山区、丘陵区平原区、滨海区设计校核设计校核混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑土坝、堆石坝一100050050002000可能最大洪水（PFM）或10000500030010020001000二5001002000100050002000100501000300三100501000500200010005020300100四50305002001000300201010050五30202001003000200105020依据天福庙库容量，根据防洪标准GB 50201-94查得天福庙水库

8、工程为三级中型水电工程，其防洪标准为：设计T=50年，校核T=500年。三、峰、量选样及历史洪水调查1、天福庙水库坝址19591977年峰、量系列更具分乡站资料换算得到，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积的一次方换算。2、天福庙坝址19782001峰、量系列直接采用天福庙入库洪水计算。3、分乡站历史洪水换算天福庙水库峰量根据19782001年峰量关系得1d，3d洪量（见表格）。天福庙水库洪峰、洪量系列:年份洪峰Qm（m3/s）1d洪量W1（108m3）3d洪量W3（108m3）年份洪峰Qm（m3/s）1d洪量W1（108m3）3d洪量W3（108m3）195818030.62370.

9、996819805710.17250.209219591310.04340.066419811260.08410.124119602660.09210.138019825820.21270.317219612000.06640.102319834370.21240.322319626400.19990.2924198423890.54890.8518196310360.37270.572519851210.06130.130719644520.13140.131419862180.09790.192419655190.14520.230019874380.16770.286419661890.

10、08170.125319882220.11540.179019677740.18760.285219895920.22290.318919688380.28320.659419906340.12090.179019694280.15140.221319918040.23340.315819705980.22330.310319928510.26350.328819713890.16810.287719934250.1195003630.079719941670.11770.213119734450.14570.223319952610.09850.1860197424

11、00.08130.158919964870.23410.433419758480.14830.248019975440.13830.318619762720.09310.138019989740.22620.413519771620.09150.179519991700.07340.168619782990.15250.281220006130.21130.315719796340.28800.539320014710.19130.29861979-2001年峰、量相关关系:四、设计洪水计算时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s时段t=1h流量m3/s096.

12、619216.33645.25524.8157220183.53744.25624.221085211563843.55723.531345221383941.75822.841568231214040592294138.36021.56209025108.44236.66120.6723892691.54334.86219.382138.72783.54433.16318.291465.52868.64532.26417.3101005.12953.34631.36516.111768.83040.94730.46615.312494.331514829.56714

13、.413584.932614928.76813.514421.23354.85027.86912.615358.73448.55127.27011.816344.83546.35226.6711117313.73645.253267210.618232.53744.25435.4洪峰流量经验频率计算按数量大小排序=年份Qmm3/sM1P1M2P2mP31935299210.571984238921.136182621.705193022.2731958180332.8411963103636.70199897448.901992851511.101975848613.301968838715.

14、501991804817.701967774919.9019626401022.1019796341124.3019906341226.5020006131328.7019705981430.9019995921533.1019825821635.3019805711737.5019975441839.7019655191941.9019964872044.1020014712146.3019644522248.5019734452350.7019874382452.9019834372555.1019694282657.3019934252759.5019713892861.70197829

15、92963.9019762723066.1019602663168.3019952613270.5019742403372.7019882223474.9019862183577.1019612003679.3019661893781.5019991703883.7019941673985.9019771624088.1019591314190.3019811264292.5019851214394.701972644496.90流量根据公式：=，=，= 计算。由公式计算理论频率曲线的统计参数:Q平均=1nQi=548.80m3/s, Cv=0.91, Cs=2.67Cv=2.43查频率曲线方

16、法得1826年，1930年的洪峰流量分别为2296 m3/s和2059 m3/s。P=0.2%时的校核洪峰Q0.2%=Q平均（0.2%Cv+1）=3360.47 m3/s，P=0.2%时的洪峰流量3200 m3/s。1d洪量的相关数据:序号系列值频率序号系列值频率10.67850.0057240.14830.50720.62370.011250.14570.52930.54890.017260.14520.55140.37270.067270.13830.57350.2880.089280.13140.59560.28320.111290.12090.61770.26350.133300.11

17、950.63980.23410.155310.11770.66190.23340.177320.11540.683100.22620.199330.09850.705110.22330.221340.09790.727120.22290.243350.09310.749130.21270.265360.09210.771140.21240.287370.09150.793150.21130.309380.08410.815160.19990.331390.08170.837170.19130.353400.08130.859180.18760.375410.07340.881190.17250

18、.397420.06640.903200.16810.419430.06130.925210.16770.441440.04340.947220.15250.463450.03630.969230.15140.485W平均=1nWi=0.19×108m3, Cv=0.72, Cs=2.96Cv=2.13由曲线图可知，p=0.2%时的校核流量Wp=W平均×(0.2%Cv+1）=9.6×107m3p=0.2%时所对应的1d的洪量为0.95×108m3。3d洪量的相关数据:序号峰量频率序号峰量频率11.04570.0057240.230.5120.96680.

19、011250.22330.5330.85180.017260.22230.5540.65940.07270.22130.5750.57250.09280.21310.660.53930.11290.20920.6270.43340.13300.19240.6480.41350.16310.1860.6690.32880.18320.18240.68100.32230.2330.17950.71110.31890.22340.1790.73120.31860.24350.1790.75130.31720.27360.16860.77140.31580.29370.15890.79150.3157

20、0.31380.1380.82160.31030.33390.1380.84170.29860.35400.13070.86180.29240.38410.12530.88190.28770.4420.12410.9200.28640.42430.10230.925210.28520.44440.07970.947220.28120.46450.06640.969230.2480.49W平均=1nWi=0.3×108m3, nCv=1W平均=0.71, Cs=3.18Cv=2.26由曲线图可知，p=0.2%时的校核流量Wp=W平均×(0.2%Cv+1）=1.499×

21、;108m3p=0.2%时所对应的3d的洪量为1.55×108 m3合理性分析: （1）通过对本站洪峰、洪量及其统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及其统计参数随地区的变化规律的分析，以及从形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相应的合理结论。（2）将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上，在适用范围内不能相交。因为如果相交，就不能保证同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。选择典型洪水过程线:洪峰（m3/s）洪量（m3/s）h1d3dP=0.2%的设计洪峰、洪量32002639043055.6典型洪水过程线的洪峰、洪量2389.019879.621663.4起止时间1984.7.2

22、6.81984.7.26.0241984.7.26.07.28.24计算放大比:KQ=Qmp/Qm典=1.34, Kw1=Wtp/Qt典=1.32, Kw3-1=43055.6-2639021663.4-19879.6=9.34设计洪水过程线计算表：时间（t=1h）流量放大倍比放大流量时间（t=1h）流量放大倍比放大流量096.61.32127.5123645.29.34422.16815721.32755.043744.29.34412.828210851.321432.23843.59.34406.29313451.321775.43941.79.34389.478415681.32206

23、9.7640409.34373.6517911.322364.124138.39.34357.722620901.322758.84236.69.34341.844723891.32/1.343201.264334.89.34325.03282138.71.322823.0844433.19.34309.15491465.51.3222004532.29.34300.748101005.11.321679.854631.39.34292.34211768.81.321598.994730.49.34283.93612494.31.321498.264829.59.34275.5313584.9

24、1.3214004928.79.34268.05814421.21.321385.325027.89.34259.65215358.71.321375.945127.29.34254.04816344.81.321287.335226.69.34248.44417313.71.321198.6153269.34242.8418232.51.321157.385435.49.34330.63619216.31.321135.215524.89.34231.63220183.51.321099.895624.29.34226.028211561.321032.145723.59.34219.492

25、21381.32990.865822.89.34212.952231211.32980.325922.19.34206.41424103.91.32967.346021.59.34200.8125108.41.32/9.34870.566120.69.34192.4042691.59.34854.616219.39.34180.2622783.59.34779.896318.29.34169.9882868.69.34720.526417.39.34161.5822953.39.34680.786516.19.34150.3743040.99.34640.566615.39.34142.902

26、31519.34595.986714.49.34134.49632619.34569.746813.59.34126.093354.89.34511.8326912.69.34117.6843448.59.34452.997011.89.34110.2123546.39.34432.44271119.34102.743645.29.34422.1687210.69.3499.004五、设计洪水调洪计算相关水位与库容等关系表格：库水位库容(×104m3)左岸溢洪道q1(m3/s)坝顶溢洪道q2(m3/s)合计泄流量q(m3/s)39834600003993670370374003890

27、10701074014100216021640243253650365403454553025555404477573010383340550049222301152406523511304001530407551513456051950408579015828352417409604518451095294041063102115137534904116596237016954065天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段t=1h，洪起调水位为正常蓄水位409m，在次水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的流量为2940m3/s。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸门孔数，使泄流量等于来

28、水流量，保持设计蓄水位409m不变。当入库洪水流量大于2940m3/s时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高洪水位，然后再回落至设计蓄水位409m。其中V2= 12(Q1+Q2)t- 12(q2+q1)t+V1由起始条件得V1=3460，q1=0,已知第一时段的Q1=128，Q2=755.04，用试算法，假定q2值，代入上式，得出V2值，在泄蓄曲线中检查结果。试算得第一时段V2=3613.459×104 m3， q2=30m3/s。以此V2，q2为第二时段V1，q1，以此类推，得出表格：时段流量Q（m3/s）(Q1+Q2)2tq(m3/s)V(m3)Z(m)0127.51

29、21588594034603981755.043937032303613.459398.521432.257736801203980.163400.131775.469212884004463.931402.542069.7679809848504931.059404.752364.12922125616005288.158406.462758.81072810820005712.969407.673201.261084381925005987.350408.782823.084856357928005889.708408.291934.46587014620005612.723407.3最大

30、下泄流量qm由表可得qm=2800 m3/s。校核洪水位为408.7m，校核库容V校核=5987.35×104 m3。入库和下泄流量过程线六、坝顶高程复核计算根据混凝土拱坝设计规范（SL282-2003），坝顶高程应不低于校核洪水位，坝顶上游侧防浪墙顶高程与设计洪水位或校核洪水位的高差h按下式计算：h=hb+hz+hc式中： hb波高，m；hz波浪中心线超出静水位的风壅高度，m；hc安全超高，根据建筑物等级选取，m。波高 ：hb=0.0076V112(gDV2)13(V2g)波长：Lm=0.331V-715(gDV2)415(V2g)风壅高度：hz=hb2Lmcth2HLm式中V计算

31、风速，设计工况采用1.5倍的多年平均最大风速；校核工况，采用多年平均最大风速； H坝前水深，m；g重力加速度；D库区长度，即吹程，m。代入：D=1000m， g=9.8m/s2 ， H=348m ， V=15.5m/s得：hz=0.34m 混凝土拱坝安全超高hc ： 单位：m坝的级别123正常运用0.70.50.4非常运用0.50.40.3由表可得hc=0.3，故：h=hb+hz+hc=0.805+0.34+0.28=1.425m故：H1=Zm+H=408.7+1.425=410.125mH1=410.125mH防=411.3m综合分析可得出：水库坝高符合标准。七、结论与感言经过校核计算，可以

32、得出结论：天福庙水库的设计洪水位，校核洪水位以及坝顶高程均符合国家标准和防洪标准。课程设计对我来说是一个新鲜的名词，以前从学长那略有耳闻，只是隐隐约约觉得有些棘手。拿到课题，看了看内容与要求，顿觉头晕目眩。虽然考前的全面复习让我自认为对工程水文及水利计算这门课程有了比较深刻的认识，也多了许多自信。不过看到几乎综合了这本书所以重要知识点的课程设计，瞬间又觉得自己什么都不知道了，一片茫然，不知从何处入手。遂想尽办法，从各处搜罗到大量资料，才总算有了头绪。接下来，便是漫长的复制，粘贴，列表，计算的过程：经验频率与理论频率的计算，相关分析，设计洪水，同频率放大，入库下泄流量分析··

33、····这些问题单独来看，都还算简单，但是把它们连到一块，就综合成了一个很复杂的问题，过程繁琐，巨大的信息量往往容不得我们出半点差错。因此很难保证在短时间内一次就能得到符合要求的结果，往往需要大量的重复计算。艰苦的过程总算是熬过去了，一次次重复的努力也还算没有白费，得到这样的结果也算是一次成功的课设了。对此，我感到非常欣慰。通过这次课程设计，让我在考完 工程水文及水利计算一个月之后，又对所学的知识进行了一次全面的复习和巩固。不仅如此，这更是一次在实际问题中应用课本知识的经历，是把理论知识付诸实践的经历。这次课设，让我把所学的知识提升了不少，它们不再是脑子里慢慢腐朽凋零的记忆，而变成了能开花结果的种子。我还感受到，知识固然是能为我们所用的，我们光学习了知识，知道了有这么回事儿还不行，还得学会把知识灵活运用，去解决实际问题。这样，我们才算真正掌握了知识。八、参考文献1.工程水文及水力计算（第二版）雒文生、宋星原，中国水利电力出版社；2.防洪标准（GB 5020194）；3.水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 2522000）；4.混凝土工把设计规范（SL 2822003）附录1