课程设计任务书和计算书

1、合肥工业大学课程设计任务书计目TyrFr梅山水库和龙河口水库优化运行研究计目TyrFr一、设计题目：梅山水库和龙河口水库优化运行研究二、课程设计学时：1周三、课程设计目的、要求：1、目的让学生加深对水资源规划及利用课程基本理论的理解，更好地掌据水资 源规划及利用的基本知识和分析计算方法；培养学生分析问题、解决问题的 能力，以及运算、绘图和编写说明书的能力。2、基本要求课程设计主要内容在课程学习的基础上，通过课程设计，进一步加强学生对所学内容的理 解水平和应用能力，培养学生分析问题与解决问题的能力。主要内容包括： 根据梅山水库和龙河口水库的基本资料为依据，应用水资源规划及利用的理 论和方法，确定

2、丰、平、枯三个典型年，对水库进行兴利计算和调洪演算。课程设计主要内容四、主要内容1、熟悉，分析有关资料，并绘制有关曲线；2、根据梅山水库和龙河口水库长系列降雨量资料，定出对应设计保证率 为10%，50%，90%的设计典型年；3、分别对梅山水库和龙河口水库设置三种不同方案进行设计典型年兴利 调节和水能计算，求水电站年平均发电量，并比较各方案计算结果；梅山水库：方案一：正常蓄水位：128 m，汛限水位：125.27 m。方案二：正常蓄水位：128 m，汛限水位：124.57 m。方案三：正常蓄水位：128 m，汛限水位：126.27 m。龙河口水库：方案一：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：68

3、.3 m。方案二：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：67.0 m。方案三：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：66.0 m。4、对设计丰水年的洪水过程设置不同调度原则进行调洪演算。五、需提交的成果1、计算说明书一份，详细说明计算方法和过程；2、详细列出梅山水库和龙河口水库设计丰水年、设计平水年和设计枯水 年三年兴利调节结果。3、详细列出梅山水库和龙河口水库设计丰水年调洪演算结果（需附图）。六、课程设计方式与时间安排1、设计方式：根据给定的资料和参数条件，各人独立进行设计（所有学 生的基本资料相同，但所选方案不同）。2、时间安排：（1）布置设计任务与熟悉资料（0.5天）；（2）分析计算（3.5

4、天）；（3）编写说明书（1天）。七、基础资料1、梅山水库简介：梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省金寨县境内， 东与淠河西源为邻，西与灌河隔岭为界，南源于大别山北麓，北距史河入淮 口 130km。水库流域南北长约70km，东西宽约40km，流域面积1970km2。 梅山水库按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，设计洪水位137.66m， 校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m，汛限水位125.27m，死水位94.00m， 总库容22.64亿m3，兴利库容9.57亿m3，调洪库容5.0亿m3，死库容1.26 亿m3,为年调节水库。梅山水库现有水电站装机容量为4万kW，4台发电

5、机 组，单机最大过水流量29.8m3/s，电站主要结合灌溉供水或利用泄洪弃水发电， 原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。现状情况下多年平均发电量 为9925万kWh。梅山水库兴利调度原则：非汛期为5-10月，汛期为6-9月，其中9月为 过渡期，即从9月份开始水库开始慢慢蓄水，并在9月末时保证水库水位在 死水位和正常高水位之间，10-5月份水库处于非汛期，这段时间保证水库水 位在死水位和正常高蓄水位之间，并保证非汛期末时水库水位在死水位与汛 限水位之间。梅山水库调洪原则：从汛限水位125.27m起调，设计洪水位139.17m。电 站装机4台，为安全计，按3台发电机组满载下泄流量，其余泄流设

6、备均关 闭，但水库水位上涨到防洪高水位时，除泄水底孔外其余泄流设备均全开， 按泄流能力下泄，不受下游及淮河十流限制；之后水库来水较小时，按维持 设计蓄洪水位控制下泄，但最小下泄流量不小于3台机组发电流量。三种调洪计算方案如下：方案一：汛限水位125.27m，防洪高水位130.2，控泄流量75m3/s方案三：汛限水位125.27m，防洪高水位132.2，控泄流量73m3/s方案二：汛限水位125.27m，防洪高水位131.2，控泄流量74m3/s2、龙河口水库简介：龙河口水库位于舒城县境内的杭埠河上游，坝址 位于龙河与杭埠河汇合处稍下游的龙河口，距舒城县城约25 km，属于长江流 域巢湖水系。坝

7、址以上控制流域面积1120 km2,占杭埠河全流域面积2122 km2 的53%。流域长度48.9 km，主河道长度74.8 km；河道坡度5.04%。流域内 地形西南高，东北低，西南各支流的中上游为典型的山区，山高谷深。东北 部为低山丘陵区，各支流的下游全坝址主河道之间为宽阔河漫滩地。水库按百年一遇洪水没计，万年一遇洪水校核。死水位53.0 m，相应死 库容0.502亿m3；正常蓄水位68.3 m，设计洪水位72.64 m，校核洪水位75.04 m，总库容9.03亿m3，其中调洪库容3.87亿m3，（此调洪库容对应的是设计 汛限水位68.3m全校核洪水位的库容）兴利库容4.66亿m3。水库是

8、以防洪、 灌溉为主，结合发电、水产养殖、旅游、供水等综合利用的大型（2）水库。水 库下游保护合九铁路、206国道、沪蓉高速铁路和舒城县城、龙河镇、三河镇 等人口密集区。设计防洪保护面积53万亩。下游灌区有杭淠、舒庐两条干渠， 设计灌溉舒城、庐江、肥西、六安四县155万亩农田。龙河口水库兴利调度原则：汛期尽量使水库在汛期末蓄到正常蓄水位， 对于方案二和方案三，将9月份当作过渡期，在过渡期，逐步抬高汛限水位， 尽量使汛末水库蓄满。非汛期水库水位到正常蓄水位和死水位之间变化。龙河口水库调洪原则：龙河口水库下游的防洪标准为20年一遇洪水，安 全泄量为1000m3/s，50年一遇洪水，安全泄量为1500

9、m3/s。下游防洪标准小 于水工建筑物的设计标准，当下泄流量较大时用闸门控制下泄流量小于下游 安全泄量，当库水位高于防洪高水位时，闸门全开，自由泄流。方案一：汛期限制水位68.3m；调度原则：库水位超过68.3m而低于20年一遇洪水位时，控制下泄流量1000m3/s； 库水位在2050年一遇洪水位之间，控制下泄流量1500m3/s； 库水位超过50的一遇洪水位时，正常溢洪道全开，不控制；库水位超过100年一遇洪水位时，非常溢洪道自溃泄洪。方案二：汛期限制水位67.0m；调度原则：库水位67.067.5m,控制下泄流量800m3/s；库水位67.571.17m，控制下泄流量1200m3/s；库水

10、位71.1772.23m，控制下泄流量1500m3/s；库水位超过72.23时，正常溢洪道全开，不控制；库水位超过100年一遇洪水位时，非常溢洪道自溃泄洪。方案三：汛期限制水位66.0m；调度原则：库水位66.067.0m，控制下泄流量400600m3/s；库水位67.067.5m，控制下泄流量800m3/s；库水位67.571.17m，控制下泄流量1200m3/s；库水位71.1772.23m，控制下泄流量1500m3/s；库水位超过72.23时，正常溢洪道全开，不控制；库水位超过100年一遇洪水位时，非常溢洪道自溃泄洪。八、参考书：运筹学、水资源规划及利用、水利水能规划九、注意事项：设计内

11、容较充实，需要加强设计过程中的进度控制，以期按时完成设计 任务。建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给签名：2011年 月 日第二章梅山水库及资料概述1、梅山水库简介梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省金寨县境内，东与淠河西源相邻，西 与灌河隔岭为界，南源于大别山北麓，北距史河入淮口 130km。水库流域南北长约 70km，东西宽约40km，流域面积1970km 2。梅山水库按500年一遇洪水设计，5000 年一遇洪水校核，设计洪水位137.66m，校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m， 汛限水位125.27m，死水位94.00m

12、，总库容22.64亿m3，兴利库容9.57亿m3，调洪 库容5.0亿m3,死库容1.26亿m3,为年调节水库。梅山水库现有水电站装机容量为 4万kW，4台发电机组，单机最大过水流量29.8m3/s，电站主要结合灌溉供水或利用 泄洪弃水发电，原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。现状情况下多年平均 发电量为9925万kWh。梅山水库是具有防洪、灌溉、发电、航运与水产养殖等综合利用功能的大 型水利枢纽工程，是“十一五”期间由我国自行设计、自行施工的重点工程之一， 也是驰名中外的淠史杭灌区的主要水源之一。 水库主体工程于1954年3月开始， 至1956年4月完工梅山水库建成50多年来，充分发挥了

13、巨大的综合功能，成 绩斐然。防洪方面，担负着为淮河干流错峰调蓄的重要任务，特别是战胜了 1969 年、1991年和2003年的洪水，保证了下游城镇人民生命财产的安全，为确保 淮河安全度汛、减少淮河中游启用行蓄洪区作出了突出的贡献；灌溉方面，作 为淠史杭灌区主要水源，灌溉下游的安徽、河南二省五县区383万农田，使其旱涝保收；昔日山水横溢、易旱易涝的史河流域现已变成了绿水清池、万顷良 田。发电方面，是皖西电网的重要电源点，对安徽电网的发展和确保电网安全 起着不可替代的作用。各种效益特别是防洪、灌溉和发电三大效益的正常发挥， 对皖西乃至全省的经济发展和社会稳定起到十分重要的作用。2、基本资料径流资料

14、：1969年到2008年的入库径流资料，以旬为计算单位，并且按水 文年划分，计算出年总入库水量和旬平均入库水量。蓄水量资料：1969年到2008年的各旬需水量，以水文年划分。水库水位库容曲线，并且将库容作为输入变量，水位作为输出变量用C语言编程（只需要116.0到140.8即可），以便快速由库容查出水位。水库逐月耗水率，兴利调节计算时，由此计算出各个时段的发电量，以便各个方案的比较。水位与下泄流量的关系，将下泄流量作为输入变量，通过下泄流量与水位的 关系、水位与库容的关系，将库容作为输出变量用C语言编程，以便在调洪计算时应用。第三章 课程设计的目的任务及方案1、任务及目的让学生加深对水资源规划

15、及利用课程基本理论的理解，更好地掌据水资源规划及利 用的基本知识和分析计算方法；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图 和编写说明书的能力。在课程学习的基础上，通过课程设计，进一步加强学生对所学内 容的理解水平和应用能力，培养学生分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：根据 梅山水库/基本资料为依据，应用水资源规划及利用的理论和方法，确定丰、平、枯三个 典型年，对水库进行兴利计算和调洪演算，并且对各个方案进行比较，确定兴利调节的 发电量与时间的关系、调洪演算中水库水位与时间的关系，并且对最大泄流量和最高水 位等参数进行分析，以便对水库的安全进行评价。2、方案兴利调节：兴利调节的三个典

16、型年的三个个方案分别为方案一：正常蓄水位：128 m，汛限水位：125.27 m。方案二：正常蓄水位：128 m，汛限水位：124.57 m。方案三：正常蓄水位：128 m，汛限水位：126.27 m。此次课程设计采用方案二、三。调洪演算：方案一：汛限水位125.27m，防洪高水位130.2，控泄流量75m% 方案二：汛限水位125.27m，防洪高水位131.2，控泄流量74m为 方案三：汛限水位125.27m，防洪高水位132.2，控泄流量73m为 此次课程设计采用方案二。第四章典型年的选取入库径流资料的整理和典型年的选取：、对入库的长系列径流资料进行整理，计算出各年的年入库总量和各旬的平均

17、入库W36、根据各水文年的旬均水量制作频率表，将水量按从大到小的顺序排列，其中频率m/P= +1，选出频率10%、50%、90%相对应的典型年，分别为1987丰水年、1971中 水年、2001枯水年。频率典型年旬均入库水量万m310%丰水年19876363.2950%平水年19713696.3490%枯水年20011943.98第五章 兴利调节及各方案的比较1、兴利调节的原理及方法：水库的兴利调节时指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需 要的目的。兴利调节计算时水利计算的主要组成部分。单一水库兴利调节计算的任务， 是在已知河川径流过程及用水的要求下，对研究时期的各个计算时段内水

18、库的水量供需 平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、蓄水量、弃水量及损失水量等水利水能要素。 时历法以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水库水量蓄泄平衡的径流调 节计算，并给出调节流量、水库蓄水量等计算结果。2、典型年各个方案的兴利调节兴利调节时不计入水量损失，各方案都从非汛期10月上旬开始以兴利库容开始 起调，根据入库流量和需水流量的关系计算出多余水量或不足水量（多余或不足水量 二来水量-需水量，负数代表水量不足），在非汛期，水位保持在正常蓄水位和死水位 之间，如果超出正常蓄水位，则水库产生弃水；如果低于死水位，则产生缺水量，不 能保证正常供水。非汛期从10月到5月，在5月下旬，水位必

19、须降低到汛限水位下。 汛期从6月到9月，此间水位在汛限水位和死水位之间变动，如果超出汛限水位则产 生弃水，如果低于死水位则产生缺水。过渡期为9月，此期间可以使水位上升到正常 蓄水位。出库总流量=各部门需水量+弃水量，由耗水率表可以查得各个月对应的平均耗 水率，据此可以求出旬均发电量。绘制时间与发电量的坐标图，为方案的比较做准备。3、典型年的兴利调节计算及分析比较用不计水量损失的时历列表法进行兴利计算，平均发电量N= E （门为月平均 耗水率），水库有4台发电机组，单机最大过水流量29.8m3/，因此有Qt = 119,2巧s。由两个方案的调节计算可以看出在在90%的枯水年，由于来水较少，在两个

20、方案中都不会因为安全因素而在非汛期 结束时即5月下旬末产生弃水，因此两种方案中出力在各个时段是相同的，年发电量 相同；在过渡期产生相同的缺水量，两种方案一样。在50%的中水年中，来水变多，没有产生缺水，两个方案的汛限水位不同，在5 月下旬末产生不同的弃水，但由于此时的流量都超过Qt，并且都是采用相同的平均 水头和相同耗水率，因此虽然两个方案中的汛限水位不同，但各个时段的计算出力依 然相同。但方案二中弃水较多，此时方案三较好。在10%丰水年中，来水多，产生较多弃水，并且方案二在5月下旬和9月下旬都 产生更多弃水，因此在9月末会产生更多的发电量，最终方案二的发电量将比方案三 的稍多。方案的选定应根

21、据需水和发电来综合选定。各典型年方案计算结果如下各个典型年的兴利调节的比较典型年方案年总发电量（104kwh）缺水量（104m3）弃水总量（104m3）枯水年方案二13895.14020513.98428436.1562001方案三16654.05720513.98428436.156平水年方案二11213.681108197.7061971方案三11213.68198577.206丰水年方案二14103.098205229.1841987方案三1429.368197700.364第六章调洪演算及分析比较1、水库调洪计算的原理和方法洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随

22、时间而变化， 其流态属于明渠非恒定流。在求解时常用静库容法和动库容法，此次课程设计采用静库 容法。静库容法仅考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水进行调节，连续性方程可以写成有限差形式的水量平衡方程为(Q - q)E = V -匕Q为计算时段的平均入库流量，单位为s , q为时段的平均下泄流量，单位m3ls ,也 为计算时段，以秒为单位，匕、匕分别为计算时段初、末水库的蓄水量，单位为展，此 式即为水量平衡方程，表明一个时段的入库水量与下泄水量之差即为该时段的水库水量 的变化。公式中未计及洪水入库处全泄洪建筑物件的行进时间，以及沿程流速变化和动 库容等的影响。又由 q = f和V = /可以推求出q

23、 = f(V)将组成一个方程组，可求出每一时段末的q和V。2.调洪试算步骤采用方案二根据已知的水库水位关系表及下泄流量和水库水位的关系表用C语言编 写程序，q作为输入，Z和V作为输出，可以确定出下泄流量与水库容量的V的关 系。选取计算时段为3小时，即1080秒。开始入库流量较小，下泄流量按照控泄流量下泄，达到防洪高水位后，决定开始 计算的时刻，每一时段中的Q1、Q2、q1、V1均为已知。先假定一个q2值，带入式 中，求出相应的V2值。然后按此q2值通过上面的程序，算出V2值。进行若干 次上述计算后，直到得出的V2最相近为止。此时的q2即定为该时刻的泄流量。这 样进行多次演算，部分试算过程见附页

24、。将计算结果绘制成曲线，如下：分别为入库流量时间关系曲线、下泄流量时间关 系曲线、水位时间关系曲线。Q-t曲线q-t曲线Z-t曲线通过试算，可以将水位超过防洪高水位的时段通过试算确定下泄流量和时段末的库容，对于不用试算的时段，由库容可以用线性内插的方法查出水位。通过对三个曲线 的分析可知，水库出现两个洪峰，相应下泄流量也出现两个峰值，但在时间上迟后于入 库流量；水库水位上升到防洪高水位后，水库采用自由泄流的方式，水位先上升超过防 洪高水位，但随着入库流量的减小，水位随之下降，随后基本维持在防洪高水位不变。对于采用防洪高水位为132.2的方案，由于防洪高水位相对较高，因此达到试算水位的时 间较晚

25、，并且再次降回防洪高水位的时间较短（通过与第三组的方案三的结果做比较）。引用第三组调洪演算的方案三的结果4、调洪演算中用到的C程序：根据下泄流量与水位的关系、水位与库容的关系，编写下列源程序，以便快速由q确 定Z和V。#includevoid main(void)int i,j;float q,w,ku;floatx21=308,507,543,576,603,628,633,638,642,646,666,876,1181,1585,2069,2633,3237,3823,4517,5282,5906;floaty21=100,105,110,115,120,125,126,127,128,

26、129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,140 float a249=73056,73508,73959,74412,74865,75320,75775,76231,76686,77142,77597,78053,78508,78964,79419,79875,80330,80786,81241,81697,82152,82608,83063,83519,83974,84430,84885,85341,85796,86253,86709,87167,87624,88083,88541,89000,89459,89924,90389,90860,9

27、1331,91806,92280,92761,93242,93752,94262,94782,95302,95827,96352,96877,97402,97928,98453,98979,99504,100030,100555,101081,101606,102156,102706,103256,103806,104357,104907,105458,106008,106559,107109,107660,108210,108761,109311,109871,110431,110992,111552,112113,112673,113234,113794,114359,114924,115

28、489,116054,116620,117185,117751,118316,118882,119447,120013,120578,121144,121709,122275,122840,123406,123971,124539,125106,125676,126246,126827,127407,128002,128596,129198,129800,130402,131004,131607,132210,132815,133420,134034,134647,135264,135880,136504,137128,137756,138384,139016,139648,140284,14

29、0920,141560,142200,142849,143497,144146,144794,145452,146109,146771,147433,148104,148775,149452,150128,150808,151487,152170,152852,153538,154223,154912,155600,156294,156988,157685,158382,159082,159782,160485,161188,161894,162600,163313,164026,164750,165474,166209,166944,167681,168418,169159,169900,1

30、70641,171382,172123,172864,173605,174346,175087,175828,176569,177310,178052,178794,179539,180284,181050,181815,182601,183387,184176,184964,185753,186542,187331,188120,188910,189699,190496,191293,192096,192898,193701,194503,195306,196108,196920,197732,198549,199366,200186,201005,201845,202685,203535,

31、204384,205235,206085,206945,207804,208665,209526,210389,211251,212115,212979,213845,214710,215577,216444,217313,218181,219051,219921,220792,221663,222536,223408,224282,225155,226030, 226904,227780,228656,229534,230412,231292,232172,233055,233938;float b249=116,116.1,116.2,116.3,116.4,116.5,116.6,116

32、.7,116.8,116.9,117.117.1.117.2.117.3.117.4.117.5.117.6.117.7.117.8.117.9,118.118.1.118.2.118.3.118.4.118.5.118.6.118.7.118.8.118.9,119.119.1.119.2.119.3.119.4.119.5.119.6.119.7.119.8.119.9,120,120.1,120.2,120.3,120.4,120.5,120.6,120.7,120.8,120.9,121.121.1.121.2.121.3.121.4.121.5.121.6.121.7.121.8.1

33、21.9,122.122.1.122.2.122.3.122.4.122.5.122.6.122.7.122.8.122.9,123.123.1.123.2.123.3.123.4.123.5.123.6.123.7.123.8.123.9,124.124.1.124.2.124.3.124.4.124.5.124.6.124.7.124.8.124.9,125.125.1.125.2.125.3.125.4.125.5.125.6.125.7.125.8.125.9,126.126.1.126.2.126.3.126.4.126.5.126.6.126.7.126.8.126.9,127.1

34、27.1.127.2.127.3.127.4.127.5.127.6.127.7.127.8.127.9,128.128.1.128.2.128.3.128.4.128.5.128.6.128.7.128.8.128.9,129.129.1.129.2.129.3.129.4.129.5.129.6.129.7.129.8.129.9,130.130.1.130.2.130.3.130.4.130.5.130.6.130.7.130.8.130.9,131.131.1.131.2.131.3.131.4.131.5.131.6.131.7.131.8.131.9,132.132.1.132.2

35、.132.3.132.4.132.5.132.6.132.7.132.8.132.9,133.133.1.133.2.133.3.133.4.133.5.133.6.133.7.133.8.133.9,134.134.1.134.2.134.3.134.4.134.5.134.6.134.7.134.8.134.9,135.135.1.135.2.135.3.135.4.135.5.135.6.135.7.135.8.135.9,136.136.1.136.2.136.3.136.4.136.5.136.6.136.7.136.8.136.9,137.137.1.137.2.137.3.137

36、.4.137.5.137.6.137.7.137.8.137.9,138.138.1.138.2.138.3.138.4.138.5.138.6.138.7.138.8.138.9,139.139.1.139.2.139.3.139.4.139.5.139.6.139.7.139.8.139.9,140,140.1,140.2,140.3,140.4,140.5,140.6,140.7,140.8;scanf(%f,&q);for(i=0;i20;i+)if(q=xi)w=yi+(yi+1-yi)*(q-xi)/(xi+1-xi);for(j=0;j=bj&wbj+1)ku=aj+(aj+1-

37、aj)*(w-bj)Q1;printf(水位%f 库容%fn,w,ku);根据水库水位与库容的关系，用线性内插得原理，编写下列源程序，以便快速由库容查 出水位。#includevoid main(void)int i;float shuiwei,ku;float a249=73056,73508,73959,74412,74865,75320,75775,76231,76686,77142,77597,78053,78508,78964,79419,79875,80330,80786,81241,81697,82152,82608,83063,83519,83974,84430,84885,8

38、5341,85796,86253,86709,87167,87624,88083,88541,89000,89459,89924,90389,90860,91331,91806,92280,92761,93242,93752,94262,94782,95302,95827,96352,96877,97402,97928,98453,98979,99504,100030,100555,101081,101606,102156,102706,103256,103806,104357,104907,105458,106008,106559,107109,107660,108210,108761,10

39、9311,109871,110431,110992,111552,112113,112673,113234,113794,114359,114924,115489,116054,116620,117185,117751,118316,118882,119447,120013,120578,121144,121709,122275,122840,123406,123971,124539,125106,125676,126246,126827,127407,128002,128596,129198,129800,130402,131004,131607,132210,132815,133420,134034,134647,135264,135880,136504,137128,137756,138384,139016,139648,140284,140920,141560,142200,142849,143497,144146,144794,145452,146109,146771,147433,148104,148775,149452,150128,150808