工程水文及水利计算课程设计

目录TOC\o"1-5"\h\z一、 工程概况 1二、 分析计算书 51、 设计年径流计算 52、 推求三十年一遇的设计面暴雨过程计算 7\o"CurrentDocument"3、设计净雨与设计洪水过程线的计算 84、洪水调节及保坝标准复核 115、 兴利调节计算 156、推求完全年调节时的F完，相应的兴利库容v兴 19\o"CurrentDocument"三、 结语 21摘要M河水库为中型水利枢纽，该水库自1959年蓄水至2015年泥沙淤积量约为280万m3,死库容已基本於平，影响到兴利库容。现在按正常运行30年的要求，将死水位由现状122.65m,提高至124.652m。由于输水洞泄流能力较小，现将汛限水位提高至溢洪道堰顶高程130.652m。水文水利计算的主要任务（1） 洪水调节及保坝标准复核（2） 兴利调节计算洪水调节及保坝计算根据资料中给的数据，B=61.7m,m=1,q=1,m=0.32,q=men、瑟Bh32=打96x61.7x（H-130.65），求得不同水位时的下泄流量。利用Excel计算表格内插法求得半图解法计算表中的相关数据见表11，根据表11可以得出最大下泄量与Q不相等，此时应用试算法推求出Q=q=qm时qm的取值。最后试算得到qm=994m，/s时满足q<q安=110仙/s，其他指标见表。表12 100年一遇洪水调洪计算分析成果Qp设⑴调洪计算Q“下⑴调洪计算Q校校⑴调洪计算Z=133.016m 设 q=994m3/smZ校=136.752mZ=136.622m 允、设 q、=1100m3/sZ =137.582m 允、校 故提高汛限水位能满足要求。兴利调节计算根据分析计算1得到年径流数据，扣除上游耗水量得入库流量，即来水量。损失计算w总=W蒸+W渗通过不同的灌溉面积与灌溉水量定额得到用水量，从而可以计算出计入损失的兴利库容。最后将拟定的不同的灌溉面积，相应的兴利库容汇总，推求完全年调节下的灌溉面积和兴利库容。本次水文水利计算成果，在抬高汛限水至溢洪道堰顶高程的情况下，最大下泄量能够满足下游的防洪要求，且满足坝体自身的防洪要求；兴利库容大于完全年调节库容能够足灌溉要求，则推求出的完全年调节是的灌溉面积即为，频率P=25%、P=50%时的代表年保证的灌溉面积。一、工程概况M河水库为重行水利枢纽工程，初建时总库容2322万m，，控制流域面积94平方千米。水库枢纽主要建筑物有拦河坝、溢洪道和放水洞水库于1958年兴建，1959年7月竣工并投入使用，经历1964-1965年水毁恢复、1976年加高大坝并加做坝顶防浪墙、1982年抗震加固，1983年坝后修建减压井、1985年坝后铺设反虑土工布、1997年副坝防渗工程等多次除险加固，工程达到现状规模。M河水库现状工程特

性有关数据见表1。表1M河水库现状工程特性有关数据水库控制流域面积94km2溢洪道型式宽顶堰、无闸门建筑物等级工程等别III堰顶高程130.352m设计标准100年一遇堰顶净宽61.7m校核标准1000年一遇水库特征调节性能年调节放水洞型式拱形浆砌石涵洞水位校核洪水位136.752m断面尺寸2.05m1.3m（下部分为矩形，上部分为半圆）设计洪水位134.752m进口底高程122.15m汛限水位127.652m底坡与洞长平坡、40m闸门型式平板钢闸门正常蓄水位130.352m下游情况河道安全泄量760m3/s铁路桥安全泄量1100m3/s夕匕夕匕水位122.653m库容总库容2445万m3校核洪水库容1965m3坝址距铁路9km兴利库容原设计值：840m3坝型粘土斜墙坝死库容原设计值：45.5m3坝顶高程137.925m防浪墙坝顶高程138.952m该水库以防洪为主，结合蓄水灌溉等综合利用的中型水库枢纽工程，担负着下游主要主要交通干线及 64个村镇的防洪，及下游2667饥2（4万亩）土地的灌溉任务。水库自1959年投入运用以来，在防洪、灌溉等方面发挥了显著地效益。该水库虽经数次除险加固，但水库运用过程中仍存在一些安全问题，需进一步除险加固，并调整有关特征水位。与水利计算有关的除险加固项目是，水库现状溢洪道浆砌石衬砌不满足设计洪水抗冲要求，根据除险加固要求，需要新衬砌0.3m厚混凝土，堰顶高程由现状130.352m提高到130.652m。根据水库上游情况，通过研究表明现状正常水位提高至除险加固后的溢洪道堰顶高程130.652m，而不需要征地移民。该水库现状防洪限制水位低于堰顶高程，防洪运用时，防洪限制水位与堰顶高程之间的蓄洪量靠输水洞泄放，由于输水洞的泄流能力较小，且为便利水库调度运用，减少操作事故风险，拟将汛限水位提高至除险加固后的溢洪道堰顶高程130.652m。此外，该水库自1959年蓄水至2005年，你啥淤积量约280万m3,淤积形态为锥体淤积兼带状淤积，死库容已基本淤平，并已影响到兴利库容。通过对泥沙淤积分析计算，并按该水库除险加固后正常运行30年的要求，将死水位由现状122.652m，提高至124.652m。二、分析计算书1、设计年径流计算来水资料：该水库缺乏实测资料，利用等值线图法已求得水库坝址断面处年径流量的统计参数为R=101mm,CvT.20，采用Cs=2.5Cv。搜集设计流域所在地区《水文手册》不同频率代表年的各月径流量分配比见表2表2 M河水库不同频率代表年径流量年内分配频率（％）各月径流量占全年总流量的百分数％123456789101112250.901.10.63.615.129.242.13.42.51.505000.10.72.20.918.322.941.710.22.10.90设计年径流计算已矢口Cv=2.0,Cs=3.0,当P=25%时，查得蜡=0.196,R25%=R(4pCv+1)=101x(0.196xl.2+1)=124.7552mm当P=50%时，q=—0.39,R50%=R(8pCv+1)=101x(—0.39xl.2+1)=53.732mmW=1000RxF=1000x124.7552x94=11726988.8m3W=1000RxF=1000x53.732x94=5050808m3设计年内分配计算根据表2给出的各月径流量占全年总流量的百分比，分别乘以相应的设计年径流，即为代表年的年内分配。见表3、4表3 P=25% 设计年径流量年内分配计算表频率表2 P-25%设计年径流量年内分配1234567891011120.250.00900.0110.0060.0360.1510.2920.4210.0340.0250.0150R(mm)1.10.01.40.74.518.836.452.54.23.11.90.0W(m3)X10"51.0550.0001.2907.0364.22117.7034.2449.373.9872.9321.7590.000表4 P=50% 设计年径流量年内分配计算表频率表4 P-50%设计年径流量年内分配1234567891011120.500.0010.0070.0220.0090.1830.2290.4170.1020.0210.0090R(mm)0.00.10.92.71.122.828.652.012.72.61.10.0W(m3)X10"50.000.1170.8212.5801.05521.4626.8548.9011.962.4631.0550.0002、推求三十年一遇的设计面暴雨过程计算(1)流域特征参数如表5表5 M河水库流域特征参数流域面积(km2)主河道长度km主河道坡度%0流域平均宽度km流域面积不对称系数9417.711.25.70.5(2)M河水库雨量站具有1961~1997年共37年的雨量资料。暴雨计算时段取1h、6h、24h、3d。其中长历时24h、3d设计点雨量根据雨量站资料，频率计算求得；1h、6h设计点雨量采用等值线图法求得。各时段设计点雨量乘以相应时段点面折算系数即得设计面雨量。30年一遇不同频率设计面雨量成果见表6表6 马河水库30年一遇设计暴雨量成果计算时段1h6h24h3d雨量(mm)77187266396采用公式法推求暴雨过程H=H(t/1Ri aiaH=H(t/1"i bian=1-lgH/H)/lgt/1)ab abab以3h暴雨为例，计算过程如下：3h暴雨在1~6h之间，贝【J暴雨递减气广1-lg(77/187)=(1/6)3h暴雨 H=77X(3^)50=132计算成果果见表7

表7 水库所在地区3d暴雨时程分配时段（△t=3h）24小时雨量分配3日-24小时面雨量分配率3日时程分配10.045.220.067.830.011.340050.1215.660.07810.1470.07810.1480.08110.5390.08110.5310H-H^^^™^18.911H-H21 189.912H-H18 1511.213H-H15 1213.014H9-H&20.315H-H54.316H132.717H-H12.15.7180.0911.7190.0911.7200.2633.8210.0091.17220.0030.392324合计1396.03、设计净雨与设计洪水过程线的计算产流方案：该流域属于半湿润半干旱地区，采用初损后损法产流

计算。该流域由设计的前期影响雨量确定设计条件下的初损值10=85mm,后期平均损失强度了=2.5mm/h汇流方案：采用瞬时单位线法。参数n=1.0,参数m1经验公式如下:m=OF0.65J-0.31-0.35B B其中:10-0-29LKa+0-38,(0.1<BK<0.30)其中:-ln(2.1BK0.25+0.11),(0.1<BK<0.35)La La式中：F 流域面积，km2；L 主河道长度，km；J 主河道坡度，以％计；I 设计净雨平均强度，mm/h；B 流域平均宽度，km；流域面积不对称系数.,匕寸小/ff,为主河道一侧小流域面积，f大为主河道一侧大流域面积。推求设计净雨初损值I=5.20^7.80^1.30^0.001b5.60+10.1(+10.1(+10.5(+10.5(+8.90^5.00=85mm0后损值9.9—9.9—59.9=冬，At=1.485h3后损值=2.5x1.485=3.7mm计算结果见表8雨量累计雨量初损后损设计净雨15.25.205.2027.813.007.8031.314.301.3040.014.300.00515.629.9015.60610.140.0010.10710.150.1010.10810.560.6010.50910.571.1010.50108.980.008.90119.989.905.003.701.201211.2101.107.503.701313.0114.107.505.501420.3134.407.5012.801554.3188.707.5046.8016132.7321.407.50125.201715.7337.107.508.201811.7348.807.504.201911.7360.507.504.202033.8394.307.5026.30211.2395.507.50220.4395.907.50根据表5流域特征参数相关数据，判断BK的区间，BK=玉7x0.50.25=0.2708，贝VLa La17.7w=10—0.29LKa°'25+0.38=10-0.29x0.2708。25+0.38=0.383;m=wF0.65J-0.31-0.35=0.383x940.65x11.2-0.3x8.35-0.35=1.681K=mJn=L68，查附表五得瞬时单位线的S(t)曲线，单位线q=-10Lu(At,t)=261.11"(Mt)，计算结果见表9。i3.6At表8 马河流域设计洪水过程线计算表时段(At=3h)t/KS(t火t-U(t)单位朗)质/线部分地面净流(m3/s)基流净流(m\t设计*Qp(m3/s/s)共；)设T净Is)1雨.2(mm3.7(mn5.5)mm12.(mn46.)mm)125.(mm)8.2(mm4.2(mm4.2)mm26.Xmm：地面13(m，/1123456789101112131415161718192000000011.0.813800.83572.71.2!8.'Q()8.7210.'23.0.9)7B830.13812.(13/71/26.91.()28.：1230.：\35.0.9)9B970.0232.05.50.：!4/140.0.()44/7246.147.110.996.0040.312.0.()0.'们93.(0.01100.42102.458.9110046.80.11.:15.440.0.0356.72358.7610.7110125.20.()0.2(556.29099.0)968.92970.9712.51108.：20.()0/19.49.859.6).()79.：J281.J814.31104.20.()1.(i0・89.8130.0.()42.3244.3916.11104.:20.010.11.6)5J)30.5).0137.I239.I1017.911026.30.00.310.135.()191,197.32199.31119.61100.0)0.10.531.632.5234.)1221.41100.()0.:5315.427.41323.21100.()0.910.922.91425.01100.0)0.022.01526.81101628.61104、洪水调节及保坝标准复核根据表5资料，绘制辅助曲线B=61.7m,m=1,c=1,m=0.32,q=msc尽Bh32=V19.6x61.7x(H-130.65)

计算结果见表10表10 辅助曲线计算表（kt=1h ）库容（万）堰顶以JV库容m （万V/，、J—(f)3/s)ktq 3/ns)V'qkt+2m726.00.(0.00.00 0.0(0790.064.() 177.8 18.10 186.813885.0159.0 441.7 68.50 475.9)2980.0254.0 705.6 137.]1 774.111084.5358.5 995.8 219.f)5 1105.811189.0463.0 1286.1 314.819 1443.561303.5577.5 1604.2 420.f16 1814.451418.0692.0 1922.2 535.f)6 2190.201542.5816.5 2268.1 660.:)2 2598.211667.0941.0 2613.9 793.()4 3010.411804.51078.5 2995.8 933.(i3 3462.651942.01216.0 3377.8 1081.66 3918.612079.51353.5 3759.7 1236.79 4378.122217.01491.0 4141.7 1398.69 4841.012321.01595.0 4430.6 1542.46 5201.782322.01596.0 4433.3 1543.48 5205.072375.01649.0 4580.6 1618.86 5389.98qV'q—+—kt2图1马河水库q-（上+策线时间t(h)Q(m3/s)Q(m3/s)q_t+2 (m3/s)q，，、(m3/s)Z(m)02400130.65016840.388130.677 2 10 17 11.612 1.125 130.705 3 24 42 27.487 2.663 130.7484608466.8246.474130.826 5 108 121 144.35 13.984 130.945 6- 134 134 251.366 29.351 131.1337134123356.01547.596131.317 8 112 100.5 431.419 60.742 131.435 9 89 74.5 471.177 67.674 131.493106041.5478.00368.98131.504 11 23 21 450.523 64.073 131.463 12 19 39.5 407.45 56.563 131.398 13 60 95 390.387 53.588 131.372 1^ 130 153.5 431.799 60.808 131.435 15 177 172.5 524.491 79.676 131.590 16 168 154 617.315 101.033 131.751 17 140 152.5 670.282 113.219 131.838 18 165 217.5 709.563 122.257 131.901 19 270 350 804.806 144.744 132.050 20 430 5255 1010062 196036 132363 21 621 772 1339.526 285.648 132.852 22 923 1096.5 1825.878 424.071 133.516 23 1270 1332 2498307 629865 134381 24 1394 1272 3200.442 852.116 135.213 25 1150 910 3620.326 984.82 135.676 26 670 485 3545506 %0_529_ 135593 27 300 243 3069.977 811.588 135.068 28 186 163- 2501.389 630.805 134.384 29 140 121 2033.584 487.858 133.796 30 102 88 1666726 378474 133307 31 74 67 1376.252 295.937 132.905 32 60 66 1147.315 231.616 132.565 33 72 106 981699 199952 132386 34 140 190 887.747 165.488 132.180 35 240 260 912.259 171.61 132.218 36 280 254 1000649 193685 132350 37 228 174 1060.964 208.748 132.437 38 120 80.5 1026.216 200.07 132.387 39 41 29.5 40 18 16 41 14 11 42 8 7 43 6 5^_ 44 5 4 45 3 3 46 3 2^_ 47 2 2 48 2 49 50 51 52 53 &4140012001000800Q、q,(m3/s)1600600400140012001000800Q、q,(m3/s)1600600400200t(h)147101316192225283134370图2马河水库Q—t与q—t过程线如图2所示Q—t曲线与q—t曲线的交点与qm不相等，故需要试算 假设Q=q=qm=994m3/s,两曲线的交点落在区间（25,26），利用Q—t曲线内插求得△t'1150-990_At，_160_At'1150-670—T—480—了 （1）At'=0.333qm=990m3/s,根据表10中q一v关系，内插得V1=1857.060m3QxAt'+QxAt'一qxAt'—qxAt'=V一V （2）计算得=18568601.63m31=18666718.55m32根据已求得的V2通过辅助计算表内插得到q=994m3/S，（误差在允许范围内）则最大下泄量q=994m3/s，m yq泄=menJ2gBh孑2=994m3/s: 994 _h=3'( )2=2.366mV4.42719X61.7坝前最高洪水位Z =130.65+2.366=133.016m洪水分析论证下游防洪标准30年一遇保河道及农田、100年一遇保下游铁路I1%=1100m3/s

q=<安[30%=760m3/s除险加固后马河水库的相关指标100年一遇Z 设=136.622m1000年一遇Z允又校=137.582mq设⑴调洪计算，z/z允、设必须同时满足\q下⑴调洪计算，qm<q安q「（t）调洪计算，z校<Z允校分析计算成果见表12表12 100年一遇洪水调洪计算分析成果q调洪计算〃设（t）q〃下⑴调洪计算Qp校⑴调洪计算z=133.016m 设 q=994m3/smZ=136.752mZ=136.622m 允、设 q安=1100m3/sZ =137.582m 允、校 结论：提高汛限水位是可行的。5、兴利调节计算灌区与水库处于同一气候区。2015年上游用水资料见表13，综合毛灌溉定额见表14。月份123456789101112耗水量000.20.60.410.31.71.61.81.700表14灌区2015水平年不同频率综合毛灌溉定额 单位：m3/hm2月份34567891011全年用水频率25%64511256454800064505704110频率50%6751170675510109560067506006000水库特性资料蒸发、渗漏损失计算相关资料马河水库所在流域多年平均降水量500mm，由水库器测水面蒸发观测资料确定年最大蒸发量为1510mm,E-601型蒸发器折算系数年平均值为0.95，多年平均器测水面蒸发量逐月分配比见表15。水位一面积、水位容积关系见表16表15 多年平均器测水面蒸发量月份分配比月份123456789101112月分配比%2.33.26.812.217.914.811.99.98.76.83.421(3)泄流建筑物为溢洪道，设计为敞开式宽顶堰，淹没系数。=1.0；s侧收缩系数^=1.0;流量系数m=0.32。

水位（m）现状库容（万m3）面积（万m2）水位（m）现状库容（万m3）面积（万m2）1220.14.0130.65726.0170.01237.09.833.2131790.0179.812430.041.0132980.0200.2124.65_68.049.8_ 1331189.0217.812573.078.21341418.0240.2126137.0100.81351677.0257.8127230.0126.21361942.0279.0128342.0141.81372217.0299.0129471.0158.2137.4282321.0310.0130621.0137.4312322.0313.0137.652375.0323马河水库水位、容积、面积关系表表16表16（1）2015年水平年逐月入库流量计算根据表3、P=25%设计代表年的相关径流量资料，扣除2015年水平年上游逐月耗水量，即得2015年水平年入库径流量，计算成果见表17表17 2015年水平年入库径流量 单位：万m3月份十123456789101112来方:量0.5i5012.!970.3642.21177342.4493.739.3729.：!217.!）90耗水:量）00.20.60.410.31.71.61.8:1.700入库流S5000012.7000760108166.'300074900138）（0'20061705900（2）蒸发量计算多年水面蒸发量多年平均年路面蒸发量E水E水=KE器=1510x0.95=1434.5mmE陆=H-R=550-101=449mmE水-E陆=1434.5-449=985.5mm逐月蒸发损失深度分配计算结果见表18表18 马河水库逐月蒸发损失深度分配表 单位：mm马河水库多年平均器测水面蒸发量分配月份配比:0.0230.0320.0680.1220.1790.1480.1190.0990.0870.0680.0340.02985.522.66(用1.53,667.01420.2：3176.404B45.8!5417.2'，97.5655.73,97.0143.5(70.69拟定面积为Fm3hm2，计算频率25%、50%的灌溉用水，计算该条件下的所需兴利库容，以下以拟定灌溉面积为1840hm2，频率P=25%为例计算兴利库容，其余试算面积求兴利库容的方法类似。表19中各列数据的相关分析计算（1） 来水量为表17中所求的入库流量，余水量， *=H来-V用正值）亏水量， 用=用来—用负值）（2） 水库蓄水为早蓄方案，即有余水就蓄，直至蓄满到不计损失前的兴利库容。（包含死库容）（3） 月平均水面面积，根据表16中库容----面积关系绘制库容---面积关系曲线查得逐月水面面积，求平均值。即，F=2库容---面积关系曲线如图3（4） 蒸发损失，为表18中的各月蒸发损失深度与月平均水面面积的乘积（注意单位的换算）（5）渗漏损失， 用损二月平均蓄水量x2%（6）计入损失的兴利库容计算方法与不计是的相同。表19马河水库计入损失年调节计算表来水量用水W!余水量亏水量水库蓄'月平均蓄-（万X万m3X万m3水量X万im水库水量损失… 蒸发月平均水■-面面樵度（样渗漏用水量年月6166.7,088.3207838表19马河水库计入损失年调节计算表来水量用水W!余水量亏水量水库蓄'月平均蓄-（万X万m3X万m3水量X万im水库水量损失… 蒸发月平均水■-面面樵度（样渗漏用水量年月6166.7,088.32078386800007-1fatf)渗漏（万m3总损失（包括损余水量亏水量）（万m3量（万m：）失）（万m3(万m3)9(0.610145.85488972143811.04199.36167.339林库蓄水）（削68007__340.70⑴.00()340.7)0 146.38016.730.200117.27514.073一6.3346?0.4(820.408320.292 135.339891011492.10⑴.00()492.1)0 487.08034.010.46238.070118.680 80.61(580.927.6200.00027.6217.590104.880 0 ,500.387.290527.945)40.633.4803h14.140.44((5h84.3h5.41997.5685.7367.0133.50514.26912.6849.65074.75512 O^^^LQ.Q^.I20151110.55h0.00010.55010.6810.81891011492.10⑴.00()492.1)0 487.08034.010.46238.070118.680 80.61(580.927.6200.00027.6217.590104.880 0 ,500.387.290527.945)40.633.4803h14.140.44((5h84.3h5.41997.5685.7367.0133.50514.26912.6849.65074.75512 O^^^LQ.Q^.I20151110.55h0.00010.55010.6810.8110.28024.94424.944467.156455.63299.273.50289.939.6862142.18(104.1319.931104.137.687114.441119.32(101.71222.987618.87573626.56223450.0000.0000.00012.700118.6806.640207.0004181011868