工程水文与水利计算课程设计

摘要本次课程设计主要是兴利、调洪计算，并且推求出不同频率的丰水年保证的灌溉面积。同时，对《工程水文与水利计算》这门学科知识的复习和巩固，使我们更好的运用其理论知识和基本方法，提高我们综合分析和解决问题的能力，为其他有关课程的学习和将来工作打下良好的基础。提高对Excel的应用。这次课程设计是对M河进行水文水利计算，针对防洪计算，求出P=25%和P=50%的设计年径流、设计面暴雨、设计洪水过程线，然后进行洪水调节并且推求不同频率的最大下泄流量、最高洪水位，并且分析提高汛期水位是否可行。最后，进行兴利调节计算，求出频率为25%求其保证的灌溉面积，即点绘弃水量和灌溉面积的关系曲线，并利用该曲线查出弃水量为零对应的灌溉面积即为保证的灌溉面积。目录TOC\o"1-5"\h\z设计资料 5设计过程 8\o"CurrentDocument"一、 设计年径流分析计算 8\o"CurrentDocument"二、 30年一遇的设计面暴雨过程计算 8\o"CurrentDocument"三、 设计净雨与设计洪水过程线计算 9（一） 由产汇流方案推求30年一遇设计洪水过程线 9（二） 设计净雨计算 10（三） 设计洪水过程线计算 10四、 洪水调节及保坝标准复核 12\o"CurrentDocument"（一） 调洪计算 12（二） 推求最大下泄量、最高洪水位 14（三） 分析提高汛限水位是否可行 17\o"CurrentDocument"五、 兴利调节计算 17\o"CurrentDocument"（一） 2015年每月入库径流量计算 17\o"CurrentDocument"（二） 逐月蒸发损失深度计算 17\o"CurrentDocument"（三） 2015年水平年灌区总和毛灌溉量计算 17（四） 对于频率P=25%的代表年，保证其灌溉面积的计算-18（五） 将P=25%、P=50%各个不同面积所对应的弃水量和兴利\o"CurrentDocument"库容进行汇总 2021总结21设计资料一、工程概况M河水库以上流域面积94km2,总库容2322万m3,。防洪为主，结合蓄水灌溉。水库主要建筑物：大坝、溢洪道（无闸门）、放水洞。现状工程数据见表1。工程运行中存在问题（与水文水利计算有关的问题）：（1） 现状溢洪道堰面为浆砌石衬砌，已被破坏，不满足设计洪水防冲要求，需新衬砌0.3m厚的混凝土。（2） V死基本淤平，影响V兴。结合该水库除险加固，拟调整有关的特征水位。除险加固拟调整水位特征水位或高程现状/m除险加固后拟调整水位/m堰顶高程130.352130.652死水位122.652124.652正常蓄水位130.352130.652

汛限水位127.652130.652汛限水位127.652130.652原设计，放水洞参加泄洪，其泄流能力小，存在安全隐患。本次规划，放水洞不参加泄洪，拟提高Z限，使Z限=2正。防洪与兴利不结合。二、防洪标准M河水库属于中型规模，III等工程，主要建筑物级别为3级.防洪标准仍按现状标准，即水库主要建筑物设计防洪标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。水库下游防洪任务为：30年一遇洪水保下游河道及农田，安全泄量为760m3/s,100年一遇保下游铁路，安全泄量为1100m3/s.三、除险加固后水库允许最高水位除险加固后，水库仍按现状坝顶高程，核定水库遇100年一遇洪水允许最高洪水位为 136.622m,1000年一遇洪水允许最高水位为137.582m。四、兴利标准与水库调节性能水库下游为井灌结合灌区，地面水灌溉保证率按50%考虑。设计基准年为2005年，设计水平年采用2015年。兴利调节采用年调节运用方式。五、其他资料包括：水库坝址断面处年径流量的统计参数;M河水库不同频率代表年径流量年内分配；M河水库流域特征参数；马河水库30年一遇不同频率设计面雨量成果；水库所在地区3d暴雨时程分配；设计洪水；2015年水平年上游耗水量；灌区2015水平年频率50%的综合毛灌溉定额；水位-面积、水位-容积关系；蒸发、渗漏损失计算有关资料、多年平均器测水面蒸发量月分配比；泄流设施相关资料等。设计过程一、设计年径流分析计算根据所给资料，推求设计频率P=25%、P=50%的设计年径流及其年内分配表1.设计（P=25%，P=50%）年径流及年内分配频率R（mm）W(万m3)P=25%124.761172.744P=50%53.01498.294根据各月径流占年径流百分比可求出各月径流深及径流量R-t、w-t，见表2R25%=(①CV+DR=(爵16x1.2+1)x101=124.76mmW =1000FR=1000x94x124.76=1172.744万m325%同理得：R50%=9+1)R=(—0.396x1.2+1)x101=53.01mW50%=1000FR=498.294万m3表2 M河水库不同频率代表年径流总量频率P=25%R-t(mm)W-t(m3)P=50%R-t(mm)W-t(m3)10.901.1210.5540.000.000.00020.000.000.0000.100.050.49831.101.3712.9000.700.373.48840.600.757.0362.201.1710.96153.604.4942.2170.900.484.484615.1018.84177.07718.309.7091.179729.2036.43342.42822.9012.14114.098842.1052.52493.70541.7022.10207.76893.404.2439.87210.205.4150.821102.503.1229.3172.101.1110.463111.501.8717.5900.900.484.484120.000.000.0000.000.000.000二、30年一遇的设计面暴雨过程计算暴雨计算时段取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。各时段雨量乘以相应时段点面折算系数即的设计面雨量。30年一遇不同频率设计面雨量成果见表3表3 马河水库30年一遇设计暴雨成果 单位：mm计算时段1h6h24h3d雨量77187266396根据1h、6h、12h、24h、3d暴雨量资料推求3h、9h、12h、15h、18h、21h时程分配，见表4H=H(t./t)1-nab①，H=H(t./t)1-nab②，n=1-lg(H/H)/lg(t/t)，aia ibib ab ababn16=0.50479，n624=0.74581.根据公式①可有1h、6h、12h、24h、3d暴雨量资料推求出3h、9h、12h、15h、18h、21h暴雨量，H9=207.3mm，H12=223.0mm，H15=236.0mm，H18=247.2mm，H21=257.1mm表4 30年一遇暴雨量时段3h9h12h15h18h21h暴雨量（mm）132.7207.3223.0236.0247.2257.1三、设计净雨与设计洪水过程线计算（一）利用M河水库采用的产、汇流方案，推求30年一遇的设计洪水过程线产流方案：M河水库位于半湿润半干旱地区，用初损后损法产流计算。该流域有设计的前期影响雨量确定设计条件下初损I0为85mm，后期平均损失强度f=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=3F0.65J-0.301-0.35广_ …八…B 10-2.95bK0.25+0.38，0.1V—Ka0.25<0.30J La L其中3=[ -In(2.1%Ka0.25+0.11),0.1<%Ka0.25<0.35M河流域设计净雨计算(表5)表5 水库所在地区3d暴雨时程分配及设计净雨计算时段（A=3h）24h面雨量分配（3日-24小时）面雨量分配率R(mm)初损(mm)后损(mm)设计净雨量设计净雨历时平均雨强（mm/h）10.0405.25.220.0607.87.830.0101.31.340.0000.00.050.12015.615.660.07810.110.170.07810.110.180.08110.510.590.08110.510.5108.98.98.9119.99.94.93.81.21.521211.211.27.53.731313.013.07.55.531420.320.37.512.831554.354.37.546.8316132.7132.77.5125.231715.715.77.58.23180.09011.77.54.23190.09011.77.54.23200.26033.87.526.33210.0091.21.20.00220.0030.40.40.00230.00.00.00240.00.00.00合计| 1.000|396.0| 85.0|72.9|238.2|28.52| 8.4（三）M河流域设计洪水过程线计算（表6）M河流域设计洪水过程线计算表时段(△t/KS(t)S(t-△t)u(At,t)单位线设计净雨部分地面径流m，/s1.23.75.512.846.8125.28.24.2t=3h)00.0000q(L)0———(mm)00000000011.80.83500.83572.61.28.7223.60.9730.8350.13812603.71.4426.835.30.9950.9730.0221.895.50.224.4440.147.110.9950.0050.74512.80.080.7(06.6393.0258.91103046.840.161.0415.37340.3610.71100125.270.25,42.42956.44909.685712.511008.200.57988.886150.34359.8814.311004.22.11923.7509.8830.5916.011004.25.6651.565.041017.8110026.30.3?0.791120.1912013合计187.0238.210.432.248.0111.4407.51089.4471.636.53744 04 4407 943 31 56101.计算步骤：根据水库流域面积F=94km2,主河道长度17.7km，主河道坡度11.2000，流域平均宽度5.7km，流域面积不对称系数0.5Ka=0.5，（B/L）Ka0.25=0.2708，m=3Fo.65j-o.3oi-o.35，K=m/n=1.6842/1=1.6842q,=10F*u（At,t）/3.6At=87.037四、洪水调节及保坝标准复核（一）调洪计算1.为提高计算精度，取计算时段△t=1h，用内差法得到结果见表7：表7 设计洪水过程线时间（h）30年一遇校核时间（h）30年一遇校核02.0003.42321221.620196.06314.8466.27022170.506144.94927.6939.11623119.39293.835310.53913.8332468.27864.364417.12620.4202560.45056.537523.71427.0072652.62348.709630.30133.0482744.79570.555735.79538.5432896.314122.074841.29044.03729147.833173.593946.78456.05530199.352171.8891065.32674.59831144.427116.9641183.86993.1403289.50162.03912102.411145.1643334.57630.01013187.917230.6713425.44420.87814273.424316.1773516.31211.74615358.930460.877367.1806.51516562.824664.771375.8505.18517766.717868.664384.5203.85518970.611845.779393.1902.99219720.947596.116402.7932.59520471.284346.452412.3972.1984226301.701

半图解法辅助线计算，结果见表8q溢=m洪gBh已知m=0.32，B=61.7m，则q溢=87.41h：，h=Z-130.65，y=V-726表8 辅助曲线计算表AtTh水位(m)库容V(105m3)堰顶以上库容V'(105m3)V'/At(m3/s)q(m3/s)V'/At+q/2(m3/s)130.657260000131790.064.0177.818.099186.83132980.0254.0705.556137.108774.1101331189.0463.01286.111314.8941443.5581341418.0692.01922.222535.9582190.2011351667.0941.02613.889793.0443010.4111361942.01216.03377.7781081.6683918.6121372217.01491.04141.6671398.6974841.015137.4282321.01595.04430.5561542.4665201.788137.4312322.01596.04433.3331543.4905205.078137.652375.01649.04580.5561618.8645389.987（二）分别对不同频率的洪水调洪计算推求最大泄洪量、最高洪水位等其中30年一遇设计洪水过程按每隔1h取值，并且不要漏掉洪峰、对每隔1h取一个值的设计洪水过程线响应的洪水总量要进行校核，应等于设计洪水总量，或误差不超过1%，计算结果见表81.根据上表V+q，q绘出三+q，q图像。由各E+q的值求出q。At2 At2 At2由h=（」）：，Z=h+130.65，计算成果见表987.41

半图解法调洪计算表时间t(h)Q(m3/s) Q，质) V'/△t+q/2 q(m，/s) Z(m)02.0003.42300130.6514.8466.2703.4230.332130.67427.6939.1169.3610.907130.698310.53913.83317.5701.702130.722417.12620.42029.7012.877130.753523.71427.00747.2434.577130.790630.30133.04869.6746.750130.831735.79538.54395.9729.298130.874841.29044.037125.21712.131130.918946.78456.055157.12315.222130.9621065.32674.598197.95620.355131.0291183.86993.140252.19931.347131.15512102.411145.164313.99343.869131.28213187.917230.671415.28864.395131.46614273.424316.177581.56398.090131.73015358.930460.877799.650143.891132.04416562.824664.7711116.636228.073132.54517766.717868.6641553.333347.396133.15918970.611845.7792074.601501.731133.85619720.947596.1162418.649607.562134.29220471.284346.4522407.202603.974134.27821221.620196.0632149.680523.960133.95022170.506144.9491821.783426.878133.52823119.39293.8351539.854343.405133.1402468.27864.3641290.284274.189132.7932560.45056.5371080.459218.466132.4922652.62348.709918.530175.462132.2412744.79570.555791.776141.800132.0312896.314122.074720.531126.251131.92829147.833173.593716.353125.404131.92230199.352171.889764.541134.567131.98331144.427116.964801.864144.479132.0483289.50162.039774.349137.172132.0003334.57630.010699.215121.932131.8983425.44420.878607.294103.304131.7683516.31211.746524.86886.601131.644367.1806.515450.01371.432131.524375.8505.185385.09558.277131.413384.5203.855332.00347.518131.316393.1902.992288.34038.670131.231402.7932.595252.66131.440131.156412.3972.198223.81625.595131.091422.000200.42020.854131.035

2.用式算法推求最大下泄洪量假设下泄流量q=q=qm=610m3/s，由Q-t关系线内差t'，720.947-720.947-471.284=720.947-6101 At ，求出△t=0.444h,再根据+(Q+Q)+(Q+Q)At-(q+q)At=V-V分别推求出V、V。试算结果见表102 1 2 1 2 2 1 1 2表10 试算法结果汇总q假设610.000614.497614.118614.150△t0.4440.4260.4280.428V 1 1485.0001485.0001485.0001485.000△V9.0708.7028.7338.730V 2 1494.0701493.7021493.7331493.730q 2 614.497614.118614.150614.147qm614.147zm134.318vm1493.450推求不同频率最大下泄流量及最高洪水位。汇总成果见表11表11 不同频率洪水调洪计算成果汇总表30年一遇100年一遇1000年一遇s)Z成1V防（万q(m3m/m)Z设(Z防2、(m)V设(V防2L(万m3)"I03/S)Z校(m)V校（万m3）614.147134.4051493.7301048.100135.890135.8901438.000137.1201519.000校核洪水总量由^t=3h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量是6307.708（m3/s）由^t=1h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量是6303.701（m3/s）由^t=3h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量约等于由At=1h的30年一遇的洪水过程线的洪水总量，在误差允许范围（0.4%<1%）之内。（三）根据调洪计算成果，分析提高汛限水位是否可行。对Qp下⑴调洪计算，qm,3.3%=614-147m3/S<q安，3.3%=760点；对Qp设（t）调洪计算，Z设=135.89m<Z允=136.622m；对Qp校（t）调洪计算，Z校二137.12m<Z允=137.582m；综上所述，提高汛限水位是可行的。五、兴利调节计算（一）2015年每月入库径流量计算1.已知天然条件下的设计年径流量（详见表2），扣除扣除2015年水平年上游耗水量，求得入库径流量。成果见表12表12 2015年水平年逐月入库径流量计算表 P=25%时间上游耗水量（万m3）设计径流深（mm）水库流域面积（km2）设计径流量（万m3）入库径流量（万m3）10.0001.194.00010.55410.55420.0000.094.0000.0000.00030.2001.494.00012.90012.70040.6000.894.0007.0366.43650.4004.594.00042.21741.817610.30018.894.000177.077166.77771.70036.494.000342.428340.72881.60052.594.000493.705492.10591.8004.294.00039.87238.072101.7003.194.00029.31727.617110.0001.994.00017.59017.590120.0000.094.0000.0000.000（二）逐月蒸发损失深度计算，见表13表13多年平均器测水面蒸发量月分配月份123456789101112月分配比（%）2.33.26.812.217.914.811.99.98.76.83.42.1蒸发22.31.67.120.176.145.117.97.85.67.33.20.量750249367057（三）2015年水平年灌区总和毛灌溉量计算。计算过程成果见表14表14 灌区2015年水平年毛灌溉额 单位：m3/hm2月份34567891011全年用水频率25%64511256454800064505704110灌溉面积（hm2）1900190019001900190019001900190019001900毛灌溉量（万m3）122.55213.75122.5591.200122.550108.3780.9（四）对于频率P=25%的代表年，保证其灌溉面积的计算：M河水库计入损失年调节计算表，见表15计算方法：（1） 首先算不计入损失的兴利库容。根据年来水量和年用水量确定余水量和亏水量，因此求出兴利库容V兴不计兴不计I。（2） 根据已给资料点绘V-F的关系曲线（图2）查出月平均面积。（3） 考虑蒸发和渗漏的总损失，计算出余水量和亏水量，并确定兴利库容V兴计兴计（4） 最后确定弃水量并进行校核。W来-W用-W总损-W弃018表15M河水库计入损失年调节计算表单位：万m3年•月来水量W来用水量W用余水量亏水量水库蓄水量V月平均蓄水量V，月平均水面面积F，（而2）水库水量损失考失用蒸发渗漏总损失W总深度W-蒸标准W渗68.00(mm)6166.7891.2075.58143.58105.790.71145.8510.340.022.1212.461(7340.730.00340.73484.31313.941.21117.2714.170.026.2820.458492.110.00492.11602.91543.611.5097.5614.590.0210.8725.46938.07122.5584.48518.44560.681.5185.7412.980.0211.2124.1911027.620.0027.62546.05532.241.4867.019.930.0210.6420.581117.59108.3090.71455.34500.701.4533.514.850.0210.0114.871120.000.000.00455.34455.341.4020.702.900.029.1112.01110.550.0010.55465.90460.621.4022.673.170.029.2112.3920.000.000.00465.90465.901.4131.544.460.029.3213.77312.70122.55109.85356.05410.971.3667.019.110.028.2217.33146.44213.75207.31148.73252.391.06120.2312.740.025.0517.792：541.82122.5580.7368.00108.370.70176.4012.35