渭南某水库水文水利计算

./水文水利计算课程设计第一章

概

况一、基本情况某河是渭岸较大的一级支流,发源于岭北麓太白山区,流域面积778.7km2,干流全长51.5km,河道比降1/60～1/70。流域林木茂盛,植被良好,水流清澈,水质优良。该河干流上有一水文站,控制流域面积686km2。拟在该河干流上修建一水库,其坝址位于水文站上游1.5公里处,控制流域面积673km2。该水库将承担着下游和渭河的防洪任务,下游的防洪标准为20年一遇洪水,水库设计标准为100年一遇洪水,校核标准为1000年一遇洪水。该水库建成后将承担本地区37万亩的农业用水任务和临近城市的供水任务,农业用水的保证率为75%,城市供水的保证率为95%。二、基本资料1、径流水文站有实测的1951～20XX逐月径流资料。〔见附表1-12、洪水水文站有实测的1950～20XX洪水资料,经整理摘录的逐年洪峰流量〔见附表1-2,同时调查到该水文站在1890和1930年曾经发生过两次大洪水,其洪峰流量资料〔见表附1-2。并计算出了不同频率洪量〔见附表1-3和典型洪水过程〔见附表1-4。3、农业用水根据该灌区的作物组成和灌溉制度,分析计算的灌区不同频率灌溉需水量见表12。4、城市用水城市供水每年按1.5亿m3计,年采用均匀供水。5、水库特性水库库容曲线〔见图1-1。水库死水位为728.0m,泄洪设施为开敞式无闸溢洪道,断面为矩形,宽度为30米。根据本地区气象资料和地质资料,水库月蒸发量和渗漏量分别按当月水库蓄水量的2%和3.5%计。图1-1

水库水位～库容系曲线关水库在汛期输水洞按其输水能力泄洪,输水洞进口高程为722m,径为4m,设计流量为70m3/s。

第二章

水库的入库径流特征分析一、

水文资料审查

1、资料的可靠性审查。

因为各种数据资料均摘自《水文年鉴》,故可靠性较高。

2、资料的一致性审查

因为河流发源于岭北麓太白山区深处,流域林木茂盛,植被良好,水流清澈,水质优良,因此可断定人为活动影响很小,流域下垫面条件稳定,下面利用单累积曲线法进行代表性分析,单累积曲线见图2-1,由图可知该年径流系列的一致性较好。

3、资料的代表性审查。

因为坝址距水文站上游1.5公里处,两处控制的流域面积相差不大〔不超过20%,又因水文站具有50年的逐月径流资料,属长系列。

由上面的年径流差积曲线可知,该年径流系列的代表性较好。

二、设计表年法设计年径流量及其年分配

1、根据月径流变化情况,将水文年资料转变为水文年资料,即从每年3月到来年2月为一水文年。

2、利用水文比拟法将水文站的年径流资料转化为坝址处的年径流资料,即将参证站的年径流资料经过修正后移用于设计站,以流域面积和多年降水量为参变量,其中以流域面积为主要参变量,因为此流域无降水资料,所以只选用流域面积为参变量。年径流的移置形式如下：

式中：F1、F2为坝址及水文站的年平均流量；

F1、F2为坝址及水文站的流域面积。

3、水库年径流频率计算见表附表1。

4、利用矩法计算、Cs、Cv,其中计算的Cv=0.36,Cs=0.8,=12.17。

5、选配皮尔逊Ⅲ型频率曲线,配线计算见表2-1,频率曲线见附图1。

经过多次配线和调整参数,发现当Cv=0.4,Cs=0.8时拟合较好。

6、年径流频率计算成果见表2-2

7、不同频率的年径流年分配

先选择取径流量与设计值相近的年份,再选取对工程不利的年份〔即需水时径流量较枯,不需水时径流量又较大的。然后利用公式：K=Qp/Qd.进行年径流年分配,即缩放比K乘以各代表年逐月径流,得设计年分配。不同频率下的年径流年分配过程见附表2。

其中：Qp设计年径流量

Qd代表年的年径流量第三章

洪水分析一、洪峰流量及洪量的频率计算1、资料转换,利用水文比拟法将水文站的洪峰流量资料转化为坝址处的洪峰流量资料,其转化形式为：Q设=<>0.67Q水式中：Q设

Q水坝址及水文站的洪峰流量。

F1,F2坝址及水文站的流域面积。0.67指数,因为该河的流域面积超过100km2,属中型河流,所以取0.67。2、经验频率计算转化后的洪峰流量资料属于不连序系列,由实测系列和特大值系列共同组成,作为代表总体的一个样本,不连序系列各项可在历史调查期N年统一排位。在该洪峰流量系列中,历史调查期N为111年,在调查期发生两场特大洪水,即a=2；实测年n为51年,在实测年中无特大洪水发生,则有l=0。N年的a项特大洪水的经验频率用公式〔3-1计算,51项实测系列均匀分布在1-PMa频率围,PMa为特大洪水第末项M=a的经验频率,实测系列第m项的经验频率利用式〔3-2计算。3、

配频率曲线,配线计算见表3-1,并点绘洪峰流量频率曲线见附图2。

经过多次配线,发现当Cv=1,Cs=3时拟合较好。4、

洪水频率计算成果表见表3-2。由此计算可查附图2得20年一遇的洪峰流量为1330m3/s

100年一遇的洪峰流量为2240m3/s1000年一遇的洪峰流量为3610m3/s二、绘制设计洪水过程线1、采用同频率放大法进行典型洪水过程线的放大,当选定控制时段为最大1日、最大2日、最大3日、最大4日时,按下列公式推求放大倍比：

洪峰放大倍比RQm:

RQm=Qmp/Qmd最大1d洪量放大比R1:

R1=W1p/W1d最大2d洪量放大比R2：

R2=〔W2p-W1p/<W2d-W1d>最大3d洪量放大比R3：

R3=<W3p-W2p>/<W3d-W2d>最大4d洪量放大比R4：

R4=<W4p-W3p>/<W4d-W3d>典型洪水过程线绘于图3-1,典型洪水过程线的洪峰,不同时段的洪量乘以相应的放大倍比,得不同频率下的设计洪水过程线。然后针对时段分界处出现的不连续可以用手修匀,则得不同频率下的设计洪水过程线亦见图3-2、图3-3、图3-4。从图中推求得到不同时段的洪峰洪量见表3-3,不同历时洪量频率曲线见附图3洪水放大过程中需要说明的是,最大1天洪量包括在最大2天洪量之中,同理,最大2天洪量包括在最大3天洪量之中,最大3天洪量包括在最大4天洪量之中,得出的洪水过程线上的洪峰和不同时段的洪量,恰好等于设计值。由于各时段的放大倍比不相等,放大后的过程线在时段分界处出现不连续现象,此时可徒手修匀,修匀后仍保持洪峰和各时段洪量等于设计值。第四章

兴利调节计算一、各种需水量计算1、城市用水城市供水每年按1.5亿m3计,年采用均匀供水,即每个月城市用水为4.76m3/s。2、农业用水二、兴利调节计算〔见附表41、代表段的选取利用差积曲线可选得代表段为水文年〔1980-1981—〔1999-2000,即代表段的年数为20年,用这20年的径流系列求得的变差系数与总体的变差系数很接近,而均值与总体的均值相等,这说明这个代表段的选取是很合理的。2、兴利调节计算水库死水位为728.0m,并且查水位-库容曲线图1-1可得死库容为330×104m3,用水包括95%保证率下的城市供水和75%保证率下的农业用水,以及水库的月蒸发量和渗漏损失,其月蒸发量和渗漏损失分别按当月水库蓄水量的2%和3.5%计,再根据来水进行兴利计算。

该设计为了全面考虑城市用水和农业用水,采用试算法进行兴利调节计算,先按不计损失进行计算,先假设一个库容V,因第一个月出现亏水,因此第一个月对应的库容是死库容,然后继续往下计算,遇到余水相加,遇到亏水相减,当算得的当月库容大于假定设计库容时,当月库容以假定设计库容计,当算得的当月库容小于死库容时该月库容以死库容计。按照顺时序法进行计算,并求得各月平均蓄水量,然后按此平均蓄水量来计算水量损失。然后再考虑蒸发渗漏损失,继续进行调节计算,计算后得到的库容如果能够满足95%保证率下的城市供水和75%保证率下的农业用水,且很接近,那么这个假定库容就是所要求的库容。如果不满足则要重新假定库容,直到满足为止。一般要调节两次以上计算出来的库容才比较准确,本设计在进行调节计算时,一共进行了三次调节计算,调节计算过程见附表3。最终算的结果是正常蓄水位对应的库容是9997万m3,由水位~库容关系曲线可查得正常蓄水位也就是堰顶高程为794.6m,那么：兴利库容=正常蓄水位对应的库容是〔9997万m3-〔死库容330万m3=9667万m3在计算保证率的时候城市用水用的是月保证率,灌溉用水用的是年保证率,当城市用水有几个月不满足时,就计几个月不满足,在算保证率的时候用到以下公式：

城市用水保证率=〔代表段总月数-城市用水未满足的年份/代表段总月数；当月初的蓄水量与本月来水量之和减去蒸发渗漏损失不能满足用水时,要首先用来满足城市供水,如果一年中有一个月的农业用水不能得到满足时,那么这一年的农业用水都不能得到满足,即该年为一个破坏年。

农业用水保证率=〔代表段总年数-破坏的年数/代表段总年数

进行几次试算可知,假设不同的库容,可以得出不同的农业用水保证率,据此可以绘出库容保证率关系曲线,见图4-1。由库容~保证率曲线可查得农业用水保证率对应的库容为38.06〔m3/s.月,与进行多次调节的结果非常接近。第五章

防洪调节计算该水库泄洪设施为开敞式无闸溢洪道,故本水库调洪计算采用静库容曲线进行调洪计算。根据水库水量平衡方程：

二、调洪演算〔见附表5、附表6、附表7利用列表试算法进行调洪计算,对任意的△t1时段,其Q1、Q2、q1、V1已知,需要求解q2和V2,其步骤是,假定水位Z2后,可以用Z2减去正常蓄水位〔794.6m求得堰上水头H,再从水力学书查得堰流系数m=1.6,断面为矩形,宽度为30米。运用公式q泄=mBH3/2=64H3/2计算得到堰顶泄流量,然后用q泄加上输水洞的泄流〔70m3/s就得到总的泄流量q总,然后求W出=〔q总1+q总2/2*△t,W入=〔Q1+Q2/2*△t,△V=〔W入-W出,然后有V2=V1+△V,由水位~库容函数关系V21=326.77×Z2,可得V21。如果V2=V21,则说明水位假设正确；如果V2不等于V21,则重新假设水位,直到V2等于V21。算完以后,看最高水位处的来水量和泄水量是否相等,如果不接近的话,则需要在峰值附近插一个时段,流量和时间都按直线插,对假设段重新进行试算,如果不接近,则重新插,直到来水量和泄水量不能在接近为止,此时的泄流量就是最大泄流量,水位就是水库最高洪水位,然后完成假设段后面的试算,就可以得到完整的泄流过程。千年一遇、百年一遇、20年一遇的水库调洪计算都是按照以上步骤完成的。从附表5中可以得到P=0.1%时,qm=2065m3/s,此时V=13901×104立方米,校核洪水位Z设=806.6m。从附表6中可以得到P=1%时,qm=1295.38.m3/s,此时V=12814.6×104立方米,设计洪水位Z设=803.27m。从附表7中可以得到P=5%时qm=796.72m3/s,此时V=11979.4×104立方米,防洪高水位Z防=800.72m。第六章

结论一、水库特征水位和特征库容因为该水库泄洪设施为开敞式无闸溢洪道,所以正常蓄水位与防洪限制水位重合。1、正常蓄水位和兴利库容正常蓄水位：在正常运行条件下,为了满足兴利部门枯水期的正常用水,水库在供水开始时应蓄到的最高水位,称为正常蓄水位。

兴利库容：是指正常蓄水位到死水位之间的库容,即水库实际可用于径流调节的库容。2、防洪高水位和防洪库容防洪高水位：当水库下游有防洪要求时,遇到下游防护对象的设计标准洪水时,水库经过调洪后,坝前达到的最高水位,成为防洪高水位。防洪库容：防洪高水位至防洪限制水位间的水库容积,针对该水库就是防洪高水位到正常蓄水位之间的水库容积。3、设计洪水位和拦洪库容设计洪水位：是指当遇到大坝设计标准洪水时,水库经过调洪后,坝前达到的最高水位,称为设计洪水位。拦洪库容：设计洪水位至防洪限制水位之间的水库容积,针对该水库就是设计洪水位至正常蓄水位之间的水库容积。4、校核洪水位和调洪库容校核洪水位：是指当遇到大坝校核标准洪水时,水库经调洪后坝前达到的最高水位,称为校核洪水位。调洪库容：校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积,针对该水库就是校核洪水位至正常蓄水位之间的水库容积。5、总库容：是指校核洪水位以下的全部水库容积。二、坝顶高程的确定设计洪水位或者校核洪水位加上一定数量的风浪高值和安全超高值,就可以得到坝顶高程。具体公式如下：

Z坝＝Z设＋h浪,设＋△1

〔6-1

Z坝＝Z校＋h浪,校