洪水调节课程设计

洪水调节课程设计姓名：学号：指导老师：杜发兴《洪水调节课程设计》任务书设计目的洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决问题的能力。设计基本资料法官泉水库是一座以灌溉为主的小(一)型水库,位于夷陵城区东北20公里处的龙泉镇法官泉村，水库拦截长江北岸柏临河的支流杨柳河，水库原设计总库容407万m3，其中兴利库容337万m3，死库容15万m3。挡水建筑物为心墙代料土坝，水库设有溢洪道一座，土质溢洪道。为无闸控制的开敞式宽顶堰。堰顶高程167.Xm（注：X=学号最后1位/10，即167.0m-167.9m），下游无防汛要求。溢流堰宽度60.Ym（注：Y=学号倒数第2位/10，即60.0m-60.9m）。本工程采用溢洪道泄洪，为无闸门控制，当水位达到溢流堰顶高程，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态。设计任务及步骤分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。具体步骤：根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；用列表试算法进行调洪演算：根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q2、V2进行试算；将计算结果绘成曲线：Q～t、q～t在一张图上，Z～t曲线绘制在下方。用半图解法进行调洪计算：绘制两条曲线：V/△t+q/2=f2(z)、q=f(z)；进行图解计算，将结果列成表格。比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果时间安排和要求设计时间为1周；成果要求：设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准。列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程计算需提供程序清单及相应说明。设计成果请独立完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。参考书：《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)《水利水能规划》附录：一、堰顶溢流公式：式中m——流量系数，取0.35；B——溢流堰宽度，60.Ym；H0——堰上水头，考虑坝前行进流速水头较小，取H0=H。二、设计洪水过程表1各频率坝址洪水过程线时段(△t=1h)Q(m3/s)（P=5.0%）Q(m3/s)（P=3.33%）Q(m3/s)（P=0.5%）00.30.40.512.11.83.124.24.31136.16.514.347.98.31759.91016.8611.21219714.213.521.2818.51726.1927.422.125.21068.932.339.81181.779.450.61268.993.884.31350.179.32741434.257.9132.5152339.558.2161626.722.61711.418.813.2188.813.511.7196.510.412.6204.77.711.8213.75.711.32234.46.3232.63.54.9242.33.14.7三、水位－库容曲线表2法官泉水库库容曲线表序号水位(m)库容（万m3）1162196.22163221.0843164247.9794165277.0155166307.9046167339.9357168374.4718169411.3319170449.614四、工程分等分级规范和洪水标准调洪计算成果表频率项目设计洪水校核洪水列表试算法最大泄量（m3/s）91.27253.44水库最高水位（m）168.21169.16半图解法最大泄量（m3/s）90.91238.99水库最高水位（m）168.18169.07姓名：屠立峰学号：2009105442洪水调节课程设计一、设计目的1、洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；2、掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；3、了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；4、培养学生分析问题、解决问题的能力。二、设计基本资料法官泉水库是一座以灌溉为主的小(一)型水库,位于夷陵城区东北20公里处的龙泉镇法官泉村，水库拦截长江北岸柏临河的支流杨柳河，水库原设计总库容407万m3，其中兴利库容337万m3，死库容15万m3。挡水建筑物为心墙代料土坝，水库设有溢洪道一座，土质溢洪道。为无闸控制的开敞式宽顶堰。堰顶高程167.2m，下游无防汛要求。溢流堰宽度60.4m。本工程采用溢洪道泄洪，为无闸门控制，当水位达到溢流堰顶高程，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态。三、洪水调节演算准备1、工程等别的确定由设计对象的基本资料可知，法官泉水库是一座以灌溉为主的小(一)型水库,水库原设计总库容407万m3，其中兴利库容337万m3，死库容15万m3，挡水建筑物为心墙代料土坝，水库设有溢洪道一座，土质溢洪道。若由小（一）型水库为指标，根据下表所示的“水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为IV；若以水库总库容407万m3为指标，则可将工程等别定为IV。综合两种指标，取IV等为工程最终等别。2、洪水标准的确定挡水建筑物为心墙代料土坝，水库设有溢洪道一座，土质溢洪道（基本资料可知），由已确定的为IV等的工程等别，根据下表《山区，丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准[重现期(年)]》，可查得，该工程设计洪水标准选为30年，校核标准选为200年。辅助软件编程软件：VisualC++6.0拟合函数软件：Mathematica7.0四、洪水调节计算1、列表试算法1）基本原理：根据水库容积曲线V=f（Z）和堰顶溢流公式q=f（H），得出蓄泄方程q=f（V）。联立水量平衡方程V2=V1+（Q2+Q1q2q1）q=f(V)可得q=f(V)=g（q），即q=g（q）。因该式收敛，故可用循环程序编写，从而求出q。法官泉水库库容曲线表序号水位(m)库容（万m3）1162196.22163221.0843164247.9794165277.0155166307.9046167339.9357168374.4718169411.3319170449.6142）主要过程由堰顶溢流公式，得出下泄流量式中m——流量系数，取0.35；B——溢流堰宽度，60.4m；H0——堰上水头，考虑坝前行进流速水头较小，取H0=H。2、计算并绘制水库的下泄流量与库容关系曲线水库q=f(V)关系曲线计算表库水位Z（m)167.20167.40167.60167.80168.00168.20168.40168.60溢洪道堰顶水头H（m)0.000.200.400.600.801.001.201.40溢洪道泄量q溢（m3/s)0.008.3823.6943.5267.0093.64123.09155.11总泄流量q(m3/s)0.008.3823.6943.5267.0093.64123.09155.11库容V（万m3)346.84353.75360.66367.56374.47381.84389.22396.59库水位Z（m)168.80169.00169.20169.40169.60169.80170.00溢洪道堰顶水头H（m)1.601.802.002.202.402.602.80溢洪道泄量q溢（m3/s)189.51226.13264.85305.55348.15392.57438.72总泄流量q(m3/s)189.51226.13264.85305.55348.15392.57438.72库容V（万m3)403.959411.331418.988426.644434.301441.957449.6143、试算函数（C语言编程）程序：#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){ floatV1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3,t=0.36; printf("V1="); scanf("%f",&V1); printf("Q1="); scanf("%f",&Q1); printf("Q2="); scanf("%f",&Q2); printf("q1="); scanf("%f",&q1); printf("q2="); scanf("%f",&q2); loop:{ V2=V1+(Q1+Q2-q2-q1)*t/2; if(V2<=374.471&&V2>=346.842) q3=(pow((V2-346.842)/34.536,1.5))*93.639; elseif(V2<=411.331&&V2>=374.471) q3=(pow((V2-344.983)/36.86,1.5))*93.639; elseif(V2<=449.614&&V2>=411.331) q3=(pow((V2-342.422)/38.283,1.5))*93.639;} if(fabs(q3-q2)>0.01){ q2=q3; gotoloop;} printf("q2=%f\n",q3); printf("V2=%f\n",V2);}4、计算时段平均入库流量和入库水量初选计算时段为△t=1h=3600s,计算结果如表所示。5、逐时计算泄流过程对于设计洪水起始计算，q1=2.12m3/s,V1=349.605万m3，Z1=167.3m,Q1=6.5m3/s,Q2=8.3m3/s。假设q2=3.12m3/s，则第一时段蓄水量变化值△V=△t*[(Q1+Q2)/2-(q1+q2)/2]=1.721万m3,时段来水量V2=V1+△V=351.347m3,查下泄流量库容曲线得q2=2.87m3/s，与原假设不符,需从设q2。假设q2=4.12m3/s,则第三时段蓄水量变化值为△V=△t*[(Q1+Q2)/2-(q1+q2)/2]=1.541m3时段末水库水量V2=V1+△V=351.145m3，查下泄流量与库容关系曲线得q2=4.12m3/s,与原假设相符,即q2=4.12m3/s，查水位与库容关系曲线得Z2=167.35m。时间流量水位库容下泄流量平均入库流量平均下泄流量库容变化值时段末下泄流量36.5167.30349.6052.127.448.3(167.32)(350.045)(3.12)2.621.721(2.87)167.35351.1454.123.121.5424.126、以第一时段末的q2,V2作为第二时段初的q1,V1,重复类似的试算过程,可求的第四时段的q2,V2,如此连续试算下去.,可求得以时段为1小时作间隔的泄流过程。列表试算法计算表设计洪水（P=3.33%）的计算表时间t（h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q(m3/s)时段入库水量Q△t(万m3)下泄流量q(m3/s）时段平均下泄流量q(m3/s）时段下泄水量q△t（m3）时段内水库存水变化量△V（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z(m)00.41.100.400.000.060.020.38346.84167.2011.80.11347.22167.2124.33.051.100.700.410.150.95348.17167.2436.55.401.942.121.410.511.44349.61167.2848.37.402.664.123.121.121.54351.15167.325109.153.296.315.221.881.42352.56167.3761211.003.968.557.432.671.29353.85167.40713.512.754.5910.699.623.461.13354.97167.4481715.255.4912.1511.424.111.20356.17167.46922.119.557.0417.0814.625.261.78357.95167.521032.327.209.7923.2520.177.262.53360.48167.601179.455.8520.1145.5634.4112.397.72368.21167.821293.886.6031.1876.9761.2722.069.12377.33168.0812.192.3593.083.3589.7783.373.003.49380.82168.1712.290.991.633.3091.2790.523.260.40381.22168.1812.389.4590.183.2590.3990.833.27-0.23380.99168.1812.48888.733.1989.0489.723.23-0.36380.63168.1712.586.5587.283.1487.6388.343.18-0.38380.25168.1612.685.185.833.0986.1886.913.13-0.39379.86168.1512.783.6584.383.0484.7485.463.08-0.39379.47168.1412.882.282.932.9983.3084.023.02-0.39379.08168.1212.980.7581.482.9381.8682.582.97-0.39378.68168.111379.380.032.8880.4181.142.92-0.40378.28168.101457.968.6024.7072.0376.2227.44-2.35375.93168.041539.548.7017.5354.0263.0322.69-5.16370.78167.891626.733.1011.9238.7046.3616.69-4.77366.00167.751718.822.758.1927.8233.2611.97-3.78362.22167.651813.516.155.8120.4124.128.68-2.87359.35167.561910.411.954.3015.3417.886.44-2.14357.21167.50207.79.053.2611.8913.624.90-1.64355.57167.45213.75.702.058.6810.293.70-1.65353.92167.402233.351.216.137.412.67-1.46352.46167.36232.62.801.014.675.401.94-0.93351.52167.34242.32.450.883.754.211.52-0.63350.89167.32第4时段，q、V的程序计算截屏图校核洪水（P=0.05%）的计算表时间t（h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q(m3/s)时段入库水量Q△t(万m3)下泄流量q(m3/s）时段平均下泄流量q(m3/s）时段下泄水量q△t（m3）时段内水库存水变化量△V（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z(m)00.51.800.650.000.110.040.61346.84167.2013.10.22347.45167.222117.052.542.081.150.412.12349.57167.28314.312.654.556.384.231.523.03352.60167.3741715.655.6310.978.683.122.51355.11167.44516.816.906.0814.2012.594.531.55356.66167.4861917.906.4416.3215.265.490.95357.62167.51721.220.107.2418.5417.436.270.96358.58167.54826.123.658.5121.6620.107.241.28359.85167.58925.225.659.2324.1622.918.250.99360.84167.611039.832.5011.7029.5926.889.682.02362.86167.661150.645.2016.2740.3634.9812.593.68366.55167.771284.367.4524.2860.5450.4518.166.12372.67167.9513274179.1564.49159.50110.0239.6124.89397.55168.6313.2245.7259.8518.71253.44206.4714.8719.22416.77169.1413.4217.4231.5516.67232.62243.0317.50-4.13412.64169.0313.6189.1203.2514.63204.76218.6915.75-5.56407.08168.8813.8160.8174.9512.60177.04190.9013.74-5.74401.34168.7314132.5146.6510.56149.56154.5311.13-2.21395.35168.571558.295.3534.33102.89126.2345.44-11.12384.23168.261622.640.4014.5464.7883.8430.18-10.37373.86167.981713.217.906.4430.4247.6017.14-10.69363.16167.671811.712.454.4818.9724.708.89-4.41358.75167.541912.612.154.3714.9716.976.11-1.74357.02167.492011.812.204.3913.4214.205.11-0.72356.30167.472111.311.554.1612.3912.914.65-0.49355.81167.46226.38.803.1710.4811.444.12-0.95354.86167.43234.95.602.028.029.253.33-1.31353.55167.39244.74.801.736.497.262.61-0.88352.67167.37第4时段，q、V的程序计算截屏图4）列表试算法结果：频率项目设计洪水校核洪水列表试算法最大泄量（m3/s）91.27253.44水库最高水位（m）168.21169.162、半图解法计算并绘制辅助曲线水库水位Z(m)总库容V总（万m3)堰顶以上库容V（万m3)V/△t(m3/s)q(m3/s)q/2(m3/s)V/△t+q/2(m3/s)167.2346.8420.0000.000.000.000.00168374.47127.62976.7567.0033.50110.25169411.33136.860102.39226.13113.07215.45170449.61438.283106.34438.72219.36325.702)Mathematica拟合q-V/△t+q/2关系函数程序：即：q=2.053*+0.124586*+0.00402815*+5.28485**-1.88179**3)半图解法计算表设计洪水（P=3.33%）的计算表时间t（h)入库水量Q（m3/s）平均入库水量Q（m3/s)V/△t+q/2(m3/s)q(m3/s)Z(m)00.40.000.00167.2011.81.101.100.24167.2224.33.053.910.55167.2336.55.408.761.40167.2648.37.4014.762.73167.295109.1521.184.49167.3361211.0027.696.64167.37713.512.7533.808.99167.4181715.2540.0611.74167.45922.119.5547.8615.67167.501032.327.2059.3922.48167.591179.455.8592.7649.04167.851293.886.60130.3290.91168.181379.386.55125.9585.42168.141457.968.60109.1365.77167.991539.548.7092.0648.38167.841626.733.1076.7835.05167.721718.822.7564.4825.87167.621813.516.1554.7619.60167.551910.411.9547.1115.27167.50207.79.0540.8