工程水文與水利計算課程設(shè)計

摘要本次課程設(shè)計主要是興利、調(diào)洪計算，并且推求出不同頻率的豐水年保證的灌溉面積。同時，對《工程水文與水利計算》這門學(xué)科知識的復(fù)習(xí)和鞏固，使我們更好的運用其理論知識和基本方法，提高我們綜合分析和解決問題的能力，為其他有關(guān)課程的學(xué)習(xí)和將來工作打下良好的基礎(chǔ)。提高對Excel的應(yīng)用。這次課程設(shè)計是對M河進行水文水利計算，針對防洪計算，求出P=25%和P=50%的設(shè)計年徑流、設(shè)計面暴雨、設(shè)計洪水過程線，然后進行洪水調(diào)節(jié)并且推求不同頻率的最大下泄流量、最高洪水位，并且分析提高汛期水位是否可行。最后，進行興利調(diào)節(jié)計算，求出頻率為25%求其保證的灌溉面積，即點繪棄水量和灌溉面積的關(guān)系曲線，并利用該曲線查出棄水量為零對應(yīng)的灌溉面積即為保證的灌溉面積。目錄TOC\o"1-5"\h\z設(shè)計資料 5設(shè)計過程 8\o"CurrentDocument"一、 設(shè)計年徑流分析計算 8\o"CurrentDocument"二、 30年一遇的設(shè)計面暴雨過程計算 8\o"CurrentDocument"三、 設(shè)計凈雨與設(shè)計洪水過程線計算 9（一） 由產(chǎn)匯流方案推求30年一遇設(shè)計洪水過程線 9（二） 設(shè)計凈雨計算 10（三） 設(shè)計洪水過程線計算 10四、 洪水調(diào)節(jié)及保壩標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核 12\o"CurrentDocument"（一） 調(diào)洪計算 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、 興利調(diào)節(jié)計算 17\o"CurrentDocument"（一） 2015年每月入庫徑流量計算 17\o"CurrentDocument"（二） 逐月蒸發(fā)損失深度計算 17\o"CurrentDocument"（三） 2015年水平年灌區(qū)總和毛灌溉量計算 17（四） 對于頻率P=25%的代表年，保證其灌溉面積的計算-18（五） 將P=25%、P=50%各個不同面積所對應(yīng)的棄水量和興利\o"CurrentDocument"庫容進行匯總 2021總結(jié)21設(shè)計資料一、工程概況M河水庫以上流域面積94km2,總庫容2322萬m3,。防洪為主，結(jié)合蓄水灌溉。水庫主要建筑物：大壩、溢洪道（無閘門）、放水洞?，F(xiàn)狀工程數(shù)據(jù)見表1。工程運行中存在問題（與水文水利計算有關(guān)的問題）：（1） 現(xiàn)狀溢洪道堰面為漿砌石襯砌，已被破壞，不滿足設(shè)計洪水防沖要求，需新襯砌0.3m厚的混凝土。（2） V死基本淤平，影響V興。結(jié)合該水庫除險加固，擬調(diào)整有關(guān)的特征水位。除險加固擬調(diào)整水位特征水位或高程現(xiàn)狀/m除險加固后擬調(diào)整水位/m堰頂高程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原設(shè)計，放水洞參加泄洪，其泄流能力小，存在安全隱患。本次規(guī)劃，放水洞不參加泄洪，擬提高Z限，使Z限=2正。防洪與興利不結(jié)合。二、防洪標(biāo)準(zhǔn)M河水庫屬于中型規(guī)模，III等工程，主要建筑物級別為3級.防洪標(biāo)準(zhǔn)仍按現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)，即水庫主要建筑物設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。水庫下游防洪任務(wù)為：30年一遇洪水保下游河道及農(nóng)田，安全泄量為760m3/s,100年一遇保下游鐵路，安全泄量為1100m3/s.三、除險加固后水庫允許最高水位除險加固后，水庫仍按現(xiàn)狀壩頂高程，核定水庫遇100年一遇洪水允許最高洪水位為 136.622m,1000年一遇洪水允許最高水位為137.582m。四、興利標(biāo)準(zhǔn)與水庫調(diào)節(jié)性能水庫下游為井灌結(jié)合灌區(qū)，地面水灌溉保證率按50%考慮。設(shè)計基準(zhǔn)年為2005年，設(shè)計水平年采用2015年。興利調(diào)節(jié)采用年調(diào)節(jié)運用方式。五、其他資料包括：水庫壩址斷面處年徑流量的統(tǒng)計參數(shù);M河水庫不同頻率代表年徑流量年內(nèi)分配；M河水庫流域特征參數(shù)；馬河水庫30年一遇不同頻率設(shè)計面雨量成果；水庫所在地區(qū)3d暴雨時程分配；設(shè)計洪水；2015年水平年上游耗水量；灌區(qū)2015水平年頻率50%的綜合毛灌溉定額；水位-面積、水位-容積關(guān)系；蒸發(fā)、滲漏損失計算有關(guān)資料、多年平均器測水面蒸發(fā)量月分配比；泄流設(shè)施相關(guān)資料等。設(shè)計過程一、設(shè)計年徑流分析計算根據(jù)所給資料，推求設(shè)計頻率P=25%、P=50%的設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配表1.設(shè)計（P=25%，P=50%）年徑流及年內(nèi)分配頻率R（mm）W(萬m3)P=25%124.761172.744P=50%53.01498.294根據(jù)各月徑流占年徑流百分比可求出各月徑流深及徑流量R-t、w-t，見表2R25%=(①CV+DR=(爵16x1.2+1)x101=124.76mmW =1000FR=1000x94x124.76=1172.744萬m325%同理得：R50%=9+1)R=(—0.396x1.2+1)x101=53.01mW50%=1000FR=498.294萬m3表2 M河水庫不同頻率代表年徑流總量頻率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年一遇的設(shè)計面暴雨過程計算暴雨計算時段取1h、6h、24h、3d，其中長歷時24h、3d設(shè)計點雨量根據(jù)雨量站資料，頻率計算求得；1h、6h設(shè)計點雨量采用等值線圖法求得。各時段雨量乘以相應(yīng)時段點面折算系數(shù)即的設(shè)計面雨量。30年一遇不同頻率設(shè)計面雨量成果見表3表3 馬河水庫30年一遇設(shè)計暴雨成果 單位：mm計算時段1h6h24h3d雨量77187266396根據(jù)1h、6h、12h、24h、3d暴雨量資料推求3h、9h、12h、15h、18h、21h時程分配，見表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.根據(jù)公式①可有1h、6h、12h、24h、3d暴雨量資料推求出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年一遇暴雨量時段3h9h12h15h18h21h暴雨量（mm）132.7207.3223.0236.0247.2257.1三、設(shè)計凈雨與設(shè)計洪水過程線計算（一）利用M河水庫采用的產(chǎn)、匯流方案，推求30年一遇的設(shè)計洪水過程線產(chǎn)流方案：M河水庫位于半濕潤半干旱地區(qū)，用初損后損法產(chǎn)流計算。該流域有設(shè)計的前期影響雨量確定設(shè)計條件下初損I0為85mm，后期平均損失強度f=2.5mm/h。匯流方案：采用瞬時單位線法。參數(shù)n=1.0,參數(shù)m1經(jīng)驗公式如下:m=3F0.65J-0.301-0.35廣_ …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河流域設(shè)計凈雨計算(表5)表5 水庫所在地區(qū)3d暴雨時程分配及設(shè)計凈雨計算時段（A=3h）24h面雨量分配（3日-24小時）面雨量分配率R(mm)初損(mm)后損(mm)設(shè)計凈雨量設(shè)計凈雨歷時平均雨強（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合計| 1.000|396.0| 85.0|72.9|238.2|28.52| 8.4（三）M河流域設(shè)計洪水過程線計算（表6）M河流域設(shè)計洪水過程線計算表時段(△t/KS(t)S(t-△t)u(At,t)單位線設(shè)計凈雨部分地面徑流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合計187.0238.210.432.248.0111.4407.51089.4471.636.53744 04 4407 943 31 56101.計算步驟：根據(jù)水庫流域面積F=94km2,主河道長度17.7km，主河道坡度11.2000，流域平均寬度5.7km，流域面積不對稱系數(shù)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、洪水調(diào)節(jié)及保壩標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核（一）調(diào)洪計算1.為提高計算精度，取計算時段△t=1h，用內(nèi)差法得到結(jié)果見表7：表7 設(shè)計洪水過程線時間（h）30年一遇校核時間（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

半圖解法輔助線計算，結(jié)果見表8q溢=m洪gBh已知m=0.32，B=61.7m，則q溢=87.41h：，h=Z-130.65，y=V-726表8 輔助曲線計算表AtTh水位(m)庫容V(105m3)堰頂以上庫容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）分別對不同頻率的洪水調(diào)洪計算推求最大泄洪量、最高洪水位等其中30年一遇設(shè)計洪水過程按每隔1h取值，并且不要漏掉洪峰、對每隔1h取一個值的設(shè)計洪水過程線響應(yīng)的洪水總量要進行校核，應(yīng)等于設(shè)計洪水總量，或誤差不超過1%，計算結(jié)果見表81.根據(jù)上表V+q，q繪出三+q，q圖像。由各E+q的值求出q。At2 At2 At2由h=（」）：，Z=h+130.65，計算成果見表987.41

半圖解法調(diào)洪計算表時間t(h)Q(m3/s) Q，質(zhì)) 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設(shè)下泄流量q=q=qm=610m3/s，由Q-t關(guān)系線內(nèi)差t'，720.947-720.947-471.284=720.947-6101 At ，求出△t=0.444h,再根據(jù)+(Q+Q)+(Q+Q)At-(q+q)At=V-V分別推求出V、V。試算結(jié)果見表102 1 2 1 2 2 1 1 2表10 試算法結(jié)果匯總q假設(shè)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推求不同頻率最大下泄流量及最高洪水位。匯總成果見表11表11 不同頻率洪水調(diào)洪計算成果匯總表30年一遇100年一遇1000年一遇s)Z成1V防（萬q(m3m/m)Z設(shè)(Z防2、(m)V設(shè)(V防2L(萬m3)"I03/S)Z校(m)V校（萬m3）614.147134.4051493.7301048.100135.890135.8901438.000137.1201519.000校核洪水總量由^t=3h的30年一遇的洪水過程線的洪水總量是6307.708（m3/s）由^t=1h的30年一遇的洪水過程線的洪水總量是6303.701（m3/s）由^t=3h的30年一遇的洪水過程線的洪水總量約等于由At=1h的30年一遇的洪水過程線的洪水總量，在誤差允許范圍（0.4%<1%）之內(nèi)。（三）根據(jù)調(diào)洪計算成果，分析提高汛限水位是否可行。對Qp下⑴調(diào)洪計算，qm,3.3%=614-147m3/S<q安，3.3%=760點；對Qp設(shè)（t）調(diào)洪計算，Z設(shè)=135.89m<Z允=136.622m；對Qp校（t）調(diào)洪計算，Z校二137.12m<Z允=137.582m；綜上所述，提高汛限水位是可行的。五、興利調(diào)節(jié)計算（一）2015年每月入庫徑流量計算1.已知天然條件下的設(shè)計年徑流量（詳見表2），扣除扣除2015年水平年上游耗水量，求得入庫徑流量。成果見表12表12 2015年水平年逐月入庫徑流量計算表 P=25%時間上游耗水量（萬m3）設(shè)計徑流深（mm）水庫流域面積（km2）設(shè)計徑流量（萬m3）入庫徑流量（萬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）逐月蒸發(fā)損失深度計算，見表13表13多年平均器測水面蒸發(fā)量月分配月份123456789101112月分配比（%）2.33.26.812.217.914.811.99.98.76.83.42.1蒸發(fā)22.31.67.120.176.145.117.97.85.67.33.20.量750249367057（三）2015年水平年灌區(qū)總和毛灌溉量計算。計算過程成果見表14表14 灌區(qū)2015年水平年毛灌溉額 單位：m3/hm2月份34567891011全年用水頻率25%64511256454800064505704110灌溉面積（hm2）1900190019001900190019001900190019001900毛灌溉量（萬m3）122.55213.75122.5591.200122.550108.3780.9（四）對于頻率P=25%的代表年，保證其灌溉面積的計算：M河水庫計入損失年調(diào)節(jié)計算表，見表15計算方法：（1） 首先算不計入損失的興利庫容。根據(jù)年來水量和年用水量確定余水量和虧水量，因此求出興利庫容V興不計興不計I。（2） 根據(jù)已給資料點繪V-F的關(guān)系曲線（圖2）查出月平均面積。（3） 考慮蒸發(fā)和滲漏的總損失，計算出余水量和虧水量，并確定興利庫容V興計興計（4） 最后確定棄水量并進行校核。W來-W用-W總損-W棄018表15M河水庫計入損失年調(diào)節(jié)計算表單位：萬m3年?月來水量W來用水量W用余水量虧水量水庫蓄水量V月平均蓄水量V，月平均水面面積F，（而2）水庫水量損失考失用蒸發(fā)滲漏總損失W總深度W-蒸標(biāo)準(zhǔn)W滲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