渭南某水庫水文水利計算

水文水利計算課程設(shè)計第一章概況一、基本情況某河是渭河南岸較大的一級支流，發(fā)源于秦嶺北麓太白山區(qū)，流域面積778.7km2,干流全長51.5km，河道比降1/60?1/70。流域內(nèi)林木茂盛，植被良好，水流清澈，水質(zhì)優(yōu)良。該河干流上有一水文站，控制流域面積686km2。擬在該河干流上修建一水庫，其壩址位于水文站上游1.5公里處，控制流域面積673km2。該水庫將承擔(dān)著下游和渭河的防洪任務(wù)，下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇洪水。該水庫建成后將承擔(dān)本地區(qū)37萬畝的農(nóng)業(yè)用水任務(wù)和臨近城市的供水任務(wù)，農(nóng)業(yè)用水的保證率為75%，城市供水的保證率為95%。二、基本資料1、 徑流水文站有實測的1951?2000年逐月徑流資料。（見附表1-1）2、 洪水水文站有實測的1950?2000年洪水資料，經(jīng)整理摘錄的逐年洪峰流量（見附表1-2），同時調(diào)查到該水文站在1890和1930年曾經(jīng)發(fā)生過兩次大洪水，其洪峰流量資料（見表附1-2）。并計算出了不同頻率洪量（見附表1-3）和典型洪水過程（見附表1-4）。3、 農(nóng)業(yè)用水根據(jù)該灌區(qū)的作物組成和灌溉制度，分析計算的灌區(qū)不同頻率灌溉需水量見表12。4、 城市用水城市供水每年按1.5億m3計，年內(nèi)采用均勻供水。5、 水庫特性水庫庫容曲線（見圖1-1）。水庫死水位為728.0m，泄洪設(shè)施為開敞式無閘溢洪道，斷面為矩形，寬度為30米。根據(jù)本地區(qū)氣象資料和地質(zhì)資料，水庫月蒸發(fā)量和滲漏量分別按當(dāng)月水庫蓄水量的2%和3.5%計。圖1-1水庫水位?庫容系曲線關(guān)

水庫在汛期輸水洞按其輸水能力泄洪，輸水洞進(jìn)口高程為722m，內(nèi)徑為4m,設(shè)計流量為70m3/s。第二章水庫的入庫徑流特征分析一、水文資料審查1、 資料的可靠性審查。因為各種數(shù)據(jù)資料均摘自《水文年鑒》，故可靠性較高。2、 資料的一致性審查Blfai〈年〉圖目一1單毒枳曲土因為河流發(fā)源于秦嶺北麓太白山區(qū)深處，流域內(nèi)林木茂盛，植被良好，水流清澈，水質(zhì)優(yōu)良，因此可斷定人為活動影響很小，流域下墊面條件穩(wěn)定，下面利用單累積曲線法進(jìn)行代表性分析，單累積曲線見圖2-1,由圖可知該年徑流系列的一致性較好。3、資料的代表性審查。因為壩址距水文站上游1.5公里處，兩處控制的流域面積相差不大（不超過20%），又因水文站具有50年的逐月徑流資料，屬長系列。

由上面的年徑流差積曲線可知，該年徑流系列的代表性較好。二、設(shè)計表年法設(shè)計年徑流量及其年內(nèi)分配1、 根據(jù)月徑流變化情況，將水文年資料轉(zhuǎn)變?yōu)樗哪曩Y料，即從每年3月到來年2月為一水文年。2、 利用水文比擬法將水文站的年徑流資料轉(zhuǎn)化為壩址處的年徑流資料，即將參證站的年徑流資料經(jīng)過修正后移用于設(shè)計站，以流域面積和多年降水量為參變量，其中以流域面積為主要參變量，因為此流域無降水資料，所以只選用流域面積為參變量。年徑流的移置形式如下：-F]_ei=—e^p2式中：F1、F2為壩址及水文站的年平均流量；F1、F2為壩址及水文站的流域面積。3、4、3、4、5、利用矩法計算、Cs、Cv，其中計算的Cv=0.36,Cs=0.8，=12.17。選配皮爾遜III型頻率曲線，配線計算見表2-1,頻率曲線見附圖1。經(jīng)過多次配線和調(diào)整參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cv=0.4,Cs=0.8時擬合較好。6、 年徑流頻率計算成果見表2-27、 不同頻率的年徑流年內(nèi)分配先選擇取徑流量與設(shè)計值相近的年份，再選取對工程不利的年份（即需水時徑流量較枯，不需水時徑流量又較大的）。然后利用公式：K=Qp/Qd.進(jìn)行年徑流年內(nèi)分配，即縮放比K乘以各代表年逐月徑流，得設(shè)計年內(nèi)分配。不同頻率下的年徑流年內(nèi)分配過程見附表2。其中：Qp----設(shè)計年徑流量Qd----代表年的年徑流量

表2-1噂啄庫年徑流^率曲線選配計尊表4頻率PC%?43第一次菖境刀第二次酉璇q"Q=1密；=12.2^Cv-0.4京Ct=0.40^*加2.21^：26.*矣.云2.心24.W1.9卯2i.1日弗1.75^1.74^21/2^13L汕］1S.律.1.泌13.7口獨1..30P15.蹲L3"15.升0.逆11.4^0.95|11.6^花。0.71P-S.6p.0.7加8?930：.55p6.,0.壽6.5P9加認(rèn)4存5."0.4和瓦W9矛相24.0.3典.?3.743裹5-2 林冰屋年控需斑率訐百成黑童■平均俑5C心，不同壕率的年徑施墅新1計匪采用T計性」弟用卜2g50H多gT施90%；12.LN12,2.-Q,354*0.4J115.B-LX1L如.料里0.B-3.1.0.5,第三章洪水分析一、洪峰流量及洪量的頻率計算1、資料轉(zhuǎn)換，利用水文比擬法將水文站的洪峰流量資料轉(zhuǎn)化為壩址處的洪峰流量資料，其轉(zhuǎn)化形式為：Q設(shè)=()0.67Q水式中：Q設(shè)Q水----壩址及水文站的洪峰流量。F1，F(xiàn)2-----壩址及水文站的流域面積。0.67 指數(shù)，因為該河的流域面積超過100km2,屬中型河流，所以取0.67。2、 經(jīng)驗頻率計算轉(zhuǎn)化后的洪峰流量資料屬于不連序系列，由實測系列和特大值系列共同組成，作為代表總體的一個樣本，不連序系列各項可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)統(tǒng)一排位。在該洪峰流量系列中，歷史調(diào)查期N為111年，在調(diào)查期內(nèi)發(fā)生兩場特大洪水，即a=2；實測年n為51年，在實測年中無特大洪水發(fā)生，則有『0。N年內(nèi)的a項特大洪水的經(jīng)驗頻率用公式（3-1）計算，51項實測系列均勻分布在1-PMa頻率范圍內(nèi)，PMa為特大洪水第末項M=a的經(jīng)驗頻率，實測系列第m項的經(jīng)驗頻率利用式（3-2）計算。P淄（RM）Pm出璇十I XnV（n-f-1）其中讓算的奧5.明5,Can, 土頻率計匿見附表3,是由以下公式吊得.‘G_*）出［耳幻'+ %一"I3、配頻率曲線，配線計算見表3-1,并點繪洪峰流量頻率曲線見附圖2。經(jīng)過多次配線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cv=1,Cs=3時擬合較好。4、 洪水頻率計算成果表見表3-2。表3-1籍郵庫洪峰流重頻率曲線選配計算表引頻率P(%)3第一次隴線口第二次酉魅口Qf=1^.2nCv=0.4Q^=12.2?Cv=0.4C's=2Cv=0.SpX5.65^'2503|.5.98^'2649.14^4.B5P■.2143『5..Q5*2227.2q,霧4.04+■17904.15?1838.5川5^3.01爭1.335..尸3.00?1329.CT/；2.25尸997江5.10t965.7『對」.1.52q673€1.42*629.1q5Op0.64q284*.G.-61*? 27i2J75^0.33府146砂0-3B+16B.3『9Op'0.23F102甲.0.34?150.6『0.2193q0.34+150.6『?，9舞0.20890.33146.2，由此計算可查附圖2得20年一遇的洪峰流量為1330m3/s100年一遇的洪峰流量為2240m3/s1000年一遇的洪峰流量為3610m3/s二、繪制設(shè)計洪水過程線1、采用同頻率放大法進(jìn)行典型洪水過程線的放大，當(dāng)選定控制時段為最大1日、最大2日、最大3日、最大4日時，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：最大3d洪量放大比R3：R2=(W2p-W1p)/(W2d-W1d)R3=(W3p-W2p)/(W3d-W2d)最大4d洪量放大比R4：R4=(W4p-W3p)/(W4d-W3d)典型洪水過程線繪于圖3-1,典型洪水過程線的洪峰，不同時段的洪量乘以相應(yīng)的放大倍比，得不同頻率下的設(shè)計洪水過程線。然后針對時段分界處出現(xiàn)的不連續(xù)可以用手修勻，則得不同頻率下的設(shè)計洪水過程線亦見圖3-2、圖3-3、圖3-4。從圖中推求得到不同時段的洪峰洪量見表3-3，不同歷時洪量頻率曲線見附圖3B83-1司頻率筮太笆推求設(shè)計決水通程曲rffflCh)B83-1司頻率筮太笆推求設(shè)計決水通程曲rffflCh)—米登代芥封曜i￡——彳'-巷詵設(shè)狼*—盡年一愚歡計板木圖3.3**★水陣燧呵眉百年一帽設(shè)廿成水過程琪0J3-2**??木08信勻糟20軍F段汁阪米過秋成表X水度制好新堂、戢童統(tǒng)計表瑣目:P《疆2L?J*)a最大1EP暈大自*琮大4g*F-01%-36W1-]L19LL5443-LT361V1845?^必?31901叩血口L3959^L5751VP=H醐q26J?』如3防L19L2-L3MJ-wg757S--LU5Li8^L1殂A127SL^L83E7的仟，袒蝦.mmL10Z3PL33C?Mg7073*SUlc37B7J965，4D31^砧T"蹌7069-.'周型域程毓.N軻。□E81-6377*-'“■fi卸起訖日￥3B5Bt'<05B4*'W目喝時?。B202曰苫網(wǎng)?5日3時y1日8 呂8：L眥RkP^O1端144^2.3ft^2.45^2.5(^]36j5囂q304^?55^am|0P-0.5%^2.53^2.2V1.88P2.115-p1SP==盼2.1Vi.g*l.fi^185*im【.*l.白”1心1的D妍P=S%^L.3L：1"l.JJz0.36^p=L(m-D.93r'司如。一9%I.M<0.75<土丕何所時洪水的財費氣訐攻單其見裘"表34洪匠冬時既洪疆曲大螂密.洪水放大過程中需要說明的是，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，得出的洪水過程線上的洪峰和不同時段的洪量，恰好等于設(shè)計值。由于各時段的放大倍比不相等，放大后的過程線在時段分界處出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，此時可徒手修勻，修勻后仍保持洪峰和各時段洪量等于設(shè)計值。第四章興利調(diào)節(jié)計算一、各種需水量計算1、 城市用水城市供水每年按1.5億m3計，年內(nèi)采用均勻供水，即每個月城市用水為4.76m3/s。2、 農(nóng)業(yè)用水全生巨Sb全生巨Sb1月F2月*3引與用7三?用*10月+LIfl*H月，■p做h3A新l03r切：o.<1145<20QP-13&1-306r明服歸，im7A74叫，套IPMA】叫W4Pf-3M-9310531網(wǎng)乒2枷眇42004-】9網(wǎng)21&I-g汕4醇「41罹區(qū)不同何證率農(nóng)業(yè)嗣泳重表 簞位，:7T"'c二、興利調(diào)節(jié)計算（見附表4）1、代表段的選取利用差積曲線可選得代表段為水文年（1980-1981）—（1999-2000），即代表段的年數(shù)為20年，用這20年的徑流系列求得的變差系數(shù)與總體的變差系數(shù)很接近，而均值與總體的均值相等，這說明這個代表段的選取是很合理的。2、興利調(diào)節(jié)計算水庫死水位為728.0m，并且查水位-庫容曲線圖1-1可得死庫容為330x104m3,用水包括95%保證率下的城市供水和75%保證率下的農(nóng)業(yè)用水,以及水庫的月蒸發(fā)量和滲漏損失，其月蒸發(fā)量和滲漏損失分別按當(dāng)月水庫蓄水量的2%和3.5%計，再根據(jù)來水進(jìn)行興利計算。該設(shè)計為了全面考慮城市用水和農(nóng)業(yè)用水，采用試算法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，先按不計損失進(jìn)行計算，先假設(shè)一個庫容V，因第一個月出現(xiàn)虧水，因此第一個月對應(yīng)的庫容是死庫容，然后繼續(xù)往下計算，遇到余水相加，遇到虧水相減，當(dāng)算得的當(dāng)月庫容大于假定設(shè)計庫容時，當(dāng)月庫容以假定設(shè)計庫容計，當(dāng)算得的當(dāng)月庫容小于死庫容時該月庫容以死庫容計。按照順時序法進(jìn)行計算，并求得各月平均蓄水量，然后按此平均蓄水量來計算水量損失。然后再考慮蒸發(fā)滲漏損失，繼續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，計算后得到的庫容如果能夠滿足95%保證率下的城市供水和75%保證率下的農(nóng)業(yè)用水，且很接近，那么這個假定庫容就是所要求的庫容。如果不滿足則要重新假定庫容，直到滿足為止。一般要調(diào)節(jié)兩次以上計算出來的庫容才比較準(zhǔn)確，本設(shè)計在進(jìn)行調(diào)節(jié)計算時，一共進(jìn)行了三次調(diào)節(jié)計算，調(diào)節(jié)計算過程見附表3。最終算的結(jié)果是正常蓄水位對應(yīng)的庫容是9997萬m3，由水位~庫容關(guān)系曲線可查得正常蓄水位也就是堰頂高程為794.6m，那么：興利庫容=正常蓄水位對應(yīng)的庫容是（9997萬m3）-（死庫容330萬m3）=9667萬m3在計算保證率的時候城市用水用的是月保證率，灌溉用水用的是年保證率，當(dāng)城市用水有幾個月不滿足時，就計幾個月不滿足，在算保證率的時候用到以下公式：城市用水保證率=（代表段總月數(shù)-城市用水未滿足的年份）/代表段總月數(shù)；當(dāng)月初的蓄水量與本月來水量之和減去蒸發(fā)滲漏損失不能滿足用水時，要首先用來滿足城市供水，如果一年中有一個月的農(nóng)業(yè)用水不能得到滿足時，那么這一年的農(nóng)業(yè)用水都不能得到滿足，即該年為一個破壞年。農(nóng)業(yè)用水保證率=（代表段總年數(shù)-破壞的年數(shù)）/代表段總年數(shù)進(jìn)行幾次試算可知，假設(shè)不同的庫容，可以得出不同的農(nóng)業(yè)用水保證率，據(jù)此可以繪出庫容保證率關(guān)系曲線，見圖4-1。由庫容~保證率曲線可查得農(nóng)業(yè)用水保證率對應(yīng)的庫容為38.06（m3/s）.月，與進(jìn)行多次調(diào)節(jié)的結(jié)果非常接近。

庠容、■保證率曲段第五章防洪調(diào)節(jié)計算該水庫泄洪設(shè)施為開敞式無閘溢洪道，故本水庫調(diào)洪計算采用靜庫容曲線進(jìn)行調(diào)洪計算。根據(jù)水庫水量平衡方程：成隅隙艦為嘛赧霍麒「翻水嶄茜計麟用暇嬲盼酬計虬㈱"掘平舫良 M腳麻毓斯計!?.腫。仰」3瑚融倦剝U勵睡佻，脫^…z時段Ai虬圭船!痛S是洲.隔一瞞A儡袖惚耕1宿"At…???????什肌期/雅幅--、躲赫懿戲料曲*毓在御雌找護(hù)嫌腐■瞟廊賄陶匕mri51「S5-1匣麻朝上W翔F7惚恩＜'B5血Hi*794.5- '蜘■1LW渺13徹，'祐就戴顯毗加曲蹴貧加5-1.思頂高程以上美系曲終/堰頂高程我上水位一厚睿美蒙映線堰頂高程我上水位一厚睿美蒙映線1加泮12597124971199711497109971C497沔T7^4.5T9G.579S.6BOO.C302,6804.6SQ6.&tK■位ini：利用列表試算法進(jìn)行調(diào)洪計算，對任意的^tl時段，其Q1、Q2、q1、V1已知，需要求解q2和V2,其步驟是，假定水位Z2后，可以用Z2減去正常蓄水位（794.6m）求得堰上水頭H，再從水力學(xué)書查得堰流系數(shù)m=1.6,斷面為矩形，寬度為30米。運用公式q泄=mBH3/2=64H3/2計算得到堰頂泄流量，然后用q泄加上輸水洞的泄流（70m3/s）就得到總的泄流量q總，然后求W出=（q總1+q總2）/2*At，W入=（Q1+Q2）/2*At，AV=（W入-W出），然后有V2=V1+AV，由水位~庫容函數(shù)關(guān)系V21=326.77xZ2,可得V21。如果V2=V21，則說明水位假設(shè)正確；如果V2不等于V21，則重新假設(shè)水位，直到V2等于V21。算完以后，看最高水位處的來水量和泄水量是否相等，如果不接近的話，則需要在峰值附近內(nèi)插一個時段，流量和時間都按直線內(nèi)插，對假設(shè)段重新進(jìn)行試算，如果不接近，則重新內(nèi)插，直到來水量和泄水量不能在接近為止，此時的泄流量就是最大泄流量，水位就是水庫最高洪水位，然后完成假設(shè)段后面的試算，就可以得到完整的泄流過程。千年一遇、百年一遇、20年一遇的水庫調(diào)洪計算都是按照以上步驟完成的。從附表5中可以得到P=0.1%時，qm=2065m3/s，此時V=13901x104立方米，校核洪水位Z設(shè)=806.6m。從附表6中可以得到P=1%時，qm=1295.38.m3/s,此時V=12814.6x104立方米，設(shè)計洪水位Z設(shè)=803.27m。從附表7中可以得到P=5%時qm=796.72m3/s，此時V=11979.4x104立方米，防洪高水位Z防=800.72m。第六章結(jié)論一、水庫特征水位和特征庫容因為該水庫泄洪設(shè)施為開敞式無閘溢洪道，所以正常蓄水位與防洪限制水位重合。1、 正常蓄水位和興利庫容正常蓄水位：在正常運行條件下，為了滿足興利部門枯水期的正常用水，水庫在供水開始時應(yīng)蓄到的最高水位，稱為正常蓄水位。興利庫容：是指正常蓄水位到死水位之間的庫容，即水庫實際可用于徑流調(diào)節(jié)的庫容。2、 防洪高水位和防洪庫容防洪高水位：當(dāng)水庫下游有防洪要求時，遇到下游防護(hù)對象的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，水庫經(jīng)過調(diào)洪后，壩前達(dá)到的最高水位，成為防洪高水位。防洪庫容：防洪高水位至防洪限制水位間的水庫容積，針對該水庫就是防洪高水位到正常蓄水位之間的水庫容積。3、 設(shè)計洪水位和攔洪庫容設(shè)計洪水位：是指當(dāng)遇到大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，水庫經(jīng)過調(diào)洪后，壩前達(dá)到的最高水位，稱為設(shè)計洪水位。攔洪庫容：設(shè)計洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積，針對該水庫就是設(shè)計洪水位至正常蓄水位之間的水庫容積。4、 校核洪水位和調(diào)洪庫容校核洪水位：是指當(dāng)遇到大壩校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，水庫經(jīng)調(diào)洪后壩前達(dá)到的最高水位，稱為校核洪水位。調(diào)洪庫容：校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積，針對該水庫就是校核洪水位至正常蓄水位之間的水庫容積。5、 總庫容：是指校核洪水位以下的全部水庫容積。二、壩頂高程的確定設(shè)計洪水位或者校核