水文水利计算课程设计

水文水利计算课程设计说明书姓名：班级：学号：学院：指导老师：2012年6月水文水力计算课程设计12一、设计任务在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建赋石水库，因而要进行水库规划的工程水文及水利计算，其具体任务是：1.设计年径流分析计算；2.选择水库死水位；3.选择正常蓄水位；4.计算保证出力、多年平均发电量和选择装机容量；5.推求丰、中、枯设计年径流过程；6.推求防洪标准、设计标准和校核标准的设计洪水过程线。二、基本资料1、流域和水库情况简介西苕溪为太湖流域一大水系，流域面积为22602km，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。根据解放后二十多年的统计，仅安吉县因洪涝旱灾每年平均损失稻谷1500万斤，严重的1961~1963年，连续三年洪水损失稻谷9300万斤，冲毁耕地万余亩。赋石水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，位于安吉县丰城以西十公里，控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积3282km。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量丰站为1450mm，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘陵，平地较少。水库以防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产，是一座综合利用水库。库区位于区域的斜构造内，周边岩石多为不透水或弱透水的砂页岩，仅在局部地区有奥陶纪石灰岩及钙质页岩，但因层薄，并有砂页岩隔层，岩溶现象不甚发育，加之山体宽厚其高程一般均在200m以上，故库区渗漏问题可以不考虑。西苕溪流域受洪水灾害25万亩，其中安吉9万亩，长兴15万亩，吴兴3万亩，水库建成后，可使20年一遇洪水减轻到5年一遇以下，使圩区淹没面积11.3万亩减至4万亩，使3万亩圩区农田免除洪水直接威胁，其它十几万亩可以不同程度的减轻洪水危害。水库兴建后，可灌溉赤坞、安城等地区的水田计4万亩，溪滩还田3000亩，河道整治还田4000亩，旱改水3000亩，共计可灌溉5万亩。航运发电水产方面，可解决上游每年200万支毛竹的水路运输以及水运康山的煤、化肥等。发电装机容量约3750千瓦，年发电量为14000度，补充电源不足，水库建成后，增加了6000亩水面面积，可以发展水产。水文水力计算课程设计22库区包括有耕地5766亩，3310户人家，征用地5610亩，迁移居民1500户，人口7400人，房屋6910间，还有国家粮库、商店等房屋约300间，有两条公路需要改线，总长11公里。2、水文气象资料情况流域内有天锦堂、坑垓、权岱三个雨量站，分别从1956年、1961年和1962年开始观测到今，流域附近有潜渔站1954年开始观测，章村站1961年开始观测，孝丰站有较长的资料，1922年开始观测，但中间有缺测年份，因此可以利用孝丰站的雨量资料来延长流域雨量资料。在坝址下游1公里处设有潜渔水文站，自1954年开始有观测的流量资料。通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比，成果见表1。通过典型缩放得丰（P=15％）、中(P=50％)、枯(P=85％)设计年径流过程，见表2。表1设计年径流及典型年径流量代表年设计频率P设计年径流量(m³/s)典型年典型年径流量（m³/s)缩放倍比枯水年85%5.5619735.351.039平水年50%7.5019577.111.055丰水年15%10.3719679.951.042表2潜渔站设计年径流过程（单位：m³/s）月份设计枯水年设计平水年设计丰水年典型年Q设计年Q典型年Q设计年Q典型年Q设计年Q314.0014.556.476.8211.1011.57418.6019.336.937.3112.8013.34519.5020.2720.8021.9423.0023.9761.311.368.248.6927.6028.7775.215.4121.8023.003.974.1480.060.065.505.801.241.2990.040.044.324.5623.2024.18100.410.432.812.967.657.97111.701.771.421.501.361.42120.750.783.603.800.440.4610.700.731.101.160.840.8821.881.952.332.466.116.37合计64.1666.6885.3290.00119.31124.35根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水，推算得潜渔站洪峰流量为13503/ms。这场洪水是发生后至今最大的一次洪水。缺测年份内，没有大于11603/ms的洪水发生。3、根据地区用电要求和电站的可能情况，发电要求为保证出力不能低于800千瓦，发水文水力计算课程设计32电保证率为85％，灌溉和航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。4、水库水位库容曲线表3水位容积曲线水位(m)4850525560容积(106m3)00.10.62.38水位(m)6570758081容积(106m3)1835.760.394.4102.8水位(m)8283848586容积(106m3)111.3120129138.6148.3水位(m)8788899091容积(106m3)158.8170181.5194.52075、水电站下游水位流量关系曲线表4水位流量关系曲线水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m³/s）01.03.67.311.916.220.5三、计算及分析1、选择水库死水位水库使用T年后的淤积总容积V沙，总：VTV沙，总沙，年(1)年淤积量：)1(W)(1V00Pm沙，年(2)式中，T为水库正常使用年限(年)；为推移质淤积量与悬移质淤积量之比；V沙、年为多年平均年淤沙容积(m³/年)；0为多年平均含沙量(kg/年)；0W为多年平均年径流量(m³)；m为库中泥沙沉积率(%)；P为淤积体的孔隙率；γ为泥沙颗粒的干容重(kg/m³)。根据实测泥沙资料得多年平均含沙量300.237kg/m，泥沙干容重31650kg/m，泥沙沉积率m＝90％，孔隙率p＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值15＝％，用P=85%的设计年的流量资料求得多年平均径流量6307.53652436002365.2310Wm由公式（2）求得3V=50231.32m沙、年,取水库使用年限为100年水文水力计算课程设计42363V=10050231.3250231325.02310mm沙、总查水位容积曲线(见表3)对应的水位为57.389m，加上安全超高即得水库死水位，Z57.389259.389m死＋＝。2、选择正常蓄水位初步给定正常蓄水位为79.9m，根据本地区的兴利要求，发电方面要求保证出力不低于800千瓦，所以要对正常蓄水位进行检验，若满足发电要求则正常蓄水位就确定为79.9m，若不满足发电要求则需要调整正常蓄水位。出力公式为N=AQH净上式中，A为出力系数，取A=7.5，Q为调节流量， HHH净，水头损失H取0.5m。HZZ下上。假设正常蓄水位79.9m查水位容积曲线得库容为6393.71810m，查水位库容曲线637.30310Vm死。所以兴利库容636393.718(93.7187.304)1086.41410VVmm兴死－＝－＝用设计枯水年的径流资料计算保证出力。P＝85%的设计年的年径流过程如表5所示。表5P＝85%设计年年径流过程月份345678910111212流量（m3/s）14.5619.3420.281.365.420.060.040.431.770.780.731.96由于3/125.56/sQWm＝＝,故假设供水期为6月～次年2月。则有：3=1.365.420.060.040.431.770.780.731.96=12.55[(/s)]Wm供＋＋＋＋＋＋＋＋月,63=86.4141030.524360032.90[(m/s)],V兴月那么有：3()/9=5.050/QWVms调兴供3=14.5619.3420.28=54.18[(/s)]Wm蓄＋＋月，3=5.053=15.15[(/s)]QTm调蓄月，则有：3=54.1815.15=39.03[(/s)]WVTmV调兴蓄蓄－月水文水力计算课程设计52所以假设供水期正确，35.050/Qms调，查水位流量关系曲线得=46.588Zm下。631/2=50.51110VVm死兴+查水位容积曲线得=73.013Zm上73.01346.5880.525.921HHHZZHm下净上=－－则根据出力公式得981.784800Nkwkw,所以正常蓄水位为79.9m。3、保证出力、多年平均发电量和装机容量的计算表6设计代表年的月平均流量代表年各月平均流量全年平均流量123456789101112平水年1.162.466.827.3121.948.6923.005.804.562.961.503.807.50根据表6中中水年的月平均流量资料，以3m3/s为间隔进行分组，计算各组流量的频率，制成表格如下表：表7装机容量计算表平均流量Q（m3/s）水头H(m)出力N=7.5QH(kw)出力差△N(kw)频率p%保证历时t=8760p(h)电力差△E=Nt(kwh)累计电量E(kwh)装机年利用小时数h年=E/N(h)22.532.78355327380.154134899407414414072260619.532.78347947380.154134899407413419998279916.532.78340577380.154134899407412425924306313.532.78333197380.154134899407411431850344410.532.78325827380.15413489940741043777640437.532.78318447380.38533692485185944370251214.532.78311067380.61553913976296695851762891.532.7833693690.9238086298222229822228086水文水力计算课程设计62010002000300040005000600020003000400050006000700080009000h年(h)N装(kw)图1装机容量与装机年平均利用小时数曲线01000200030004000500060002004006008001000120014001600E(万kwh)N装(kw)图2装机容量与多年平均发电量曲线根据装机年利用小时数hh3440装，内插得装机容量为kwN2.3327装多年平均发电量为kwhE万年.211444、各种设计标准洪水过程线的推求本水库为大(2)型水库，工程等别为Ⅱ等，永久性水工建筑级别为2级。下游防洪标准为5%，设计标准为1％，校核标准为0.1%,需要推求5%、1％、0.1%设计洪水过程线。按年最大值选样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算的要求，确定设计历时为7天，控制历时为1天和3天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。7天洪量只有1957~1972年有数据，故需用相关分析方法延长插补。经比较三天-七天洪量比较吻合，所以用三天洪量为据对七天洪量进行插补延展，相关性如图3，图4。水文水力计算课程设计720102030405060708090100010203040506024h洪量W(106m3)七天洪量W(106m3)图3七天和24小时洪量相关图y=0.9967x+9.064101020304050607080901000102030405060708090三天洪量W(106m3)七天洪量W(106m3)图4七天和三天洪量相关图即可得潜渔站洪峰及定时段洪量统计表如表8所示。表8潜渔站洪峰及定时段洪量