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院校：扬州大学水利与能源动力工程学院班级：水文与水资源工程1001班指导老师：周健康学生：邵一冰学号：101403113目录第一章、绪论………………………………………………………11.1目的……………………………………………………11.2题目……………………………………………………11.3设计资料……………………………………………………11.4要求……………………………………………………11.5时间安排…………………………………………………21.6分工与进度…………………………………………………21.7金牛山灌区概况……………………………………………21.7.1地理位置…………………………………………………………21.7.2气象条件…………………………………………………………21.7.3水源状况…………………………………………………………31.7.4农作物种植面积…………………………………………………3第二章、水文分析及各水量计算过程……………………………42.1灌区雨量水文分析计算……………………………………42.1.1推求灌区P=75%的设计雨量……………………………………42.1.2推求灌区P=75%设计雨量的年内分配…………………………42.2中等干旱年灌区各水量计算………………………………52.2.1水源设计月来水量计算…………………………………………52.2.2生态用水量计算…………………………………………………52.2.3灌区农业月灌溉水量计算……………………………………72.2.3.1灌区各农作物月灌溉定额计算………………………………………72.2.3.2灌区农业月用水量计算……………………………………………72.2.4灌区工业用水、生活用水计算…………………………………7第三章、金牛山灌区灌溉模型计算过程…………………………83.1决策变量……………………………………………………83.2目标函数……………………………………………………83.3约束条件……………………………………………………83.4灌区灌溉模型求解…………………………………………103.4.1模型求解思路分析………………………………………………113.4.2模型求解思路优化………………………………………………13第四章、成果合理性分析…………………………………………154.1灌区雨量水文水利计算成果的合理性分析………………154.2模型求解成果合理性分析…………………………………15第五章、心得体会…………………………………………………16参考文献…………………………………………………………16附图、表………………………………………………………171第一章、绪论1.1目的：课程设计是学生在校接受专业技术教学的一个重要的教学环节。在已经系统地学习了专业理论知识后，进行课程设计，可使学生进一步复习和巩固所学的知识，综合运用所学的理论知识和技能，培养独立思考问题、发现问题、分析和解决问题的能力，从而可使所学的专业知识得到一定程度的扩大和深化。通过课程设计，还可以训练同学们设计、计算、制图、列表、编写设计报告等基本技能，为今后参加实际工作打下良好的基础。1.2题目：金牛山水库灌区多水源联合运用优化调度1.3设计资料：（1）灌区有关自然地理、社会经济、水文气象资料；（2）降水量、蒸发量（电子档）；（3）灌溉定额、泵站工程资料；（4）金牛山水库工程建设和管理运用；（5）金牛山水库灌区及附图；（6）六合区水系图。1.4要求：（1）独立完成设计内容，并编写课程设计报告书；（2）图表必须清楚、整齐，要求及时分类和整理，防止散乱丢失；（3）设计过程中要随时记录心得体会和问题，为成果分析论证和编写报告积累资料。（4）参加本次设计任务的同学必须遵守学校规定的作息时间，全部工作要求在指定教室进行，有关资料要妥善保管，严禁在水文年鉴及相关资料上涂写折迭。21.5时间安排：序号主要设计内容时间（d）1设计准备，熟悉课题设计要求及内容0.52收集、整理有关水文资料、自然地理和社会经济资料等0.53制定计划，工作流程1相关的水文水利计算，编制、调试程序4水资源供需平衡分析，最优方案的确定，经济合理性论证1.55整理计算成果及图表、编写课程设计报告书1.51.6分工与进度：为了减少重复的机械计算工作量，加强分析论证，探讨优化方案的研究，本次设计可采用分工协作的方案进行。课程设计过程中，对某些重复工作可在组内分工进行，设计报告必须由各人独立完成。1.7金牛山灌区概况：1.7.1地理位置：金牛山灌区（指六合区丘陵山区东线翻水灌区）位于六合区东北部低山丘陵区，北与安徽省天长县接壤，东连仪征市，江淮分水岭从境内西北穿过；灌区包括冶山镇和八百桥镇，以及天长县长兴乡和仪征市月塘乡的一部分，全灌区总面积269.4km2。境内地形比较复杂，有低山、丘陵、岗地、和平原圩区，山、岗、丘面积约占灌区面积的90%。地势南低北高，全灌区耕地面积为14.36万亩。1.7.2气象条件：灌区位于亚热带向暖温带过度性气候，属湿润的亚热带气候，冬干冷，夏湿热，四季分明，常年平均气温15.1℃，极端最高气温是1959年8月22日，气温高达40.7℃。气候受台风，暴雨影响很大，多年平均降雨量1002.7mm，降雨年际差异较大，时空分布异不平衡。1991年降水量为1764.6mm，1978年降水量为554.8mm，最大值为最小值的3.18倍，年降雨量最大和最小值相差1209.8mm。六合站多年平均水面蒸发量（折算成E601）为908.3mm，年无霜期为225天，年3日照平均2199.4h，降雨量总趋势南多北少。由于地理位置及气候等因素，易形成干旱灾害，部分高岗地区人畜饮水都发生困难。1.7.3水源状况：灌区内中型水库一座，即金牛山水库，为灌区主要调蓄的骨干工程，总库容9607万m3，兴利枯荣5165万m3，设计灌区面积为12万亩，实际灌溉面积为10万亩。该水库于1959年建成，集水面积124.14km2。另有小（一）型水库9座；小（二）型水库2座，兴利库容1494万m3，塘坝387多个，蓄水容量1308万m3.为使山丘区水源得到可靠保证，利用红山窑枢纽工程的抽水站，提引长江水源抬高滁河、八百河水位，在金牛山水库库下建翻水站向库区上游输水。1974年在主坝下游建补库抽水站一座，装机三台共1110千瓦，抽水流量4m3/s；1983年增建补库抽水站一座，6台套共780瓦，抽水流量3m3/s。1987年在大坝西端的癞牛山建补库输水隧洞一座，孔径为2×2.48m，长290m，设计过水流量6m3/s。再通过尖山站，唐公二级站和凡集、月塘、长兴等沿库电灌站，灌溉库上9.4万亩山丘耕地，占该灌区农田的76.8%。库下游的长山，八百乡的4.6万亩农田，由长山乡高山站和八百乡的塔山站直接提取八百河水库水灌溉（70年代先后兴建高山电灌站装机容量1.0m3/s，塔山站2.25m3/s），形成全灌区的灌溉体系。1.7.4农作物种植面积：本灌区农作物为夏秋两熟制。根据六合区统计局的资料，全灌区粮、棉、油播种面积为27.37万亩，复种指数为1.95，其中：夏粮以小麦为主，秋粮以水稻（中稻）为主，参见表1。表1各类农作物播种面积统计表单位：万亩乡镇夏粮秋粮油料蔬菜及菜用瓜合计小麦其他合计小麦其他花生、芝麻、油菜等冶山镇1.010.850.163.432.660.771.943.05八百桥2.220.26.415.620.793.385.97合计3.212.850.369.848.281.565.329.024第二章、水文分析及各水量计算过程2.1灌区雨量水文分析计算2.1.1推求灌区P=75%的设计雨量：对灌区的雨量进行频率计算，并将雨量分为年雨量和汛期雨量（5-9），分别绘制年雨量和汛期雨量（5-6）的P—Ⅲ型频率曲线，求出两者指定频率的设计值。由于手工配线精度较低所以采用配线软件进行配线，均值X增大则曲线向上移动，Cv增大曲线变陡，Cs增大曲线上部变陡，中部变凹，底部变缓。最终配线参数为：（1）年雨量的Xcp=948.46，Cv=0.32，Cs=0.92，Cs/Cv=2.875；（2）汛期雨量的Xcp=615.67，Cv=0.38，Cs=0.98，Cs/Cv=2.589。从而可得金牛山灌区P=75%的设计年雨量为701mm，P=75%时的设计汛期雨量为418mm;P=95%的设计年雨量为540mm，P=75%时的设计汛期雨量为305.9mm。计算成果见附表1金牛山水库雨量站年雨量及汛期雨量经验频率计算表附图1金牛山水库年雨量频率曲线（1960—2005）附图2金牛山水库汛期雨量频率曲线（1960—2005）2.1.2推求灌区P=75%设计雨量的年内分配：首先确定代表年，再将代表年的月份雨量按同频率放大法进行放大，最后得到的就是灌区P=75%以及P=95%设计雨量的年内分配。从灌区的有关资料可以得到该灌区的水利年度为10月1日到次年的9月30日，然后按水利年度将1990—2005年的降雨资料进行划分，可以求得各水利年度的年雨量及其汛期雨量（5--9），再将所得的数据跟设计雨量比较，两者数据都是最接近的对应的水利年度即为代表年。最后得到的1991.10—1992.9水利年度的年雨量为732.7mm，汛期雨量为442.5，两者跟设计年雨量与汛期雨量都是最接近的，故选择1991.10—1992.9水利年度作为该灌区的设计代表年；P=95%最后得到的1994.10-1995.9水利年度的年雨量为607.3mm，汛期雨量为321.9mm，两者跟设计年雨量与汛期雨量都是最接近的，故选择1994.10—1995.9水利年度作为该灌区P=95%的设计代表年。5年内分配选用同频率放大法对代表年进行放大，其中汛期雨量的放大倍比1PKP设汛代汛；剩余雨量的放大倍比2PKPP设汛设年代年代汛-P计算成果见附表2金牛山水库由设计年雨量及其汛期雨量确定水利年度计算表表2--3金牛山水库P=75%及P=95%设计雨量及其年内分配计算表2.2中等干旱年灌区各水量计算2.2.1水源设计月来水量计算设计月来水量由下式（1-1）计算：0.1PWPF集（1-1）式中PW——设计月来水量（万m3）；P——设计月降雨量（mm）F集——集水面积（km2）；α——径流系数（来水频率P=75%的径流系数为0.223）；0.1——单位换算系数统计计算成果见附表3-1、3-2、3-3。2.2.2生态用水量计算：生态环境用水是指为维持生态和生态建设所需要的最小需水量。主要包括绿地生态需水量、道路浇洒需水量、河道、水库生态环境需水量，水库生态环境需水量主要是指水库和塘坝的蒸发和渗漏水量。（1）、金牛山水库的月蒸发量按下式（1-2）计算：0.1JEeWFh库（1-2）其中：JEW——月蒸发量（万m3）；F库——水库库面面积（km2）；eh——月蒸发深度（mm）：0.1——单位换算系数。注：本次计算由于条件限制，只能进行估算，即金牛山水库的库面面积直接用月初的库容所对应的水面面积，而水库库容面积关系图见附图36（2）、小型水库或塘坝的月蒸发量按下式（1-3）计算：EJEWW(1-3)其中：EW——小型水库或塘坝的月蒸发量（万m3）；——比列系数；JEW——金牛山水库的月蒸发量（万m3）。运用上式计算是由于小型水库及其塘坝缺乏相应的水位、面积、库容等资料，故采用上式进行估算，比例系数=塘坝或小型水库的兴利库容金牛山水库的兴利库容；比例系数计算结果见下表6-3、6-4。注：当水库或塘坝月初蓄水量为零，且来水量不足以满足灌溉水量时，认为此时的来水量迅速被用来灌溉，当月的蒸发量为零。（3）、各水库或塘坝渗漏水量按下式（1-4）计算：SXWW（1-4）其中：SW——各水库或塘坝渗漏水量（万m3）；XW——各水库或塘坝月平均蓄水量（万m3）；——渗漏系数经查询相关资料可得金牛山灌区的水文地质条件为优良，故其灌区的所有水库及其塘坝的月渗漏量当于月水库蓄水量的（