水力学――经典题目分析

题一年调节水库兴利调节计算要求：根据已给资料推求兴利库容和正常蓄水位。资料：(1)设计代表年(P=75%)径流年内分配、综合用水过程及蒸发损失月分配列于下表1，渗漏损失以相应月库容的1%计。(2)水库面积曲线和库容曲线如下表2。(3)V死=300万m3。表1水库来、用水及蒸发资料(P=75%)表2水库特性曲线解：（1）在不考虑损失时，计算各时段的蓄水量由上表可知为二次运用，)(646031mV万，)(188032mV万，)(117933mV万，)(351234mV万，由逆时序法推出)(42133342mVVVV万兴。采用早蓄方案，水库月末蓄水量分别为：32748m、34213m、、34213m、33409m、32333m、32533m、32704m、33512m、31960m、3714m、034213m经检验弃水量=余水-缺水，符合题意，水库蓄水量=水库月末蓄水量+死V，见统计表。（2）在考虑水量损失时，用列表法进行调节计算：121()2VVV，即各时段初、末蓄水量平均值，121()2AAA，即各时段初、末水面积平均值。查表2水库特性曲线，由V查出A填写于表格，蒸发损失标准等于表一中的蒸发量。蒸发损失水量：蒸W=蒸发标准月平均水面面积1000渗漏损失以相应月库容的1%，渗漏损失水量=月平均蓄水量渗漏标准损失水量总和=蒸发损失水量+渗漏损失水量考虑水库水量损失后的用水量：损用WWM多余水量与不足水量，当MW来为正和为负时分别填入。（3）求水库的年调节库容，根据不足水量和多余水量可以看出为两次运用且推算出兴利库容)(44623342mVVVV万兴，)(476230044623mV万总。（4）求各时段水库蓄水以及弃水，其计算方法与不计损失方法相同。（5）校核：由于表内数字较多，多次运算容易出错，应检查结果是否正确。水库经过充蓄和泄放，到6月末水库兴利库容应放空，即放到死库容330m万。V到最后为300，满足条件。另外还需水量平衡方程0弃损用来，进行校核010854431257914862，说明计算无误。(6)计算正常蓄水位，就是总库容所对应的高程。表2水库特性曲线，即图1-1,1-2。得到Z～F，Z～V关系。得到水位865.10m，即为正常蓄水位。表1-3计入损失的年调节计算表见下页。图1-2水库Z-V关系曲线图1-1水库Z-F关系曲线表1-3计入损失的年调节计算表月来水)(3mW万来用水)(3mW万来用来WW水库水量V)(3m万月平均蓄水量V)(3m万月平均水面面积F)(3m万水库水量损失考虑损失后的用水量蒸损WW来W)(3m万MW来水库蓄水量V弃水量)(3mW万弃余水)(3m万缺水)(3m万蒸发渗漏总损失蒸损WW来W)(3m万多余水量)(3m万不足水量)(3m万标准)(mm)(3mW万蒸标准(%))(3mW万来739881240274830481674.0095757.13以当月水库蓄水量的1%计16.7423.871263.8727243024849942000299445133780.502007915.8037.8153.612053.61294047621203999754345445134513.002447317.8145.1362.94605.9439147623911047421026445134513.00244327.8145.1352.94262.94211476221111181985-80437094111.00220153.3041.1144.411029.41-8483914121701246-107626333171.00165101.6531.7133.361279.36-11092804141021020028332733.0014091.2627.3328.59238.591712976238121017130042918.50150111.6529.1930.84240.8414031163127346580838123408.00180244.3234.0838.40503.40770388544281980-155222603036.00155497.6030.3637.962017.96-1590229554041650-124610141637.0095656.1816.3722.551672.55-12691027611261840-714300657.0080705.606.5712.171852.17-726300合计14826125797639-53925124437348-55421805题二水库调洪演算要求:(1)推求拦洪库容；(2)最大泄流量qm及相应时刻；(3)水库最高蓄水位；(4)绘制来水与下泄流量过程线资料：开敞式溢洪道设计洪水过程线如下表1，水库特征曲线如表2，堰顶高程140m，相应容305×104m3，顶宽10m，流量系数m=1.6，汛期水电站水轮机过水流量QT=5m3/s，计算时段△t采用1h或0.5h。表1洪水过程线(P=1%)时间t/h01234567流量/(m3/s)5.030.355.537.525.215.06.75.0表2水库特性曲线库水位H/m140140.5141141.5142142.5143库容/(104m3)305325350375400425455解:根据已知条件计算并绘制q=f（V）关系曲线由321BHMq益，6.11M，mB10，根据不同库水位计算H与q，再由表2水库特性曲线得相应V并将结果列于下表，绘制q=f（V）关系曲线如2-2图。曲线计算表中第一行为堰顶高程m140以上的不同库水位；第二行堰顶水头H，等于库水位Z减去堰顶高程；第三行溢洪道下泄流量由321BHMq益，求得第四行为发电量为sm/53；第五行为总的下泄流量；第六行为相应的库水位Z的库容V，由表2水库特性曲线查得，即图2-1。图2-1水库Z-V关系曲线表2-3某水库q=f（V）关系曲线计算表库水位)(mZ140140.5141141.5142142.5143溢洪道堰顶水头)(mH00.511.522.53溢洪道泄量)/(3smq溢0.005.6616.0029.3945.2563.2583.14发电洞泄量)/(3smq泄5555555总泄流量)/(3smq5112134506888库容)(3mV万305325350375400425455（2）确定调洪起始条件。由于本水库溢洪道无闸门控制因此起调水位亦即防洪限制水位取为与堰顶高程齐平，即m140。相应库容为3410305m，初始下泄流量为发电流量sm/53。（3）计算时段平均入库流量和时段入库水量。将洪水过程线划分计算时段，初选计算时段sht36001填入第一列，表中第二列为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算时段平均入流量和时段入库水量，分别填入三四列。例如第一时段平均入库流量)/(65.1723.3052321smQQ，入库水量为：)(354.665.1736002321mtQQ万（4）逐时段试算求泄流过程q～t。因时段末出库流量q2与该时段内蓄水量变化有关，例如，第一时段开始，水库水位mZ1401，0H，smq/531，31305mV万。已知smQsmQ/3.30,/53231，假设smq/05.632，则)(989.1525.536002321mtqq万，第一时段蓄水量变化值)(365.42232121mtqqQQV万，时段末水库蓄水量图2-2某水库q=f（V）关系曲线3213054.365309.365(m)VVV万，查V=f（Z）曲线得mZ13.1402，查上图q=f（V）关系曲线，得smq/05.632，与原假设相符。如果不等需要重新假设，直到二者相等。以第一时段末2V，2q作为第二时段初1V,，1q，重复类似试算过程。如此连续试算下去，即可得到以时段为1h作为间隔的泄流过程q～t。由V查图2-1V=f（Z）关系分别将试算填入表2-5中。第0～1h试算过程见表2-4。表2-4（第0～1h）试算过程（5）根据表2-5中（1）、（5）栏可绘制下泄流量过程线；第（1）、（9）栏可绘制水库蓄水过程线；第（1）、（10）栏可绘制水库调洪后的水库水位过程。(6)绘制Q～t，q～t曲线，推求最大下泄流量maxq按初步计算时段ht1，以表2-5中第（1）、（2）、（5）栏相应数值，绘制Q～t，q～t曲线，如图2-6。由图可知，以ht1，求得的smqm/06.173未落在Q～t曲线上（见图虚线表示的q～t段），也就是说在Q～t与q～t两曲线得交点并不是mq值。说明计算时段t在五时段取得太长。将计算时段t在h4与h5之间减小为h4.0与h2.0，重新进行试算。则得如表2-5中的第（6）栏相应ht4.4、h6.4、h8.4的泄流过程。以此最终成果重新绘图，即为图2-6以实线表示的q～t过程。最大下泄流量mq发生在ht8.4时刻，正好是q～t曲线与Q～t曲线得交点即为所求。时间)(ht)/(3smQ)(mZ)(3mV万)/(3smQ)/(3smQ)/(3smq)(3mV万)/(32smq051403051017.655.5254.365130.3140.16309.3656.056.05表2-5水库调洪计算表时间)(ht入库洪水流量)/(3smQ时段平均入库流量)/(3smQ时段入库水量tQ)(3m万下泄流量)/(3smq时段平均下泄流量)/(3smq时段下泄水量tq)(3m万时段内水库存水量变化V)(3m万水库存水量V)(3m万水库水位)(mZ（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）05.017.656.45.005.532.04.4305140130.36.05309140.16255.542.9015.49.657.852.812.6322140.41337.546.5016.714.1411.904.312.5334140.66425.231.3511.316.5315.345.55.8340140.7774.421.023.103.316.9316.732.40.9341140.79534.619.020.001.417.0016.971.20.2341140.79974.817.018.001.317.0617.031.20.1341140.8011515.016.001.217.02(17.06)17.041.2-0.1341140.799666.710.853.916.1016.566.0-2.1339140.758675.05.852.114.7015.405.5-3.4336140.6900（7）推求设计调洪库容设V和设计洪水位设Z。利用表2-5中的第（9）栏各时段末的库容值V，由库容曲线上即可查得各时段末的相应水位Z，即表中第（10）栏。)/(06.173maxsmq的库容为341.341m万减去堰顶高程以下库容3305m万，即：341.36mV万设，而相应于341.36m万的库水位，即为mZ80.140设。图2-6水库设计洪水过程线与下泄流量过程线题三小型水电站的水能计算11-15.某以发电为主的年调节水电站，某设计枯水年各月来水如表11-10所示，该水库的兴利库容为)/(1003sm，供水期上游平均水位m40，下游平均水位m20，7A，处理倍数0.3C。每月按30.4d计算。(1).推求水库供水期和蓄水期的调节流量（不计损失）。(2).改水电站保证出力是多少?(3).水电站的装机容量是多少（100kW的倍数）?(4).3月份发电量是多少?表11-10设计枯水年河流各月平均来水流量表月份678910111212345流量/)/(3sm708080201055555510解：(1)保证出力计算采用设计代表年法计算保证出力，即对设计枯水年进行水能计算（