1、水文水利计算课程设计说明书姓 名： 班 级： 学 号： 学 院： 水利与环境学院 指导老师： 2012 年 6 月水文水力计算课程设计1 2一、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 2260 ，发源于浙江省安吉县天目山，2km干流全
2、长 150 ，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km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 19611963 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 328 。流域内气候温和、湿润、多年2km平均雨量丰站为 1450 ，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘m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
3、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 200 以上，故库区渗漏问题可以不考虑。m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
4、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2 2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 19
5、62 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 (m/s) 典型年 典型年径流量 （m/s) 缩放倍比枯水年 85% 5.56
6、 1973 5.35 1.039平水年 50% 7.50 1957 7.11 1.055丰水年 15% 10.37 1967 9.95 1.042表 2 潜渔站设计年径流过程（单位：m/s）设计枯水年 设计平水年 设计丰水年月份典型年 Q 设计年 Q 典型年 Q 设计年 Q 典型年 Q 设计年 Q3 14.00 14.55 6.47 6.82 11.10 11.574 18.60 19.33 6.93 7.31 12.80 13.345 19.50 20.27 20.80 21.94 23.00 23.976 1.31 1.36 8.24 8.69 27.60 28.777 5.21 5.41
7、 21.80 23.00 3.97 4.148 0.06 0.06 5.50 5.80 1.24 1.299 0.04 0.04 4.32 4.56 23.20 24.1810 0.41 0.43 2.81 2.96 7.65 7.9711 1.70 1.77 1.42 1.50 1.36 1.4212 0.75 0.78 3.60 3.80 0.44 0.461 0.70 0.73 1.10 1.16 0.84 0.882 1.88 1.95 2.33 2.46 6.11 6.37合计 64.16 66.68 85.32 90.00 119.31 124.35根据调查 1922 年 9 月
8、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 1350 。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 1160 3/ms的洪水发生。3/水文水力计算课程设计3 23、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) 48 50 52 55 60容积(10 6m3) 0 0.1 0.6 2.3 8水位(m) 65 70 75 80 81容积(10 6m3) 18 35.7 60.3 94.4 102.8水位(m) 82 83 84
9、 85 86容积(10 6m3) 111.3 120 129 138.6 148.3水位(m) 87 88 89 90 91容积(10 6m3) 158.8 170 181.5 194.5 2075、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） 46.0 46.2 46.4 46.6 46.8 47.0 47.2流量（ m/s） 0 1.0 3.6 7.3 11.9 16.2 20.5三、计算及分析1、选择水库死水位（1）泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程（按百年运用估计）水库使用 T 年后的淤积总容积 ：V沙 ， 总(1)T沙 ， 总 沙 ， 年年淤积量：(2)1
10、(W0Pm沙 ， 年式中， 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；T为多年平均年淤沙容积(m/年)； 为多年平均含沙量(kg/年)； 为多年平均V沙 、 年 0 0W年径流量(m)；m 为库中泥沙沉积率(%)；P 为淤积体的孔隙率； 为泥沙颗粒的干容重(kg/m)。根据实测泥沙资料得多年平均含沙量 ，泥沙干容重 ，30.27kg/m 31650kg/m泥沙沉积率 m90，孔隙率 p0.3，推移质与悬移质淤积量之比值 ，用 P=50%的设计年的流量资料求得多年平均径流量 6307.5362405.10W水文水力计算课程设计4 2由公式（2）求得 ,取水库使用年限为 100
11、 年3V=5021.m沙 、 年 363.25015.021m沙 、 总查水位容积曲线(见表 3)对应的水位为 ，加上安全超高即得水库死水位，789。Z57.3892.死 （2）水轮机的情况确定水库的最低死水位；由下游流量关系曲线可知下游最低水位为46m，适应最小水头为 16m。m6214死（3）综合前几种情况得Z 死 =62m2、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 净AQHN上式中，A 为出力系数，取
12、 A=7.5， 为调节流量， ，水头损失 取 净 H0.5m。 。 HZ下上假设正常蓄水位 79.9m 查水位容积曲线得库容为 ，查水位库容曲线639.7180m。所以兴利库容36m102死V 3636.012.8-793V）（死正 常兴 )/(1451078. 36 月兴 s在枯水年供水期为 6 月到次年 2 月共 9 个月 ，相应的调节流量为)/(0.1.3. 3d smTQp兴供用样，蓄水期为 3 到 5 月，相应的调节流量为)/(53.78.4- sVf 兴蓄故枯水年水能计算表如下表 5 所示：水文水力计算课程设计5 2月份t(月份)设计年Q(m3/s)水电站引用流量Q(m3/s)水库
13、蓄水流量Qv(m3/s)水库蓄水量V(106m3/s)弃水流量Qs(m3/s)时段初末水库存水量V(106m3/s)时段平均存水量(106m3/s)上游平均水位(m)下游水位(m)平均水头(m)出力(kw)3 14.56 7.53 7.03 18.8 11.0 20.4 66 46.6 18.9 1067 4 19.34 7.53 11.81 30.6 0.78 29.8 45.1 72.02 46.6 24.9 1407 5 20.28 7.53 12.75 34.1 3.54 60.4 77.5 77.5 46.6 30.4 1717 6 1.36 4.4 -3.04 -7.9 94.6
14、90.7 79.4 46.4 32.5 1073 7 1.42 4.4 -2.98 -8.0 86.7 82.7 78.3 46.4 31.4 1036 8 0.06 4.4 -4.34 -11.6 78.7 72.9 76.9 46.4 30 990 9 0.04 4.4 -4.36 -11.3 67.1 61.5 75 46.4 28.1 927 10 0.43 4.4 -3.97 -10.6 55.8 50.5 72.9 46.4 26 858 11 1.77 4.4 -2.63 -6.8 45.2 41.8 71.2 46.4 24.3 802 12 0.78 4.4 -3.62 -9
15、.7 38.4 33.5 69 46.4 22.1 729 1 0.73 4.4 -3.67 -9.8 28.7 23.7 66.2 46.4 19.3 637 2 1.96 4.4 -2.44 -5.9 18.8 9.4 63.5 46.4 16.6 548 则苦水年的平均出力 ,所以正常蓄水位为 79.9m。kwN806.923、保证出力、多年平均发电量和装机容量的计算3.1 丰、中、枯三个代表年水能计算对枯水年的水能计算前面已经算出 平水年水能计算： 在平水年供水期为 7 月到次年 2 月共 8 个月 ，相应的调节流量为)/(10.75.319. 3d smTVQp兴供用样，蓄水期为 3
16、 到 6 月，相应的调节流量为 )/(3.48.- sf 兴蓄故平水年水能计算表如下表 6 所示：表 6 设计平水年水能计算表月份设计年Q(m3/s)水电站引用流量Q(m3/s)水库蓄水流量Qv(m3/s)水库蓄水量V(106m3/s)弃水流量Qs(m3/s)时段初末水库存水量V(106m3/s)时段平均存水量(106m3/s)上游平均水位(m)下游水位(m)平均水头(m)出力(w)3 6.8 3.3 3.5 9.4 11.0 15.7 64 46.4 17.1 423 水文水力计算课程设计6 24 7.3 3.3 4.0 10.4 20.4 25.6 67.5 46.4 20.6 510 5
17、 21.9 3.3 18.6 49.9 30.8 62.4 75.8 46.4 28.9 715 6 8.7 3.3 5.4 14.0 94.0 101.0 80.7 46.4 33.8 837 7 3.0 7.1 -4.2 -11.1 2.2 108.0 102.4 81 46.6 33.9 1250 8 5.8 7.1 -1.3 -3.5 2.1 96.9 95.1 80.2 46.6 33.1 1250 9 4.6 7.1 -2.5 -6.6 2.0 93.4 90.1 79.5 46.6 32.4 1250 10 3.0 7.1 -4.1 -11.1 1.7 86.8 81.2 78.
18、2 46.6 31.1 1250 11 1.5 7.1 -5.6 -14.5 1.3 75.7 68.4 75.8 46.6 28.7 1250 12 3.8 7.1 -3.3 -8.8 0.9 61.2 56.8 73.9 46.6 26.8 1250 1 1.2 7.1 -5.9 -15.9 0.4 52.3 44.4 71.8 46.6 24.7 1250 2 2.5 7.1 -4.6 -11.2 36.4 23.7 67.2 46.6 20.1 1070 丰水年的水能计算：在丰水年供水期为 7 月到次年 2 月共 8 个月 ，相应的调节流量为)/(19.75.394. 3d smTVQ
19、p兴供用样，蓄水期为 3 到 6 月，相应的调节流量为 )/(5.48.71.- 3sf 兴蓄故设计丰水年水能计算表如下表 7 所示：表 7 设计丰水年水能计算表月份 设计年Q水电站引用流量水库蓄水流量Qv水库蓄水量V弃水流量时段初末水库存水量V时段平均存水量上游平均水位下游水位平均水头 出力3 11.58 11.51 0.07 0.2 0.2 11.0 11.1 62.1 46.8 14.8 1250 4 13.35 11.51 1.84 4.8 0.8 11.2 13.6 62.9 46.8 15.6 1250 5 23.99 11.51 12.48 33.4 5.3 16.0 55.0
20、74.1 46.8 26.8 1250 6 28.79 11.51 17.28 44.8 6.8 94.0 116.4 82.7 46.8 35.4 1250 7 4.14 7.19 -3.05 -8.2 2.8 138.8 134.7 84.8 46.6 37.7 1250 8 1.29 7.19 -5.90 -15.8 2.6 130.6 122.7 83.4 46.6 36.3 1250 9 3.4 7.19 -3.79 -9.8 2.4 114.8 109.9 81.9 46.6 34.8 1250 10 7.98 7.19 0.79 2.1 2.4 105.0 106.1 81.7
21、46.6 34.6 1250 11 1.42 7.19 -5.77 -15.0 2.2 107.1 99.6 80.4 46.6 33.3 1250 12 0.46 7.19 -6.73 -18.0 1.9 92.2 83.1 78.4 46.6 31.3 1250 1 0.88 7.19 -6.31 -16.9 1.2 74.1 65.7 74.9 46.6 27.8 1250 2 6.37 7.19 -0.82 -2.0 57.2 34.1 69.8 46.6 22.7 1224 3.2 装机容量和多年平均发电量的计算水文水力计算课程设计7 201000200030004000500060
22、002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000h年 (h)N装(kw)图 1 装机容量与装机年平均利用小时数曲线0100020003000400050006000200 400 600 800 1000 1200 1400 1600E(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 ，内插得装机容量为 多年平均h340装 kN2.37装发电量为 kwE万年 .144、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%
23、、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19571972 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8 201020304050607080901000 10 20 30 40 50 6024h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 + 9.0641010
24、20304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90三 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统计表年 洪峰 mQ(m3/s)24 小时洪量 W（10 6m3）三 W(106m3)七天洪量 W(106m3)1954 702 27.94 58.40 67.271955 284 8.17 13.30 22.321956 748 29.80 36.00 44.951957 402 22.80 37.19 52.461958 200 8.72
25、15.85 22.15水文水力计算课程设计9 21959 237 11.13 19.80 32.901960 478 15.70 20.80 33.201961 659 52.50 79.10 88.201962 585 43.70 49.20 53.101963 1160 55.60 86.60 95.901964 409 14.32 31.70 40.701965 510 15.62 24.40 27.001966 232 9.50 14.00 25.401967 244 11.82 19.00 28.001968 167 9.90 18.40 35.501969 387 20.90 32
26、.80 48.401970 305 17.20 31.90 35.601971 500 23.40 31.80 35.301972 108 5.34 10.20 12.231973 484 19.87 42.85 51.771974 287 16.16 39.05 47.991975 166 11.58 22.05 31.041976 119 8.29 19.95 28.951977 238 7.61 20.45 29.45对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，其中洪峰 1922 年 9 月 1 日有个特大值1350m3/s，因此要进行特大值处理，利用统一处理法进行频率计算，同过计算机软件绘制出 P曲线 后即可得各设计频率的洪峰和洪量值。对洪峰和各时段进行的频率计算成果表分别如表 9、表 10、表 11、表 12 所示，绘制出的 P曲线分别如图 5、图 6、图7、图 8 所示。表 9 洪峰频率计算表洪峰 )/(3smQN 排序 频率 P(%)1350 56 1 0.02 1160 56 2 0.04 748 24 2 0.08702 24 3 0.12659 24 4 0.16585 24 5 0.2510 24 6 0.24500 24 7 0.28484 24 8 0.32478 24 9 0.36
