工程水文及水利计算课程设计水库防洪复核计算.docx
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工程水文及水利计算课程设计水库防洪复核计算
工程水文及水利计算
课
程
设
计
题目:
天福庙水库防洪复核计算
目录
1.设计任务..............................................................
2.流域自然地理概况,流域水文气象特征......................................
3.防洪标准选择............................................................
4.峰、量选样及历史洪水调查................................................
5.设计洪水计算............................................................
6.设计洪水调洪计算.........................................................
7.坝顶高程复核计算.........................................................
一、设计任务
天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村,大坝以上流域面积553.6km2,河长58.2km,河道比降10.6‰,总库容6367万m3,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。
天福庙水库于1974年冬开工建设,1978年建设成,已运行近30年。
1975年技术设计时,水文系列年限仅20年,系列太短,也缺乏大洪水的资料。
本次课程设计的任务,是在延长基本资料的基础上,按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核,其具体任务是:
1.选择水库防洪标准。
2.历史洪水调查分析及洪量插补。
3.设计洪水和校核洪水的计算。
4.调洪计算。
5.坝顶高程复核。
二、流域自然地理概况,流域水文气象特征
天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村,大坝以上流域面积553.6km2,河长58.2km,河道比降10.6‰,总库容6367万m2,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。
天福庙水库位置及水系见图KS1-1。
图KS1-1黄柏河流域及天福庙水库位置图
天福庙水库于1974年冬开工建设,1978年建设成,大坝为浆砌石双曲拱坝,坝前河底高程348m,坝高63.3m,电站总装机6040kw。
水库死水位378m,死库容714万m3,正常蓄水位409m,相应库容6032万m3。
设计洪水位(P=2%)409.28m,校核(P=0.2%)洪水位409.28m,坝顶高程410.3m,防浪墙顶高程411.3m。
库区吹程1000m。
水文气象资料
1.气象特征。
天福庙流域地处亚热带季风区,四季分明,夏季炎热多雨,冬季低温少雨,秋温高于春温,春雨多于秋雨,气温年内变化较大,无霜期长。
多年平均气温16.8℃,历年最高气温达40℃,最低气温-12℃,平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s,风向多为NE。
流域多年平均降水量1036.3mm,流域暴雨频繁,洪水多发,4-10月为汛期,汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右,尤其以7月最大,占全年的19.5%。
月降雨量最少是12月,仅占全年的1.3%。
2.水文测站。
黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站,1971年设立小溪塔水文站,1961年在东支设立分乡水文站。
天福庙水库建成后,先后开展了降雨、水位、泄流观测,有比较完整的运行资料。
分乡水文站是重要的参证站,控制流域面积1083.0km2。
3.分乡站历史洪水。
根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果,分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年,资料可靠,可直接采用。
经审定认为,分乡站1935年洪水1826年以来的第1位,重现期为176年,1984年洪水于1826年、1930年洪水相当,分别确定为1826年以来的地2-4位,1958年洪水为1826年以来的地5位。
分乡站历史洪水成果见表KS1-1。
表KS1-1分乡站历史洪水成果表
序号
年
洪峰流(m3/s)
1d洪量(×108m3)
3d洪量(×108m3)
重现期
备注
1
2
3
4
5
1935
1984
1826
1930
1958
4680
3739
2820
1.0738
1.2201
1.6664
1.9500
176
不能定量
不能定量
三、防洪标准选择
根据课本第七章的知识点进行防洪标准选择,如下表1、2、3所示。
表1水利水电枢纽工程的等级
工程
等级
水库
防洪
治涝
灌溉
供水
水电站
工程规模
总库容
(×108m3)
城镇及工矿企
业的重要性
保护农田
(万亩)
治涝面积
(万亩)
灌溉面积
(万亩)
城镇及工矿企
业的重要性
装机容量
(×104kW)
一
大
(1)型
>10
特别重要
>500
>200
>150
非常重要
>120
二
大
(2)型
10~0.1
重要
500~100
200~60
150~50
重要
120~30
三
中型
1.0~0.10
中等
100~30
60~15
50~5
中等
30~5
四
小
(1)型
0.10~0.01
一般
30~5
13~3
5~0.5
一般
5~1
五
小
(2)型
0.01~0.001
<5
<3
<0.5
<1
表2水工建筑物等级
工程
等级
永久性水工建筑物级别
临时性水工
建筑物级别
工程
等级
永久性水工建筑物级别
临时性水工
建筑物级别
主要建筑物
次要建筑物
主要建筑物
次要建筑物
1
1
3
4
4
4
4
5
2
2
3
4
5
5
5
3
3
4
5
表3水库工程水工建筑物的防洪标准
水工建筑
物级别
防洪标准〔重现期(年)〕
山区、丘陵区
平原区、滨海区
设计
校核
设计
校核
混凝土坝、浆砌石坝及
其他水工建筑物
土坝、堆石坝
一
1000~500
5000~2000
可能最大洪水(PMF)或10000~5000
300~100
2000~1000
二
500~300
2000~1000
5000~2000
100~50
1000~300
三
100~50
1000~500
2000~1000
50~20
300~100
四
50~30
500~200
1000~300
20~10
100~50
五
30~20
200~100
300~200
10
50~20
由分乡站历史洪水成果表,得到天福庙水库记录的最大洪量为4680m3/s,重现期为176年,以及库容量,根据《水库工程建筑物防洪标准》查得天福庙水库工程等级为三级,其防洪标准为:
设计T=50年,校核T=500年。
四、峰、量选样及历史洪水调查
1、天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算得出,洪峰按面积比指数的2/3次方换算,洪量按面积比的1次方换算。
2、天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。
3、分析分乡站历史洪水,并换算至天福庙水库坝址。
根据天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列建立峰量关系;根据比峰、量关系计算历史洪水的1d、3d洪量。
具体如下:
KS1-2天福庙水库洪峰、洪量系列
年份
洪峰Qm
(m3/s)
1d洪量W1
(×108m3)
3d洪量
(×108m3)
1958
1803
0.6237
0.9968
1959
131
0.0434
0.0664
1960
266
0.0921
0.138
1961
200
0.0664
0.1023
1962
640
0.1999
0.2924
1963
1036
0.3727
0.5725
1964
452
0.1314
0.2223
1965
519
0.1452
0.23
1966
189
0.0817
0.1253
1967
774
0.1876
0.2852
1968
838
0.2832
0.6594
1969
428
0.1514
0.2213
1970
598
0.2233
0.3103
1971
389
0.1681
0.2877
1972
64
0.0363
0.0797
1973
445
0.1457
0.2233
1974
240
0.0813
0.1589
1975
848
0.1483
0.248
1976
272
0.0931
0.138
1977
162
0.0915
0.1795
1978
299
0.1525
0.2812
1979
634
0.288
0.5393
1980
571
0.1725
0.2092
1981
126
0.0841
0.1241
1982
582
0.2127
0.3172
1983
437
0.2124
0.3223
1984
2389
0.5489
0.8518
1985
121
0.0613
0.1307
1986
218
0.0979
0.1924
1987
438
0.1677
0.2864
1988
222
0.1154
0.179
1989
592
0.2229
0.3189
1990
634
0.1209
0.179
1991
804
0.2334
0.3158
1992
851
0.2635
0.3288
1993
425
0.1195
0.1824
1994
167
0.1177
0.2131
1995
261
0.0985
0.186
1996
487
0.2341
0.4334
1997
544
0.1383
0.3186
1998
974
0.2262
0.4135
1999
170
0.0734
0.1686
2000
613
0.2113
0.3157
2001
471
0.1913
0.2986
洪峰、1d、3d洪量相关性分析结果
五、设计洪水计算
1.对天福庙水库坝址洪峰及1d洪量、3d洪量系列分别分别进行频率计算,推求出各设计频率的设计洪峰和1d、3d设计洪量。
(在几率格纸上绘制峰、量频率曲线)
2.洪峰和洪量成果的合理分析。
3.选择典型洪水过程线。
4.按同频率放大法计算设计洪水过程线,并按选择时段△t=1h绘制洪水过程线。
由于天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算得出,洪峰按面积比指数的2/3次方换算,洪量按面积比的1次方换算。
则
Q天福庙=(F天福庙/F分乡站)2/3Q分乡站W天福庙1d=(F天福庙/F分乡站)W分乡站1d
W天福庙3d=(F天福庙/F分乡站)W分乡站3d,计算天福庙库区1935、1984年洪峰和1d、3d洪量。
1935年Q天福庙=2992m3/s
1984年Q天福庙=2390m3/s,W天福庙1d=0.5489×108m3,W天福庙3d=0.8518×108m3
洪峰经验频率计算表
序号
年份
洪峰Qm
(m3/s)
PM(%)
Pm(%)
序号
年份
洪峰Qm
(m3/s)
PM(%)
Pm(%)
M
n
由大到小排序
M
n
由大到小排序
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Ⅰ
1935
2992
0.56
21
2001
471
46.67
Ⅱ
1984
2389
1.13
22
1964
452
48.89
Ⅲ
1826
2389
1.69
23
1973
445
51.11
Ⅳ
1930
2389
2.26
24
1987
438
53.33
Ⅴ
1958
1803
2.82
25
1983
437
55.56
1
1984
2389
已抽到上栏一起排位
26
1969
428
57.78
2
1958
1803
已抽到上栏一起排位
27
1993
425
60.00
3
1963
1036
6.67
28
1971
389
62.22
4
1998
974
8.89
29
1978
299
64.44
5
1992
851
11.11
30
1976
272
66.67
6
1975
848
13.33
31
1960
266
68.89
7
1968
838
15.56
32
1995
261
71.11
8
1991
804
17.78
33
1974
240
73.33
9
1967
774
20.00
34
1988
222
75.56
10
1962
640
22.22
35
1986
218
77.78
11
1979
634
24.44
36
1961
200
80.00
12
1990
634
26.67
37
1966
189
82.22
13
2000
613
28.89
38
1999
170
84.44
14
1970
598
31.11
39
1994
167
86.67
15
1989
592
33.33
40
1977
162
88.89
16
1982
582
35.56
41
1959
131
91.11
17
1980
571
37.78
42
1981
126
93.33
18
1997
544
40.00
43
1985
121
95.56
19
1965
519
42.22
44
1972
64
97.78
20
1996
487
44.44
绘制洪峰经验频率曲线如下图(第一次配线)
(第二次配线)
由公式计算理论频率曲线的统计参数
Q平均=1/nΣQi=627.84m3/s
Cv=0.71
Cs=3.58Cv=2.54,查附表1得φ2%=3.048,φ0.2%=5.77。
则P=2%的设计洪峰流量为Q=2%=Q平均(φ2%Cv+1)=627.84×(3.048×0.71+1)=1986.54m3/s。
P=0.2%的校核洪峰量为Q=0.2%=Q平均(φ0.2%Cv+1)=627.84×(5.77×0.71+1)=3199.91m3/s。
1d洪量经验频率计算表
序号
年份
1d洪量
(×108m3)
PM(%)
Pm(%)
序号
年份
1d洪量
(×108m3)
PM(%)
Pm(%)
M
n
M
n
1
1935
0.56
21
1978
0.1525
46.67
2
1984
0.5489
1.13
22
1969
0.1514
48.89
3
1826
0.5489
1.69
23
1975
0.1483
51.11
4
1930
0.5489
2.26
24
1973
0.1457
53.33
5
1958
0.6237
2.82
25
1965
0.1452
55.56
1
1958
0.6237
已抽到上栏一起排位
26
1997
0.1383
57.78
2
1984
0.5489
已抽到上栏一起排位
27
1964
0.1314
60.00
3
1963
0.3727
6.67
28
1990
0.1209
62.22
4
1979
0.288
8.89
29
1993
0.1195
64.44
5
1968
0.2832
11.11
30
1994
0.1177
66.67
6
1992
0.2635
13.33
31
1988
0.1154
68.89
7
1996
0.2341
15.56
32
1995
0.0985
71.11
8
1991
0.2334
17.78
33
1986
0.0979
73.33
9
1998
0.2262
20.00
34
1976
0.0931
75.56
10
1970
0.2233
22.22
35
1960
0.0921
77.78
11
1989
0.2229
24.44
36
1977
0.0915
80.00
12
1982
0.2127
26.67
37
1981
0.0841
82.22
13
1983
0.2124
28.89
38
1966
0.0817
84.44
14
2000
0.2113
31.11
39
1974
0.0813
86.67
15
1962
0.1999
33.33
40
1999
0.0734
88.89
16
2001
0.1913
35.56
41
1961
0.0664
91.11
17
1967
0.1876
37.78
42
1985
0.0613
93.33
18
1980
0.1725
40.00
43
1959
0.0434
95.56
19
1971
0.1681
42.22
44
1972
0.0363
97.78
20
1987
0.1677
44.44
1d洪量经验频率曲线(第一次配线)
(第二次配线)
W平均=1/nΣWi=0.19×108m3
Cv=0.61
Cs=3.15Cv=1.92,查附表1得φ2%=2.89,φ0.2%=5.14。
则P=2%的设计1d洪量为W=2%=W平均(φ2%Cv+1)=0.52×108m3
P=0.2%的校核1d洪量为W=0.2%=W平均(φ0.2%Cv+1)=0.79×108m3
3d洪量经验频率计算表
序号
年份
3d洪量
(×108m3)
PM(%)
Pm(%)
序号
年份
3d洪量
(×108m3)
PM(%)
Pm(%)
M
n
M
n
1
1935
0.56
21
1978
0.2812
46.67
2
1984
0.8518
0.56
22
1975
0.248
48.89
3
1826
0.8518
0.56
23
1965
0.23
51.11
4
1930
0.8518
0.56
24
1973
0.2233
53.33
5
1958
0.9968
0.56
25
1964
0.2223
55.56
1
1958
0.9968
已抽到上栏一起排位
26
1969
0.2213
57.78
2
1984
0.8518
已抽到上栏一起排位
27
1994
0.2131
60.00
3
1968
0.6594
6.67
28
1980
0.2092
62.22
4
1963
0.5725
8.89
29
1986
0.1924
64.44
5
1979
0.5393
11.11
30
1995
0.186
66.67
6
1996
0.4334
13.33
31
1993
0.1824
68.89
7
1998
0.4135
15.56
32
1977
0.1795
71.11
8
1992
0.3288
17.78
33
1988
0.179
73.33
9
1983
0.3223
20.00
34
1990
0.179
75.56
10
1989
0.3189
22.22
35
1999
0.1686
77.78
11
1997
0.3186
24.44
36
1974
0.1589
80.00
12
1982
0.3172
26.67
37
1960
0.138
82.22
13
1991
0.3158
28.89
38
1976
0.138
84.44
14
2000
0.3157
31.11
39
1985
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15
1970
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40
1966
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16
2001
0.2986
35.56
41
1981
0.1241
91.11
17
1962
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37.78
42
1961
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18
1971
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40.00
43
1972
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95.56
19
1987
0.2864
42.22
44
1959
0.0664
97.78
20
1967
0.2852
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