某水库水文课程设计

水文课程设计

一、 基本资料

四丁水库所在河流没有水文站，属缺乏实测水文资料地区。查《广东省水文图集》知：本地多年平均年径流深y=1400mm；多年平均年径流深变差系数。 CV=0.35。规划水平年为十年一遇设计枯水年（设计频率P=90﹪）

对本地气象资料分析，接近十年一遇枯水年的降雨年内分配百分比见表1-1

表1-1本地区设计枯水年降雨月分配表 月份 1 2 3 4 5 6 7 降雨月分配（%） 2.0 3.0 4.7 8.0 18.4 20.4 13.6 月份 8 9 10 11 12 全年 降雨月分配（%） 14.7 8.7 3.1 1.6 1.8 100 1、 集水区域下垫面情况

集水区内主要是低山和丘陵山地；土壤为砂质粘土和粉土，渗透性中等；植

物覆盖率较好，为针叶林和灌木。

2．、工程设计标准

四丁水库初步规划属中型水库工程，坝型为碾压式土坝，根据国家技术监督局与建设部联合发布的防洪标准（GB50201-94）要求：

设计洪水（正常运用防洪标准）P=1%；校核洪水（非常运用防洪标准）P=0.1%。

3集水区域地理参数

根据1:25000地形图的量侧结果：流域面积F=42.3km2；河长L=16.8km；流域平均比降J=0.0202；流域平均高程Z=502m。

4、暴雨资料

本地区属无资料地区，查《广东省水文图集》得年最大1h、6h、24h、72h(3d)点暴雨统计参数（均值Ht、变差系数Cv）如表2-1所示： 表2-1本地区点暴雨统计参数 t(h) 1 62 0.37 6 120 0.43 24 190 0.48 72 290 0.48 项目 均值Ht（mm） 变差系数Cv 1

二、设计年径流及年内分配

（1）年径流偏态系数取Cs=2Cv，即Cs=0.7，查表得Kp90%=0.95 （2）设计年径流深计算：yp=KPy=0.59×1400=826mm

设计年径流总量计算：Wp=1000ypF=1000×826×42.3=3494（万m3） （3）设计年径流年内分配（即设计枯水年水库来量）按降雨月分配比百分比进行计算，以表1-2的形式列出结果：

表1-2设计年径流年内分配计算表 月份 降雨月分配% 水库来水量 69.88 104.8 164.2 279.5 642.9 712.8 475.2 513.6 304 108.3 55.9 62.89 3494 2.0 3.0 4.7 8.0 18.4 20.4 13.6 14.7 8.7 3.1 1.6 1.8 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计 第二章 由暴雨资料推求设计洪水计算

三、 设计暴雨计算

设计点暴雨与面暴雨的计算过程如下表：

表2-1： t(h) 项目 1 Ht Cv Ktp Htp 24 190 0.48 2.65 72 290 1-np(1?6) 、SP 6 120 0.43 2.44 62 0.37 2.19 135.8 0.928 0.48 P=1% 2.65 1-np(1?6)=㏒(H6p面/H1p面)/㏒6 P=1% P=1% P=1% P=1% =0.45 292.8 503.5 768.5 S=H面=126 tpP0.963 0.978 0.985 ?t Htp面 Htp面 281.97 492.42 756.97 2

四、 设计洪峰流量的推求

1、 产流参数

查附表4广东省分区产流参数表，东江中下游地区，集水面积F=42.3平方公里< 1000平方公里，平均后损率f=5.0毫米/小时； 2、汇流参数m的选定

本水库集水面积内主要属于低山和丘陵山地，?=L/J1/3=61.687<100，J=0.0202>0.01,可考虑作为山区类选用汇流参数。据此，按?=61.687查附图3汇流参数m~?关系曲线，初定m=1.32 3、设计洪峰流量Q的推求 （1）Qm~t关系曲线

（a）汇流历时?估计1~6小时时段范围内，1-np(1?6)=0.45，Sp=126.0毫米；假设五个时段?=1、1.5、2、2.5、3小时，计算流量Qm，计算过程如表3-1：

表3-1：

? Htp面 f f×? Htp面 Htp面/? Qm （小时） （毫米） （毫米/小时） （毫米） （毫米） （毫米/小时） （秒立方米） 1 1.5 2 2.5 3

126 151.2 172.1 190.3 206.6 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 121.0 143.7 162.1 177.8 191.6 121.0 95.814 81.061 71.121 63.858 1422.9 1126.7 953.22 836.34 750.93 （b）初定m=1.32，?=L/J1/3=61.687，假设四个洪峰流量Qm=500、800。、1000、1200（m3/s），应用公式?=0.278?/mQm计算相应的汇流历时?，列于表3-2：

表3-2 Qm（秒立方米）

3

500 2.75 800 2.44 1000 2.31 1200 2.21 ?（小时）

（c）Qm、?值的确定

由两条曲线的交点可求的Qm=855m3/s ，?=2.38h

经检查?值确在1—6小时时段范围内，估算的np(1?6)，Sp正确，不用重新计算 在图1中绘制两条Qm-?的的曲线：

图1

1600140012001000Qm(秒立方）800Qm-tQm-t600400200001122t(小时）334

五、 设计洪水过程线的绘制与摘录

1、 设计毛雨过程的计算

推理公式法只需要计算最大24小时设计毛雨过程，由附表3-1广东省分区最大24小时设计雨型（暴雨时程分配）表，查得东江中下游设计雨型，列于表4的第1、2行。

4

由表2-1 P=1%，H6p面=281.97毫米，H24p面=492.42毫米 H24p面-H6p面=210.45毫米

按24小时、6小时两段同频率暴雨长包短控制求设计毛雨过程

2、 设计净雨过程的计算

将各个时段的毛雨减去f×1=5.0，即得各时段净雨 其计算结果列于表4：

表4

时段 项目 1 2 3 4 5 2.3 6 7 8 9 10 11 12 占H6% 占（H24-H6）% 设计毛雨过程（毫米） 21.1 21.6 20.8 10.5 13.5 12.5 3.9 2.3 2.8 2.0 3.1 4.8 5.9 4.2 6.5 4.8 8.2 59.5 60.9 58.6 29.6 38.1 35.2 f×1（毫米） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 设计净雨过程（毫米） 0.0 0.9 0.0 1.5 0.0 3.2 54.5 55.9 53.6 24.6 33.1 30.2 时段 项目 13 14 15 16 17 18 19 7.1 20 21 22 23 4.4 24 3.3 6.9 5.0 1.9 占H6% 占（H24-H6）% 设计毛雨过程（毫米） 7.4 6.8 7.6 9.2 12.3 8.7 6.1 5.9 4.8 15.6 14.3 16.0 19.4 25.9 18.3 14.9 12.8 12.4 10.1 9.3 f×1（毫米） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 设计净雨过程（毫米） 10.6 9.3 11.0 14.4 20.9 13.3 9.9 7.8 7.4 5.1 4.3

3、分段净雨的计算

5

（1） 最大24小时内分段净雨

??时段毛雨H?P面=SP×?1?n(1?6)=126×2.380.45=186.1毫米

时段净雨h?=H?P面-f×1=186.1-5.0=181.1毫米

由表4可见，最大的第8时段净雨仅55.9毫米，比

?时段的净雨h?=181.1毫米少125.2毫

米；不足的净雨从相邻较大时段即第7时段净雨补足，但尚差70.7毫米，

继续从相邻较大时段即第9时段净雨补足，但仍差17.1毫米，继续从相邻较大时段即 第10时段补足；故

?时段的开始时间为6时段末；而末时段则为10.7时。

h?前=第1～6时段净雨总量为5.6毫米，h?后=257.5-70.7=186.8毫米 最大24小时净雨总量h24= h?前+h?+h?后=373.5毫米

（2）最大三天内分段净雨

由附表3-2广东省分区最大3天设计雨型（暴雨时段分配）表，查得东江中下游设计雨型，除最大24小时以外的其余二天各天的 总分配数第一天为73.5%，第三天为26.5%。

3天净雨总量h3天=H3p面-f3天×72=756.97-2.5×72=577.0毫米

除最大24小时以外的其余二天净雨总量h3天-h24=577.0-373.5=203.5毫米 第一天净雨总量h1=203.5×73.5%=149.6毫米 第三天净雨总量h3=203.5×26.5%=53.9毫米

4.主洪峰过程线的推求

Qm=855秒立米，

洪水过程线表所列?i/

?=2.38小时=2.4小时由附表6推理公式法（1988年修订）全省综合概化

im?及Q/Q，代入

?，Qm，计算得主洪峰过程线，并将?i加

?时段降雨

开始时刻31.0时，得出绘图的对应时刻，如表5：

表5 ?i/? 0 0 0 0 0.4 0.96 0.1 85.5 1.0 2.4 2.0 4.8 3.0 7.2 0.04 4.0 9.6 0 0 39.6 ?i(小时) Qi/Qm 1.0 0.11 855 Qi（秒立米） 94.05 34.2 34.8 37.2 相应时刻（时） 30 30.96 32.4 5、分段单元洪水过程线的推求

6

h?前、h?后及第一天和第三天净雨h1、h3形成的各分段单元洪水过程线均分别概化为三角形，及其洪水总量Wi=1000hiF，洪峰流量Qmi=

2Wi，底宽为（t+?）。（hi——

(t??)3600为各分段净雨，即h?前、h?后、h1、h3、Wi、Qmi——为各分段单元洪峰过程的洪量和洪峰流量；t为单元降雨历时；?为主洪峰汇流历时），其计算见表6：

表6 洪 峰 序 号 净雨起讫 时 间 时～时 1（第一天） 0～24 2（?前） 24～31 3（主洪峰） 31～32.4 4（?后） 32.4～48 5（第三天） 48～72 时t (小时) 24 149.6 6328080 7 5.6 236880 2.4 181.1 7660530 15.6 186.8 7901640 24 53.9 2279970 降雨历净雨量 26.4 133.2 0 24 26.4 9.4 14.0 24 30 32.4 9.6 855 30 31.4 39.6 18 243.9 32.4 34.8 50.4 26.4 48.0 48 50.4 74.4

第3章 兴利调节计算

7

1、基本资料

（1）、由于灌溉和发电没在用水要求方面没有矛盾，采用灌溉用水作为水库用水量。根据该地区灌溉试验成果，经过综合分析计算，p=90%设计年的灌溉用水量如下表所示：

表7 设计枯水年（p=90%）灌溉用水量成果表 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 用水量W用10 11 12 全年 92 121 352 446 588 134 107 219 182 302 179 78 2800 （万m^3） 水库水位Z与水库面积之间的关系见下表： 表8 四丁水库Z~F曲线表 Z(m) 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 F（万0 10 20 30 37 48 63 78 89 98 105 109 m^2） Z（m） 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 F（万119 124 131 144 156 176 189 208 229 253 280 310 m^2） （2）泥沙资料

设计使用年限T=100年；本地区无实测泥沙资料，经地区性分析计算得多年平均侵蚀模数

98 114 M蚀=140t/km^2每年；

1=0.8；

(1?p)r不设排水设备，取m=1；

（3）灌溉发电引用水管资料

根据初步计算，灌溉发电引水管外径D外=2.0m 管底超高为1.5m 管顶安全水深1.0m （4）、蒸发渗漏损失资料

（a）蒸发资料：本地区属于无资料地区，有关蒸发资料主要是通过查《广东省水文图集》得到。查广东省多年平均降雨等值线图得：x=2200mm； 广东省多年平均年径流等值线图得：y=1400mm；

广东省多年平均水面蒸发等值线图得：E测=1560mm； 水面蒸发器折算系数K=0.8。

8

根据县气象部门提供的资料分析，蒸发量多年平均年内分配系数如下表：

表9 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 蒸发月5.6 4.7 分配（%） 6.3 7.5 9.3 9.2 12 11.3 10.5 10.3 7.6 5.7 100 (b) 渗漏资料：

根据库区水文地质条件分析，该水库属于中等水文条件，渗漏损失按月平均蓄水量的1%计算。

2、 计算部分

1、 计算并绘制水库水位～容积曲线 表10：水库库容计算 水位Z（m) 面积F库(万m2) 水位差ΔZ（m） 容积ΔV（万m3) 1 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 图2 2 0 10 20 30 37 48 63 78 89 98 105 109 114 119 124 131 144 156 176 189 208 229 253 280 310 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 5 15 25 33.5 42.5 55.5 70.5 83.5 93.5 101.5 107 111.5 116.5 121.5 127.5 137.5 150 166 182.5 198.5 218.5 241 266.5 295 库容V（万m3) 5 0 5 20 45 78.5 121 176.5 247 330.5 424 525.5 632.5 744 860.5 982 1109.5 1247 1397 1563 1745.5 1944 2162.5 2403.5 2670 2965 9

120115110105水位Z（m)100Z-FZ-V9590858005001000150020002500面积F（万平方米）/库容V（万立方米）30003500

2、 死库容计算

3初步规划不设坝后式电站，死水位确定主要考虑淤积要求。 V淤=0.8mM蚀FT=0.8×1×140×42.3×100=47.376（万m) Z淤根据淤积库容V淤查水库水位～容积曲线得Z淤=89.8（m） Z死=89.8+1.5+2+1=94.3（m）

再根据水库水位～容积曲线查得:V死=357（万m)

33、 蒸发损失计算

（1） 陆面蒸发量： E=x-

y=2200-1400=800（mm）

（2） 水面蒸发量：

E水=KE测=0.8×1560=1248（mm） (3)水库的年蒸发损失量：

E水-E=1248-800=448（mm）

月份 蒸发月分配（%） 表11：四丁水库蒸发损失计算表 1 2 3 4 5 6 7 5.6 4.7 6.3 7.5 9.3 9.2 12 8 11.3 9 10.5 10 10.3 11 12 全年 7.6 5.7 100 蒸发损25.21.28.33.41.41.53.50.47.46.34.25.448 失（mm） 1 1 2 6 7 2 8 6 0 1 0 5 10

4、

兴利调节计算

（1）求不计损失时的兴利库容：

V兴=1418.5-694=724.5（万m）

（2）求时段末蓄水库容：

V= V兴+ V死=724.5+357=1081.5（万m）

33表12：四丁水库不计损失的年调节库容计算 W来- W用 来水量 用水量 ∑（W来- W用） 月末库容 （月末） 时间 W来 W用 V 3（万m） 月 3333（万m） （万m） （万m） （万m） + - 1087 750 1 69.88 92 22.1 1064 727 2 104.82 121 16.2 1048 711 3 164.22 352 187.8 861 524 4 279.52 446 166.5 694 357 5 642.9 588 54.9 55 412 6 712.8 134 578.8 634 991 7 8 9 10 11 12 475.2 107 368.2 1002 1297 1419 1225 1102 1087 1082 1082 1082 888 765 750 备注 C 3（万m） 弃水量 277 295 122 694 供水 蓄水 蓄满有弃水 供水 513.6 219 294.6 304 182 122 108.31 302 193.7 55.9 179 123.1 62.89 78 15.1 3494 2800 1418.5 724.5 合计 694 694 （3）计入损失的列表计算

V'兴=∑（W来-w'用）最大-C'=1347.6-548.1=799.5（万m3）

V=V'兴+ V死=799.5+357=1156.5（万m3）

11

表13：四丁水库计入损失的年调节库容计算 时间 来 水 量 W来月 （万用 水 量 W用 （万月 末 库 容 V （万） 平 均 库 容 平 均 库 水 面 面 蒸 发 量 E 损失水量（万m） 3W来- W’用 计入损失用水量 ∑ (W来 - W’用) 计入损失的月末库容V’ 弃水量c’ （万计入损失的月末库水位(m) V 蒸发 渗漏 共W用 m3） m3m3） （万积 (mm) 计 （万+ - （万3m3） F m3） m） （万m3） m3） Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 总计 69.9 105 164 280 643 713 475 514 304 108 55.9 62.9 3494 92 121 352 446 588 134 107 219 182 302 179 78 2800 750 727 711 524 357 412 991 1082 1082 1082 888 765 750 739 719 618 441 385 702 1037 1082 1082 985 827 758 102 131 361 454 596 146 124 236 199 318 191 88 32 26 977 945 919 786 754 728 531 357 404 971 98.4 98.1 97.9 96.1 94.3 94.8 99.9 114 25.1 2.9 7.4 10 113 21.1 2.4 7.2 10 108 28.2 3.1 6.2 9 98.8 33.6 3.3 4.4 8 93.9 41.7 3.9 3.8 8 112 41.2 4.6 7.0 12 127 53.8 6.8 10.4 17 130 50.6 6.6 10.8 17 130 47 6.1 10.8 17 197 722 174 47 567 351 277 105 0 47 614 965 1157 166 101.3 1243 1157 277 101.3 1348 1157 105 101.3 548 99.7 98.6 98.4 124 46.1 5.7 9.9 16 118 34 4.0 8.3 12 209 1138 947 135 1003 812 26 977 786 115 25.5 2.9 7.6 10 448 52.2 93.7 146 2946 1348 800 548 694

第4章 防洪调节计算

4.1、基本资料

1、根据第2 章设计洪水过程线摘录表： 表14： 时段 设计洪水P=1% 时段 设计洪水P=1% 0 0 13 125.1 1 154.2 14 109.4 2 504.6 15 93.8 3 855 16 78.2 4 759.7 17 5 664.4 18 6 569.1 19 7 473.8 20 8 378.5 21 48 9 283.2 22 46 10 187.9 23 44 11 156.4 24 42 12 140.7 25 40 62.5 46.9 39.3 43.6 12

2、溢洪道设计方案

初步规划时，溢洪道宽度B为30m和40m两个方案进行比较。为了减少工作量，现只对B=40m的方案进行计算，作为设计结果。

溢洪道采用无闸门控制的实用堰。经模型试验，流量系数m=0.35（M=m2g） 堰顶高程与正常蓄水位齐平。

调洪计算起调时，假设汛前水位与溢洪道堰顶高程一致。

4.2 计算部分

1、计算并绘制水库的q～V关系曲线 q=MBh3/2,B=40m,m=0.35,M= m2g=1.55

根据不同库水位计算h和q，再由图2查得相应的V，将计算结果列于表15中，并绘制q～V关系曲线，如图3。

表15： 水库q=f(V)关系曲线计算 水库水位Z（m) 101.3 102 102.5 103 103.5 104 104.5 105 105.5 106 总库容V 1157 1440 1500 1560 1660 1760 1830 1890 1980 2080 堰上水头h 0 0.7 1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7 4.2 4.7 下泄流量q 0 36.3 81.5 137.4 202.3 275.1 354.9 441.3 533.7 631.7 图3

下泄流量与蓄水量关系700600q(立方米每秒)5004003002001000050010001500V(万立方米）20002500

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图4

下泄流量与水位关系700600q（立米每秒）5004003002001000101102103104Z(m)105106107

单辅助曲线法

表16 四丁水库单辅助曲线计算 溢流堰顶 水库水库容V总 以上库容 V （万m） 3 v t3下泄流量 q 3 q 23 vq+ t23位Z（m） （万m） 3（m/s） （m/s） （m/s） （m/s） ① 101.3 102 102.5 103 103.5 104 104.5 105 105.5 106

② 1157 1440 1500 1560 1660 1760 1830 1890 1980 2080 ③ 0 283 343 403 503 603 673 733 823 923 ④ 0 786 953 1119 1397 1675 1869 2036 2286 2564 ⑤ 0 36.3 81.5 137.4 202.3 275.1 354.9 441.3 533.7 631.7 ⑥ 0 18 41 69 101 138 177 221 267 316 ⑦ 0 804 994 1188 1498 1813 2047 2257 2553 2880 14

图5

四丁水库调洪计算单辅助曲线700600500400q300200100001000200030004000

表17 四丁水库单辅助曲线法调洪计算（P=1%） 时 间 t 流 量 Q （m/s） 3平均流量 时段末的 时段末的下泄流量 时 段 t （1h） Q 3vq+ t23总库容 V总 库水位 q 3(h) ① 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 . . . （m/s） （m/s） （m/s） （万m） 3Z (m) ⑧ 101.3 105.3 ② 0 154.2 504.6 855 759.7 664.4 569.1 473.8 378.5 283.2 187.9 156.4 140.7 125.1 . . . ③ ④ 0 0 0～1 77 1～2 329 2～3 680 3～4 807 4～5 712 5～6 617 6～7 521 7～8 426 8～9 331 9～10 236 10～11 172 11～12 149 12～13 133 . . . . . . ⑤ 0 77 404 1070 1774 2119 2355 2412 2348 2215 2024 1854 1717 1600 . . . ⑥ 0 3 13 104 367 380 465 490 464 426 343 285 250 224 . . . ⑦ 1157 1935 15

求设计调洪库容及设计洪水位。根据qm=490m/s，查图3q=f(v)曲线，得最大库容V总=1935

（万m），已知起调库容V=1157（万m）（见⑦栏），则设计调洪库容V（万m），以qm=490m/s查图4，得设计洪水位Z

33设洪

333设洪

=1935-1157=778

=105.3m。

绘制水量平衡曲线图

水量平衡关系曲线90080070060050040030020010000246t(h)8101214Q-tq-t

第5章

四丁水库水利规划设计计算成果表 设计项目 死水位 死库容（m） 兴利规划 正常蓄水位（m） 兴利库容（万m3） 设计洪水位（m） 防洪规划 设计洪水 P=1% 设计成果 94.3 357 101.3 799.5 105.3 设计调洪库容（万m3） 778 最大下泄流量（m3/s） 490

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求设计调洪库容及设计洪水位。根据qm=490m/s，查图3q=f(v)曲线，得最大库容V总=1935

（万m），已知起调库容V=1157（万m）（见⑦栏），则设计调洪库容V（万m），以qm=490m/s查图4，得设计洪水位Z

33设洪

333设洪

=1935-1157=778

=105.3m。

绘制水量平衡曲线图

水量平衡关系曲线90080070060050040030020010000246t(h)8101214Q-tq-t

第5章

四丁水库水利规划设计计算成果表 设计项目 死水位 死库容（m） 兴利规划 正常蓄水位（m） 兴利库容（万m3） 设计洪水位（m） 防洪规划 设计洪水 P=1% 设计成果 94.3 357 101.3 799.5 105.3 设计调洪库容（万m3） 778 最大下泄流量（m3/s） 490

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