云南农业大学工程水文及水利计算课程设计 - 图文

工程水文及水利计

算课程设计

学校：云南农业大学 学院：水利学院 姓名：马勋闯

学号：2012312768 专业：土木工程 指导教师：王新华

完成日期：2014年12月14日

天福庙水库防洪复核计算

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553.6km，河

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长58.2km，河道比降10.6‰，总库容6357万m，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计算； 4、调洪计算； 5、坝顶高程复核。

2

二、流域概况

（一）流域自然地理及工程概况

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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553.6km，河

3

长58.2km，河道比降10.6‰，总库容6357万m，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。天福庙水库位置及其水系见图KS1-1.

天福庙水库于1974年冬天开工建设，1978年建成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底

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高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。水库死水位378m，死库容714万m，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409.8m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。 （二）流域水文气象资料 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，尤其以七月最大，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

2

资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积1083.0km。 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年洪水为1826年以来的第一位，重现期为176年，1984年洪水与1926年、1930年洪水相当，分别测定为1826年以来的2~4位，1958年洪水位1826年以来的第五位。分乡站历史洪水成果见表KS1-1 序号 年份 洪峰流量 1d洪量 3d洪量 重现期 （m3/s） （*10^8m3） （*10^8m3） 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

4、天福庙水库洪峰洪量系列见KS1-2

天福庙水库洪峰、洪量系列

年份 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 洪量Qm(m3/s) 1803 131 266 200 640 1036 452 519 189 774 838 428 598 389 64 445 240 848 272 162 299 634 571 126 582 437 2389 121 218 438 222 592 634 1d洪量W1 （*10^8m3） 0.6237 0.0434 0.0921 0.0664 0.1999 0.3727 0.1314 0.1452 0.0817 0.1876 0.2832 0.1514 0.2233 0.1681 0.0363 0.1457 0.0813 0.1483 0.0931 0.0915 0.1525 0.2880 0.1725 0.0841 0.2127 0.2124 0.5489 0.0613 0.0979 0.1677 0.1154 0.2229 0.1209 3d洪量W3 （*10^8m3） 0.9968 0.0664 0.1380 0.1023 0.2924 0.5725 0.2223 0.2300 0.1253 0.2852 0.6594 0.2213 0.3103 0.2877 0.0797 0.2233 0.1589 0.2480 0.1380 0.1795 0.2812 0.5393 0.2092 0.1241 0.3172 0.3223 0.8518 0.1307 0.1924 0.2864 0.1790 0.3189 0.1790 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 804 851 425 167 261 487 544 974 170 613 471 0.2334 0.2635 0.1195 0.1177 0.0985 0.2341 0.1383 0.2262 0.0734 0.2113 0.1913 0.3158 0.3288 0.1824 0.2131 0.1860 0.4334 0.3186 0.4135 0.1686 0.3157 0.2986

5、天福庙水库典型洪水过程线（1984年7月26~28日）见表KS1-3

典型洪水过程线（1984.7.26-28）

时段 流量 时段 流量 时段 流量 △t=1h （m3/s） △t=1h （m3/s） △t=1h （m3/s） 0 96.6 19 216.3 38 43.5 1 572 20 183.5 39 41.7 2 1085 21 156 40 40 3 1345 22 138 41 38.3 4 1568 23 121 42 36.6 5 1791 24 103.9 43 34.8 6 2090 25 108.4 44 33.1 7 2389 26 91.5 45 32.2 8 2138.7 27 83.5 46 31.3 9 1465.5 28 68.6 47 30.4 10 1005.1 29 53.3 48 29.5 11 768.8 30 40.9 49 28.7 12 494.3 31 51 50 27.8 13 584.9 32 61 51 27.2 14 421.2 33 54.8 52 26.6 15 358.7 34 48.5 53 26 16 344.8 35 46.3 54 35.4 17 313.7 36 45.2 55 24.8 18 232.5 37 44.2 56 24.2 时段 △t=1h 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 流量 （m3/s） 23.5 22.8 22.1 21.5 20.6 19.3 18.2 17.3 16.1 15.3 14.4 13.5 12.6 11.8 11 10.6 6、天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线 天福庙水库库容曲线根据库区1:2000地形图进行了复核计算，与《湖北省中型水库调度规程》刊布成果一致，见表KS1-4。左岸溢洪道堰顶高程398.0m，2孔，每孔净宽13.0m，为弧形闸门控制。坝顶溢洪道堰顶高程402.4m，4孔，每孔净宽8.0m，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为WES标准型剖面实用堰，流量计算公式为：

Q??Cmnb2gH

3/2

由该该式计算泄洪建筑物泄流曲线，见表KS1-4.

天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线 库水位 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 库容 (*10^4m3) 3460 3670 3890 4100 4325 4545 4775 5004 5235 5515 5790 6045 6310 6596 左岸溢洪道q1 (m3/s) 0 37 107 216 365 530 730 922 1130 1345 1582 1845 2115 2370 坝顶溢洪道q2 合计泄流量q （m3/s） (m3/s) 0 0 0 0 0 25 103 230 400 605 835 1095 1375 1695 0 37 107 216 365 555 833 1152 1530 1950 2417 2940 3490 4065

7、混凝土拱坝安全超高，见表KS1-5

混凝土拱坝安全超高hc 单位：m

坝的级别 正常运用 非常运用

1 0.7 0.5 2 0.5 0.4 3 0.4 0.3 三、防洪标准选择

1、水利水电枢纽工程的等级

水库 工程等工程规级 模 防洪 治涝 灌溉 灌溉面积 （万亩） 供水 城镇及工矿企 业的重要性 特别重要 重要 中等 水电站 装机容量 （×10^4kw） >120 120~30 30~5 5~1 城镇及总库容工矿企 （×业的重10^8m3） 要性 特别重要 重要 中等 一般 治涝保护农面积 田 （万（万亩） 亩） >500 500~100 100~30 30~5 一 二 三 四 大（1）>10 型 大（2）10~1.0 型 1.0~0.1中型 0 小（1）0.10~0.>200 >150 200~60 60~15 15~3 150~50 50~5 5~0.5 一般

理论频率曲线选配计算表 频率P（%） 第一次配线 Cs/Cv=3 φp 3.81 2.01 1.26 0.54 -0.35 -0.68 Kp 4.048 2.608 2.008 Qp 2064.48 1330.08 1024.08 第二次配线 Cs/Cv=2.5 φp 3.61 2 1.3 Kp 3.888 2.6 2.04 1.488 0.752 0.432 Qp 1982.88 1326 第三次配线 Cs/Cv=3.5 φp 3.97 2.01 Kp 4.176 2.608 1.968 1.368 0.696 0.488 Qp 2129.76 1330.08 1003.68 697.68 354.96 248.88 223.584 187.272 183.6 1% 5% 10% 20% 50% 75% 90% 95% 99% 1040.4 1.21 758.88 0.46 383.52 -0.38 220.32 -0.64 1.432 730.32 0.61 0.72 367.2 -0.31 0.456 232.56 -0.71 -0.795 0.364 185.64 -0.895 0.284 -0.82 -0.831 0.344 175.44 -0.949 0.2408 0.3352 170.952 -0.988 0.2096 144.84 -0.702 0.4384 122.808 106.896 -0.791 0.3672 -0.8 0.36 由此得洪峰流量频率曲线如下：

目测Cs/Cv=3.5是与经验点据配合良好，即可作为目估适线法最后采用的理论频率曲线。 得

50年一遇设计洪峰： Qp?2%?Q??2%Cv?1??510??3.11?0.8?1??1778.88m3/s ?Q??0.2%Cv?1??510??6.01?0.8?1??2962.08m3/s

500年一遇校核洪峰： Qp?0.2%2、1d洪量的频率计算

1?aN?an?xi??0.1765?108m3 均值W1???xj??N?1n?ll?1?22?11?aN?an变差系数Cv?xi?x??0.56 ??xj?x??n?ll?1xN?1?1?????天福庙水库1d洪量经验频率计算表

序号 1d洪量W1 （*10^8m3） m 1 2 3 PM Pm Xi-X 平方 M Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 0.6237 0.5489 0.5480 0.5470 0.5148 0.6237 0.5489 0.3727 0.56% 1.13% 1.69% 2.26% 2.82% 0.56% 1.13% 5.08% 0.4472 0.3724 0.3715 0.3705 0.3382 0.4472 0.3724 0.1962 0.2000 0.1387 0.1380 0.1372 0.1144 0.1999 0.1386 0.0385 均值 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 离势系数Cv 0.2880 0.2832 0.2635 0.2341 0.2334 0.2262 0.2233 0.2229 0.2127 0.2124 0.2113 0.1999 0.1913 0.1876 0.1725 0.1681 0.1677 0.1525 0.1514 0.1483 0.1457 0.1452 0.1383 0.1314 0.1209 0.1195 0.1177 0.1154 0.0985 0.0979 0.0931 0.0921 0.0915 0.0841 0.0817 0.0813 0.0734 0.0664 0.0613 0.0434 0.0363 0.1765 0.5610 7.34% 9.60% 11.86% 14.12% 16.38% 18.64% 20.90% 23.16% 25.42% 27.68% 29.94% 32.20% 34.46% 36.72% 38.98% 41.24% 43.50% 45.76% 48.02% 50.28% 52.54% 54.80% 57.06% 59.32% 61.58% 63.84% 66.10% 68.36% 70.62% 72.88% 75.14% 77.40% 79.66% 81.92% 84.18% 86.44% 88.70% 90.96% 93.22% 95.48% 97.74% 0.1115 0.1067 0.0870 0.0576 0.0569 0.0497 0.0468 0.0464 0.0362 0.0359 0.0348 0.0234 0.0148 0.0111 -0.0040 -0.0084 -0.0088 -0.0240 -0.0251 -0.0282 -0.0308 -0.0313 -0.0382 -0.0451 -0.0556 -0.0570 -0.0588 -0.0611 -0.0780 -0.0786 -0.0834 -0.0844 -0.0850 -0.0924 -0.0948 -0.0952 -0.1031 -0.1101 -0.1152 -0.1331 -0.1402 0.0124 0.0114 0.0076 0.0033 0.0032 0.0025 0.0022 0.0021 0.0013 0.0013 0.0012 0.0005 0.0002 0.0001 0.0000 0.0001 0.0001 0.0006 0.0006 0.0008 0.0010 0.0010 0.0015 0.0020 0.0031 0.0033 0.0035 0.0037 0.0061 0.0062 0.0070 0.0071 0.0072 0.0085 0.0090 0.0091 0.0106 0.0121 0.0133 0.0177 0.0197 经验频率曲线如下：

理论频率曲线选配计算表 第一次配线 Cs/Cv=3 频率P（%） φp Kp Qp φp Kp Qp 第二次配线 Cs/Cv=2.5 频率P（%） 1% 5% 10% 20% 50% 75% 90% 95% 99% 3.43 1.97 1.32 0.66 -0.27 -0.72 -0.97 -1.07 -1.15 2.9208 2.1032 1.7392 1.3696 0.8488 0.5968 0.4568 0.4008 0.356 0.5155212 0.3712148 0.3069688 0.2417344 0.1498132 0.1053352 0.0806252 0.0707412 0.062834 3.27 1.94 1.33 0.71 -0.22 -0.73 -1.04 -1.17 -1.32 2.8312 2.0864 1.7448 1.3976 0.8768 0.5912 0.4176 0.3448 0.2608 0.4997068 0.3682496 0.3079572 0.2466764 0.1547552 0.1043468 0.0737064 0.0608572 0.0460312 1% 5% 2.88 1.84 2.6128 2.0304 1.7504 1.4368 0.9272 0.5912 0.3448 0.2216 0.0312 0.4611592 0.3583656 0.3089456 0.2535952 0.1636508 0.1043468 0.0608572 0.0391124 0.0055068 φp Kp Qp 第三次配线 Cs/Cv=3.5 10% 1.34 20% 0.78 50% -0.13 75% -0.73 90% -1.17 95% -1.39 99% -1.73 配线图如下：

目测Cs/Cv=2.5是与经验点据配合良好，即可作为目估适线法最后采用的理论频率曲线。 得50年一遇1d设计洪量：

W1p?2%?W1??2%Cv?1??0.1765??2.71?0.56?1??0.4443?108m3

500年一遇1d校核洪量：

Wp?0.2%?W??0.2%Cv?1??0.1765??4.56?0.56?1??0.6272?108m3

3、3d洪量的频率计算

1?aN?an?xi??0.2891?108m3 均值W3???xj??N?1n?ll?1?22?11?aN?an变差系数Cv?xi?x??0.65 ??xj?x??n?ll?1xN?1?1?????天福庙水库3d洪量经验频率计算表

序号 3d洪量W3 （*10^8m3） m 1 2 3 PM Pm Xi-X 平方 M Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 0.9968 0.8519 0.8496 0.8481 0.7863 0.9968 0.8518 0.6594 0.56% 1.13% 1.69% 2.26% 2.82% 0.56% 1.13% 5.08% 0.8203 0.6753 0.6731 0.6716 0.6097 0.8203 0.6753 0.4829 0.6729 0.4561 0.4530 0.4510 0.3718 0.6728 0.4560 0.2331

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