《水利水能规划》课程设计方案港航.docx
《《水利水能规划》课程设计方案港航.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《水利水能规划》课程设计方案港航.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《水利水能规划》课程设计方案港航
《水利水能规划》课程设计
任务书
FS水库水利水能规划
艾学山
武汉大学水利水电学院
二O一二年一月
一、设计任务
在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建FS水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，本次课程设计的主要任务是确定FS水库的特征水位，具体内容包括：
1.选择水库死水位
2.选择正常蓄水位
3.计算保证出力
4.计算多年平均发电量
5.选择水电站装机容量
6.推求设计标准和校核标准的设计洪水过程线（洪水过程线推求）
7.推求各种洪水特征水位并确定大坝高程
二、设计提纲
（一）水文气象资料的搜集和审查
熟悉流域的自然地理情况，广泛搜集有关水文气象资料（见“四、基本资料”）。
经初步审查，降雨和径流等实测资料可用于本次设计。
（二）设计典型年径流量及其年内分配
1.设计代表年径流量的计算
先进行年径流量频率计算，求出丰、中、枯三个代表年（频率分别为85%、50％、15％）的年径流量。
2.设计代表年径流的年内分配
根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。
并按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配。
（三）选择水库死水位
1.绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线。
2.根据泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程。
3.根据水轮机等情况确定水库死水位。
（四）选择正常蓄水位
根据本地区的兴利、发电等综合利用要求，保证出力不低于800千瓦，发电保证率为85％，灌溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足，因此，初步确定正常蓄水位为【1班：
80-（学号后两位/100）M；2班：
80+（学号后两位/100）M】，若通过水能计算后能满足保证出力要求就作为确定的正常蓄水位，否则，以0.2M为单位进行调整。
（五）保证出力和多年平均发电量的计算
先对丰、中、枯三个代表年以月为时段进行水能计算，计算出各月的水流出力。
出力系数A＝7.5，预留水头损失HF＝0.5m。
取设计枯水年供水期的平均出力为保证出力。
绘制出力历时曲线（以36个月出力值计算）并以装机年利用小时数h装＝3440，推求出装机容量和多年平均发电量。
（六）推求各种设计标准的设计洪水过程线
本水库为大（Ⅱ）型水库，工程等别为Ⅱ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%、1％、0.1%设计洪水过程线。
1.按年最大值选样方法在实测资料中选取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。
2.7天洪量只有1957~1972年，用相关分析方法延长插补（编制程序，用计算机完成）。
3.对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，（洪峰频率计算要加特大值处理），从而可得各设计频率的洪峰和洪量值。
4.洪峰和洪量成果的合理性分析。
5.选择典型洪水过程线（要按照选择原则进行），并算出典型洪水过程线的洪峰和各时段洪量值。
6.用分段同频率放大法推求设计洪水过程线（包括5％、1％、0.1％的）。
（七）推求水库防洪特征水位
1.泄洪规则及起调水位
根据水库下游防洪要求，等于或小于20年一遇的洪水，只放发电用水，其余全部拦蓄在水库里，超过20年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。
起调水位（防洪限制水位）为78.4m。
2.防洪高水位的计算
用5％（20年一遇）洪水过程线，除下泄发电用水（17m3/s）外，其余蓄在水库，则总蓄水量加在防洪限制水位上，则可得防洪高水位。
3.设计洪水位的计算（在计算机上完成）。
用1％（百年一遇）洪水过程线，从防洪限制水位开始，先按发电流量（17m3/s）下泄，其余蓄在水库里，待蓄至防洪高水位后，即打开溢洪道闸门和泄洪洞闸门，自由泄流，通过调洪演算，得设计洪水位、拦洪库容和相应最大下泄流量。
4.校核洪水位的计算（在计算机上完成）
方法与设计洪水计算相同，只是用0.1％（1000年一遇）设计洪水过程线来进行计算。
5.坝顶高程计算
根据现行《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218－84），坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：
y＝R＋e＋A
式中：
y–––坝顶在水库静水位以上的超高（m）。
R–––波浪在坝坡上的爬高（m）。
e–––坝前静水位因风浪引起的涌高（m）。
A–––安全超高，按坝的等级及运用情况从表1查算。
表1永久性挡水建筑物安全加高（m）
建筑物类型及运用情况
永久性挡水建筑物级别
1
2
3
4、5
土石坝
设计
1.5
1.0
0.7
0.5
校核（山区，丘陵区）
0.7
0.5
0.4
0.3
平均波浪爬高
式中
–––斜坡的糙率渗透性系数，根据大坝迎水坡护面类型确定。
kw–––经验系数，与
的大小有关，按表2查算。
V为风速，H为坝前水深。
表2经验系数kw
≤1
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
≥5
kw
1
1.02
1.08
1.16
1.25
1.28
1.30
–––平均波高（m）。
–––平均波长（m）；
m–––斜坡的坡度系数。
按官厅水库波高公式计算平均波高：
h＝0.0166V4/5D1/3。
（D－吹程）
按上式计算的波高与平均波高的关系为：
。
按鹤地水库波长公式计算平均波长：
＝0.389VD1/3
设计波浪爬高值按工程等级确定，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取累计概率P＝1％时的爬高值R1%，查《碾压式土石坝设计规范》附表1.7可得，R1％/
＝2.23。
风浪涌高：
最后确定坝顶高程为Z坝＝Max{Z坝，设，Z坝，校}
坝坡为块石护面，糙率渗透性系数
；斜坡的坡度系数m＝3.0；取风向与坝轴线法线方向的夹角
。
库区汛期多年平均最大风速Vm＝17m/s，设计情况下取V＝1.5Vm；校核情况下取V＝Vm。
吹程D＝6km。
三、设计说明书
设计说明书，主要应包括以下内容（相当说明书的一级标题）
1.设计任务
2.流域与资料简况
3.设计年径流量及其年内分配的推求
4.水库死水位的选择
5.水库正常蓄水位的确定
6.装机容量与多年平均发电量计算
7.设计洪水的推求
8.水库洪水特征水位的计算和坝顶高程的确定
说明书的重点是对计算成果的说明和合理性分析以及其它有关问题讨论。
说明书要力求文字通顺、简明扼要、条理清楚，图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号，并与说明书中内容一致。
四、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，如下图，流域面积为2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因流域拦蓄工程较少，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1961~63年，连续三年洪水损失稻谷9300万斤，冲毁耕地万余亩。
FS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328km2。
流域内气候温和、湿润、多年平均雨量孝丰站为1450mm，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘陵，平地较少。
流域水系及测站分布见图1。
水库以防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产，是一座综合利用水库。
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200m以上，故库区渗漏问题可以不考虑。
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。
FS
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。
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1962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3。
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4。
表3设计年径流及典型年径流量
代表年
设计频率
设计年径流量
（m3/s）
典型年
典型年径流量
（m3/s）
缩放倍比
枯水年
P=85％
5.56
1973
5.35
1.039
中水年
P=50％
7.50
1957
7.11
1.055
丰水年
P=15％
10.37
1967
9.95
1.042
表4潜渔站设计年径流过程
月份
设计枯水年
设计中水年
设计丰水年
典型年Q
设计年Q
典型年Q
设计年Q
典型年Q
设计年Q
3
14.00
14.56
6.47
6.82
11.10
11.58
4
18.60
19.34
6.93
7.31
12.80
13.35
5
19.50
20.28
20.80
21.94
23.00
23.99
6
1.31
1.36
8.24
8.69
27.60
28.79
7
5.21
5.42
21.80
23.00
3.97
4.14
8
.06
.06
5.50
5.80
1.24
1.29
9
.04
.04
4.32
4.56
23.20
24.20
10
.41
.43
2.81
2.96
7.65
7.98
11
1.70
1.77
1.42
1.50
1.36
1.42
12
.75
.78
3.60
3.80
.44
.46
1
.70
.73
1.10
1.16
.84
.88
2
1.88
1.96
2.33
2.46
6.11
6.37
根据调查1922年9月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1350m3/s。
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1160m3/s的洪水发生。
4.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。
5.水库水位容积曲线如表5
表5水位容积曲线
水位（m）
48
50
52
55
60
65
容积（106m3）
0
0.1
0.6
2.3
8.0
18.0
水位（m）
70
75
80
81
82
83
容积（106m3）
35.7
60.3
94.4
102.8
111.3
120.0
水位（m）
84
85
86
87
88
89
容积（106m3）
129.0
138.6
148.3
158.8
170.0
181.5
水位（m）
90
91
容积（106m3）
194.5
207.0
6.水电站下游水位流量关系曲线如表6
表6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（m3/s）
0
1.0
3.6
7.3
11.9
16.2
20.5
7.根据实测泥沙资料得多年平均含沙量
kg/m3，泥沙干容重
kg/m3，泥沙沉积率m＝90％，孔隙率p＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值
＝15％，加安全值【1班：
2-（学号后两位/100）M；2班：
2+（学号后两位/100）M】。
8.机型为HL263－LJ－100（即混流式263型，主轴金属锅壳，转轮直径1M），单机容量为1250千瓦，适应最小水头为16m。
9.FS水库属Ⅱ级建筑物，因此设计洪水标准为1%，校核洪水标准为0.1%，水库下游保护地区防洪标准为5%。
10.FS水库原设计采用雨量资料推求设计洪水，现采用流量资料来推求设计洪水，以作比较。
历年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量如表7所示。
11.典型洪水过程线如表8所示。
12.泄洪建筑物型式尺寸
溢洪道：
实用堰型，净宽110m，堰顶高程88.3m。
泄洪洞：
洞径5m，进口底高程48.5m。
根据以上尺寸计算得泄流曲线如表9所示。
13.泄洪规则及起调水位
遇小于或等于二十年一遇洪水，只放发电用水（≤17m3/s），其余全部拦蓄，超过二十年一遇洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪（泄洪洞闸门全开）。
起调水位：
【1班：
78-（学号后两位/100）M；2班：
78+（学号后两位/100）M】。
表7潜渔站洪峰及定时段洪量统计表
年
洪峰Qm
（m3/s）
24小时洪量W1d（106m3）
三天洪量W3d
（106m3）
七天洪量W7d
（106m3）
1954
702
27.94
58.40
1955
284
8.17
13.30
1956
748
29.80
36.00
1957
402
22.80
37.19
52.46
1958
200
8.72
15.85
22.15
1959
237
11.13
19.80
32.90
1960
478
15.70
20.80
33.20
1961
659
52.50
79.10
88.20
1962
585
43.70
49.20
53.10
1963
1160
55.60
86.60
95.90
1964
409
14.32
31.70
40.70
1965
510
15.62
24.40
27.00
1966
232
9.50
14.00
25.40
1967
244
11.82
19.00
28.00
1968
167
9.90
18.40
35.50
1969
387
20.90
32.80
48.40
1970
305
17.20
31.90
35.60
1971
500
23.40
31.80
35.30
1972
108
5.34
10.20
12.23
1973
484
19.87
42.85
1974
287
16.16
39.05
1975
166
11.58
22.05
1976
119
8.29
19.95
1977
238
7.61
20.45
表8典型洪水过程线（1963年）
时段
（Δt＝1h）
流量
（m3/s）
时段
（Δt＝1h）
流量
（m3/s）
时段
（Δt＝1h）
流量
（m3/s）
0
6
34
1060
67
130
1
7
35
950
68
118
2
7
36
864
69
118
3
8
37
760
70
103
4
15
38
660
71
97
5
23
39
617
72
92
6
34
40
470
73
85
7
43
41
370
74
82
8
57
42
306
75
79
9
73
43
260
76
65
10
100
44
235
77
55
11
130
45
227
78
43
12
171
46
240
79
41
13
230
47
253
80
33
14
260
48
269
81
36
15
317
49
277
82
43
16
335
50
286
83
49
17
362
51
295
84
53
18
373
52
290
85
50
19
350
53
263
86
48
20
330
54
277
87
47
21
315
55
265
88
46
22
305
56
252
89
44
23
293
57
245
90
43
24
293
58
235
91
41
25
445
59
224
92
39
26
575
60
212
93
37
27
675
61
205
94
35
28
805
62
192
95
34
29
915
63
180
96
33
30
1000
64
161
97
32
31
1060
65
155
98
31
32
1130
66
145
99
30
33
1160
表9泄洪建筑物泄流曲线
水位（m）
80
81
82
83
84
85
流量（m3/s）
332
336
341
347
351
354
水位（m）
86
87
88
89
90
91
流量（m3/s）
358
362
370
481
874
1460
表10坝顶安全超高
坝的级别:
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
正常运用
1.5
1.0
0.7
0.5
0.5
非常运用
0.7
0.5
0.4
0.3
0.3
封面，A4纸
武汉大学
学院专业
课程设计说明书
题目：
设计期限：
设计人：
班级及学号：
指导教师：
年月日
升级会员 