天福庙水库防洪复核计算课程设计.docx
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天福庙水库防洪复核计算课程设计
工程水文及水利计算课程设计
天
福
庙
水
库
防
洪
复
核
计
算
学校：
云南农业大学
学院：
水利学院
专业：
水利水电工程
学号：
74
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，河长，河道比降%，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，流域水文气象特性
流域及工程概况
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，河长，河道比降‰，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：
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，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%）,校核（P=%）洪水位,坝顶高程，防浪墙顶高程。
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℃，历年最高气温达40℃，最低气温-12℃，平均风速s,多年平均最大风速s，向多为NE。
流域多年平均降水量，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%左右，尤其以7月最大，占全年的%。
月降雨量最少是12月，仅占全年的%。
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。
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
年份
洪峰流量（m3/s）
1d洪量（*108m3）
3d洪量（*108m3）
重现期
备注
1
1935
4680
176
2
1984
3739
3
1826
不能定量
4
1930
不能定量
5
1958
2820
三、防洪标准选择
根据国家《防洪标准》（GB50201-49）和部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）等有关规定，选择水库防洪复核的防洪标准。
如下：
水利水电枢纽工程等级
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
重要性
保护农田（万亩）
治涝面积（万亩）
灌溉面积（万亩）
重要性
装机容量*104KW
一
大
（1）型
>10
特别重要
〉500
>200
>150
特别重要
>120
二
大
（2）型
重要
500-100
200-60
150-50
重要
120-30
三
中型
中等
100-30
60-15
50-5
中等
30-5
四
小
（1）型
一般
30-5
15-3
一般
5-1
五
小
（2）型
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
混泥土坝、浆砌石坝、及其它水工建筑物
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
500-100
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
依据天福庙库容量，根据《水库工程建筑物防洪标准》查的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：
表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W3（*108m3）
年份
洪峰Qm（m3/s）
1d洪量W1（*108m3）
3d洪量W3（*108m3）
1958
1803
1980
571
1959
131
1981
126
1960
266
1982
582
1961
200
1983
437
1962
640
1984
2389
1963
1036
1985
121
1964
452
1986
218
1965
519
1987
438
1966
189
1988
222
1967
774
1989
592
1968
838
1990
634
1969
428
1991
804
1970
598
1992
851
1971
389
1993
425
1972
64
1994
167
1973
445
1995
261
1974
240
1996
487
1975
848
1997
544
1976
272
1998
974
1977
162
1999
170
1978
299
2000
613
1979
634
2001
471
由天福庙水库坝址1978-2001年峰、量系列可得1978-2001年峰、量相关关系。
根据此峰、量相关关系可计算得出历史洪水的1d、3d洪量W。
五、设计洪水计算
1、对天福庙水库坝址洪峰及1d、3d洪量系列分别进行频率计算，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）
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。
根据
Q天福庙=（F天福庙/F分乡站）2/3Q分乡站，W庙1d=（F天福庙/F分乡站）W乡1d,W庙3d=（F天福庙/F分乡站）W乡3d
计算天福庙库区1935,1984年的洪峰流量以及1d和3d洪量。
得:
年份
洪峰Qm（m3/s）
1d洪量W1（*108m3）
3d洪量W2（*108m3）
1935
2992
1984
2390
（１）推求洪峰流量：
将1935-2001年洪峰由大到小顺序排列，由公式ＰＭ＝Ｍ／（Ｎ＋１），Ｐm=m/（n+1）得经验频率。
天福庙水库洪峰流量经验频率计算表
序号
洪峰流量排序（大-小）
经验频率
M
m
年份
洪峰Qm（m3/s）
ＰＭ（%）
Ｐm（%）
1
1935
2992
2
1984
2389
3
1826
4
1930
5
1958
1803
3
1963
1036
4
1998
974
5
1992
851
6
1975
848
7
1968
838
8
1991
804
9
1967
774
10
1962
640
11
1979
634
12
1990
634
13
2000
613
14
1970
598
15
1989
592
16
1982
582
17
1980
571
18
1997
544
19
1965
519
20
1996
487
21
2001
471
22
1964
452
23
1973
445
24
1987
438
25
1983
437
26
1969
428
27
1993
425
28
1971
389
29
1978
299
30
1976
272
31
1960
266
32
1995
261
33
1974
240
34
1988
222
35
1986
218
36
1961
200
37
1966
189
38
1999
170
39
1994
167
40
1977
162
41
1959
131
42
1981
126
43
1985
121
44
1972
64
天福庙水库洪峰流量经验频率曲线（第一次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
Ｑ平均＝１／n∑Qi=
CV=1
CS=CV=
选配理论频率曲线，第二次配线，得：
天福庙水库洪峰流量经验频率曲线（第二次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
Ｑ平均＝１／n∑Qi=
CV=
CS=CV=
推求设计洪峰流量：
校核 P=%时查φp=,得ＫＰ＝（CVφp＋１）＝５．１
QP=０．２%=ＫＰQ平均＝３２０１．９８４m3/s
设计 P=2%时查φp=３．０５，得ＫＰ＝（CVφp＋１）=３．１７
QP=２%=ＫＰQ平均＝１９９０．２５m3/s
（２）推求１d设计洪量：
天福庙水库1d洪量经验频率计算表
序号
（大-小）
序列值
1d洪量W1（*108m3）
经验频率
P（%）
序号
序列值
1d洪量W1（*108m3）
经验频率
P（%）
1
23
2
24
3
25
4
26
5
27
6
28
7
29
8
30
9
31
10
32
11
33
12
34
13
35
14
36
15
37
16
38
17
39
18
40
19
41
20
42
21
43
22
44
天福庙水库1d洪量经验频率曲线（第一次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
W平均＝１／n∑Wi=*108m3
CV=
CS==
选配理论频率曲线，第二次配线，得：
天福庙水库1d洪量经验频率曲线（第二次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
W平均＝１／n∑Wi=*108m3
CV=
CS=CV=
推求设计洪峰流量：
校核 P=%时查φp=,得ＫＰ＝（CVφp＋１）＝
WP=０．２%=ＫＰW平均＝*108m3
设计 P=2%时查φp=，得ＫＰ＝（CVφp＋１）＝
WP=２%=ＫＰW平均＝*108m3
（3）推求１d设计洪量：
天福庙水库3d洪量经验频率计算表
序号
（大-小）
序列值
3d洪量W1（*108m3）
经验频率
P（%）
序号
（大-小）
序列值
3d洪量W1（*108m3）
经验频率
P（%）
1
23
2
24
3
25
4
26
5
27
6
28
7
29
8
30
9
31
10
32
11
33
12
34
13
35
14
36
15
37
16
38
17
39
18
40
19
41
20
42
21
43
22
44
天福庙水库3d洪量经验频率曲线（第一次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
W平均＝１／n∑Wi=*108m3
CV=
CS=CV=
选配理论频率曲线，第二次配线，得：
天福庙水库3d洪量经验频率曲线（第二次配线）
按无篇估值公式计算统计参数：
W平均＝１／n∑Wi=*108m3
CV=
CS=CV=
推求设计洪峰流量：
校核 P=%时查φp=,得ＫＰ＝（CVφp＋１）＝
WP=０．２%=ＫＰW平均＝*108m3
设计 P=2%时查φp=，得ＫＰ＝（CVφp＋１）=
WP=２%=ＫＰW平均＝*108m3
2、洪峰和洪量成果的合理性分析。
（1）通过对本站洪峰、洪量及统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及统计参数随地区变化规律的分析以及从形成洪水的暴雨方面分析，得出了相应合理的结论，复核预期设计要求。
（2）将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上，在适用范围内不能相交，因为如果相交就不能保证在同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。
3、选择典型洪水过程线。
表KS1-3典型洪水过程线（）
时段
流量
时段
流量
时段
流量
时段
流量
0
19
36
55
1
572
20
37
56
2
1085
21
156
38
57
3
1345
22
138
39
58
4
1568
23
121
40
40
59
5
1791
24
41
60
6
2090
25
42
61
7
2389
26
43
62
8
27
44
63
9
28
45
64
10
29
46
65
11
30
47
66
12
31
51
48
67
13
32
61
49
68
14
33
50
69
15
34
51
70
16
35
52
71
11
17
36
53
26
72
18
37
54
73
天福庙水库坝址的洪峰、洪量
项目
（1）
洪峰（m3/s）
洪量{（m3/s）h}
一日
三日
P=%的校核洪峰、洪量
（2）
3202
21492
36861
典型洪水过程线的洪峰、洪量
（3）
起讫时间1984年*月*日*时
（4）
按同频率放大法计算设计洪水过程线，并按选择时段绘制洪水过程线。
（1）计算各时段放大倍比：
KQ=3202/=
KW1=21492/=
KW（3-1）=（36861-21492）/（）=
（2）校核洪水过程线：
天福庙水库坝址P=%校核洪水过程线计算表
时段
典型流量
放大倍比
放大流量
时段
典型流量
放大倍比
放大流量
0
36
1
572
37
2
1085
38
3
1345
39
4
1568
40
40
5
1791
41
6
2090
42
7
2389
43
洪峰1d交界处
2389
8
44
9
45
10
46
11
47
12
48
13
49
14
50
15
51
16
52
17
53
26
18
54
19
55
20
56
21
156
57
22
138
58
23
121
59
24
60
1d、3d交界处
25
61
26
62
27
63
28
64
29
65
30
66
31
51
67
32
61
68
33
69
34
70
35
71
11
36
72
37
根据表格数据绘制过P=%校核洪水（放大流量）程线和典型洪水过程线：
六、设计洪水调洪计算
天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段△t=1h，编程上机进行调洪计算，并绘制入库和下泄流量过程线图。
调洪起调水位为正常蓄水位409m，在此水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的泄流量为2940m3/s。
当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸孔数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位409m不变。
当入库洪水流量大于2940m3/s 时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高水位，然后再回落至设计蓄水位409m。
天福庙水库库容曲线根据原库区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。
左岸溢洪道坝顶高程，2孔，每孔净宽，为弧形闸门控制。
坝顶溢洪道堰顶高程，，4孔，每孔净宽，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=σc
3/2
由该式计算泄洪建筑物泄流曲线，见表KS1-4.
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
库容（*104m3）
左岸溢洪道q1（m3/s）
坝顶溢洪道q2（m3/s）
合计泄洪量q（m3/s）
398
3460
0
0
0
399
3670
37
0
37
400
3890
107
0
107
401
4100
216
0
216
402
4325
365
0
365
403
4545
530
25
555
404
4775
730
103
833
405
5004
922
230
1152
406
5235
1130
400
1530
407
5515
1345
605
1950
408
5790
1582
835
2417
409
6045
1845
1095
2940
410
6310
2115
1375
3490
411
6596
2370
1695
4065
推求下泄流量过程线：
已知第一时段Q1==，由起始条件得V1=3460，q1=0，用列表试算法，假定q2值。
由水量平衡方程
V2=（Q1+Q2）△t/2-（q1+q2）△t/2+V1
得V2值。
假定第一时段q2=30m3/s，所以V2=*104m3，以第一时段的V2、q2作为第二时段初的V1、q1,重复第一时段试算过程，连续试算得：
天福庙水库调洪计算表
时段
Q
（Q1+Q2）△t/2
q
V
Z
（m3/s）
（*106m3/s）
（m3/s）
（*104m3）
（m
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