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洪水调节课程设计说明书
《洪水调节课程设计》说明书
一、设计相关的初始资料简介：
1.根据工程等级及建筑物的等级，确定相应的洪水标准：
法官泉水库是一座以灌溉为主的小
（一）型水库,且总库容为407万m3，查相关规范得工程等别为Ⅳ级，且溢洪道为土质溢洪道，继而查相关标准确定水工建筑物的设计洪水等级为30年一遇，水工建筑物的校核洪水等级为200年一遇，故选频率p=3.33%的洪水过程为设计洪水过程，频率p=0.5%的洪水过程为校核洪水过程。
具体洪水流量过程见下表：
表一：
各频率坝址洪水过程线
时段
（△t=1h）
Q（m3/s）
（P=3.33%）
Q（m3/s）
（P=0.5%）
0
0.4
0.5
1
1.8
3.1
2
4.3
11
3
6.5
14.3
4
8.3
17
5
10
16.8
6
12
19
7
13.5
21.2
8
17
26.1
9
22.1
25.2
10
32.3
39.8
11
79.4
50.6
12
93.8
84.3
13
79.3
274
14
57.9
132.5
15
39.5
58.2
16
26.7
22.6
17
18.8
13.2
18
13.5
11.7
19
10.4
12.6
20
7.7
11.8
21
5.7
11.3
22
4.4
6.3
23
3.5
4.9
24
3.1
4.7
2.溢洪道相关尺寸参数及相关水力学参数：
根据我的学号最后两位数是17，该水库溢洪道堰顶高程为167.7m，堰顶宽度为60.1m。
堰顶溢流公式：
式中
m——流量系数，取0.35；
B——溢流堰宽度，60.Ym；
H0——堰上水头，考虑坝前行进流速水头较小，取H0=H。
3.水位－库容关系：
图一：
水位——库容曲线
表二：
法官泉水库库容曲线表
序号
水位（m）
库容（万m3）
1
162
196.2
2
163
221.084
3
164
247.979
4
165
277.015
5
166
307.904
6
167
339.935
7
168
374.471
8
169
411.331
9
170
449.614
二、用列表试算法对设计洪水进行调洪演算：
1.计算并绘制V～Z线，q～V线，q～Z线：
表三：
水库水位容积关系及水库q=f（V）关系曲线计算表：
水位Z（m）
库容V（万m3）
溢洪道堰上水头Hw（m）
流量系数m
溢洪道泄量q（m3/s）
162
196.2
0
0.35
0
163
221.084
0
0.35
0
164
247.979
0
0.35
0
165
277.015
0
0.35
0
166
307.904
0
0.35
0
167
339.935
0
0.35
0
168
374.471
0.3
0.35
15.302
169
411.331
1.3
0.35
138.034
170
449.614
2.3
0.35
324.835
其中：
起调水位为167.7m，此时库容根据内插法算出为364.110万m3，下泄流量由水力学公式算出。
2.列表试算
起调水位是167.7m，从0时开始计算，此时
=0,q1=0，V1=364.110万m3
表四：
设计洪水下泄流量列表试算法计算表
时间△t=1h
入库洪水流量Q（m3/s）
时段平均入库流量Q（m3/s）
时段入库水量Q△t（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄水量q△t（万m3）
时段内水库存水量变化△V（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m）
0
0.40
1.10
0.40
0.00
0.05
0.02
1.08
364.11
167.70
1
1.80
0.11
364.49
167.71
2
4.30
3.05
1.10
0.71
0.41
0.15
2.90
365.44
167.74
3
6.50
5.40
1.94
2.11
1.41
0.51
4.89
366.88
167.78
4
8.30
7.40
2.66
4.11
3.11
1.12
6.28
368.42
167.82
5
10.00
9.15
3.29
6.30
5.21
1.87
7.28
369.84
167.87
6
12.00
11.00
3.96
8.53
7.42
2.67
8.33
371.13
167.90
7
13.50
12.75
4.59
10.68
9.61
3.46
9.29
372.26
167.94
8
17.00
15.25
5.49
13.13
11.91
4.29
10.96
373.47
167.97
9
22.10
19.55
7.04
16.70
14.92
5.37
14.18
375.14
168.02
10
32.30
27.20
9.79
22.77
19.73
7.10
20.10
377.82
168.09
11
79.40
55.85
20.11
44.27
33.52
12.07
43.78
385.86
168.31
12
93.80
86.60
31.18
75.54
59.90
21.56
65.04
395.47
168.57
12.25
90.18
91.99
8.28
80.09
77.82
7.00
84.98
396.75
168.60
12.5
86.55
88.36
7.95
82.41
81.25
7.31
81.05
397.39
168.62
12.75
82.93
84.74
7.63
83.07
82.74
7.45
77.29
397.57
168.63
13
79.30
81.11
7.30
82.52
82.79
7.45
73.66
397.42
168.62
14
57.90
68.60
24.70
71.99
77.25
27.81
40.79
394.46
168.54
15
39.50
48.70
17.53
54.55
63.27
22.78
25.92
389.22
168.40
16
26.70
33.10
11.92
39.47
47.01
16.92
16.18
384.21
168.26
17
18.80
22.75
8.19
28.53
34.00
12.24
10.51
380.16
168.15
18
13.50
16.15
5.81
20.99
24.76
8.91
7.24
377.07
168.07
19
10.40
11.95
4.30
15.85
18.42
6.63
5.32
374.73
168.01
20
7.70
9.05
3.26
12.09
13.97
5.03
4.02
372.96
167.96
21
5.70
6.70
2.41
9.27
10.68
3.84
2.86
371.53
167.91
22
4.40
5.05
1.82
7.20
8.24
2.97
2.08
370.38
167.88
23
3.50
3.95
1.42
5.71
6.46
2.32
1.63
369.48
167.86
24
3.10
3.30
1.19
4.66
5.19
1.87
1.43
368.80
167.84
列表试算：
q1=0,V1=364.110,假设一个q2,则由水量平衡方程可以算出相应的V2，再由q-V曲线可以查得V2所对应的q2，如果此q2与假设的q2相同，则假设正确，如果不同，则重新假设并计算，并把假设正确的q2和V2作为下一时段的q1和V1，继续计算，以此类推，直至算出整个洪水过程线，其中在画出Q～t图线，q～t图线后发现
不在Q～t线上，故在12～13时细分为4个时段，此时
正好在Q～t图线上。
最后算得：
最大下泄流量为83.07m3/s，最高库水位为168.63m。
为了避免手工试算，我编了一个C语言程序帮助试算，程序代码如下：
#include
#include
voidmain（）
{
floatV1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3,t=0.36;
printf（"V1="）;
scanf（"%f",&V1）;
printf（"Q1="）;
scanf（"%f",&Q1）;
printf（"Q2="）;
scanf（"%f",&Q2）;
printf（"q1="）;
scanf（"%f",&q1）;
printf（"q2="）;
scanf（"%f",&q2）;
loop:
{
V2=V1+（Q1+Q2-q2-q1）*t/2;
if（V2<=374.471&&V2>=339.935）
q3=（pow（（V2-364.11）/34.536,1.5））*93.126;
elseif（V2<=411.331&&V2>=374.471）
q3=（pow（（V2-363.413）/36.86,1.5））*93.126;
elseif（V2<=449.614&&V2>=411.331）
q3=（pow（（V2-361.563）/38.283,1.5））*93.126;
}
if（fabs（q3-q2）>0.01）
{
q2=q3;
gotoloop;
}
printf（"q2=%f\n",q3）;
printf（"V2=%f\n",V2）;
}
观察原始资料Z～V曲线，可近似分段视为直线，具体表达式如下：
V
V
V
C语言程序正是基于此基础上编译而来，考虑到Z～V之间仅为一次函数关系，且为分段拟合，故误差在可控的范围内！
其中在开始时计算时段t=0.36，后来在细分时段时的试算，t=0.09。
具体运用过程见下图的截图：
先输入
，以及假设一个
，利用C语言程序的收敛性，得到真正的
和
。
利用已算出的
和
作为下一个时段的
和
，继续用C程序试算，循环执行此流程，得到下泄流量历时曲线q～t。
3.根据列表试算结果绘制设计洪水Q～t曲线、q～t曲线，Z～t曲线：
图二：
Q～t、q～t曲线
图三：
Z～t曲线
三、由半图解法对设计洪水调洪演算：
1、拟合q～（V/△t+q/2）关系式：
由于q、v之间通过堰顶水头（水位（Z-167.7））可以确立关系，因此q、V/△t+q/2之间也可以确立关系，若只是通过q～V/△t+q/2图线来进行半途解法计算，手工描点存在很大的误差，且工作量大。
因此我使用了mathematica软件将q～V/△t+q/2之间的确切关系式拟合出来，为：
q=1.38221*10^（-14）+0.354612*A+0.00178425*A^2+4.91418*10^（-7）*A^3-5.23019*10^（-9）*A^4，其中A为（V/△t+q/2），用到的四个点的坐标：
（0，0），（36.432，15.302）（200.186，138.034），（399.929，324.835）。
该四个点的坐标由Z～V曲线上（167.7，364.110），（168，374.471），（169，411.331），（170，449.614）四个点坐标以及
算得。
因此只需通过前一时刻的
/△t+
/2及时段间的平均来水流量
和上一时段的下泄流量
来得到下一时刻的
/△t+
/2，通过以上拟合的公式算出下一时段的下泄流量
。
其中，第一个各时段的V/△t+q/2=0，
=0。
2.绘制V/△t+q/2=f2（Z）曲线及q=f（Z）曲线：
图四：
V/△t+q/2=f2（Z）曲线
图五：
q=f（Z）曲线
图六：
单辅助曲线
表五、水库设计洪水调洪半图解法计算表
时间t（h）
入库流量Q（m3/s）
平均入库流量Q（m3/s）
v/△t+q/2（m3/s）
q（m3/s）
Z（m）
0
0.4
1.100
0.000
0.000
167.700
1
1.8
1.100
0.392
167.726
2
4.3
3.050
3.758
1.358
167.760
3
6.5
5.400
7.800
2.875
167.798
4
8.3
7.400
12.325
4.643
167.835
5
10
9.150
16.833
6.477
167.869
6
12
11.000
21.356
8.391
167.901
7
13.5
12.750
25.716
10.305
167.930
8
17
15.250
30.661
12.559
167.963
9
22.1
19.550
37.651
15.897
168.008
10
32.3
27.200
48.954
21.663
168.078
11
79.4
55.850
83.141
41.849
168.287
12
93.8
86.600
127.892
74.165
168.559
13
79.3
86.550
140.277
84.185
168.635
14
57.9
68.600
124.692
71.647
168.540
15
39.5
48.700
101.745
54.508
168.400
16
26.7
33.100
80.337
40.041
168.270
17
18.8
22.750
63.046
29.489
168.165
18
13.5
16.150
49.707
22.063
168.083
19
10.4
11.950
39.593
16.855
168.020
20
7.7
9.050
31.788
13.086
167.970
21
5.7
6.700
25.402
10.165
167.928
22
4.4
5.050
20.287
7.932
167.894
23
3.5
3.950
16.306
6.258
167.865
24
3.1
3.300
13.347
5.052
167.843
最后可算出：
最大下泄流量为84.185m3/s，最高库水位为168.635m.
四、比较分析试算法和半图解法对设计洪水调洪计算的成果：
利用试算法得出的最大下泄流量为83.07m3/s，最高库水位为168.627m；利用半图解法得出的最大下泄流量为84.185m3/s，最高库水位为168.635m。
其中有一定的误差，其主要原因可能是线性内插造成的，其次很有可能是用mathematica软件拟合q～V/△t+q/2造成较大误差！
。
五、用列表试算法对校核洪水进行调洪演算：
1.计算并绘制V～Z线，q～V线，q～Z线：
表六：
水库水位容积关系及水库q=f（V）关系曲线计算表
水位Z（m）
库容V（万m3）
溢洪道堰上水头Hw（m）
流量系数m
溢洪道泄量q（m3/s）
162
196.2
0
0.35
0
163
221.084
0
0.35
0
164
247.979
0
0.35
0
165
277.015
0
0.35
0
166
307.904
0
0.35
0
167
339.935
0
0.35
0
168
374.471
0.3
0.35
15.302
169
411.331
1.3
0.35
138.034
170
449.614
2.3
0.35
324.835
其中：
起调水位为167.7m，此时库容根据内插法算出为364.110万m3，下泄流量由水力学公式算出。
2.列表试算
起调水位是227.2m，从0时开始计算，此时
=0,q1=0，V1=364.110万m3
表七：
校核洪水下泄流量列表试算计算表
时间△t=1h
入库洪水流量Q（m3/s）
时段平均入库流量Q（m3/s）
时段入库水量Q△t（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄水量q△t（万m3）
时段内水库存水量变化△V（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m）
0
0.50
1.80
0.65
0.00
0.11
0.04
0.61
364.11
167.70
1
3.10
0.22
364.72
167.72
2
11.00
7.05
2.54
2.07
1.15
0.41
2.13
366.84
167.78
3
14.30
12.65
4.55
6.36
4.22
1.52
3.04
369.88
167.87
4
17.00
15.65
5.63
10.95
8.65
3.12
2.52
372.40
167.94
5
16.80
16.90
6.08
14.18
12.56
4.52
1.56
373.96
167.99
6
19.00
17.90
6.44
16.25
15.22
5.48
0.97
374.93
168.01
7
21.20
20.10
7.24
18.41
17.33
6.24
1.00
375.92
168.04
8
26.10
23.65
8.51
21.44
19.93
7.17
1.34
377.26
168.08
9
25.20
25.65
9.23
23.96
22.70
8.17
1.06
378.32
168.10
10
39.80
32.50
11.70
29.25
26.60
9.58
2.12
380.45
168.16
11
50.60
45.20
16.27
39.76
34.51
12.42
3.85
384.31
168.27
12
84.30
67.45
24.28
59.44
49.60
17.86
6.43
390.74
168.44
13
274.00
179.15
64.49
158.17
108.81
39.17
25.32
416.06
169.12
13.25
238.63
256.31
23.07
191.21
174.69
15.72
7.35
423.41
169.32
13.5
203.25
220.94
19.88
201.55
196.38
17.67
2.21
425.62
169.37
13.75
167.88
185.56
16.70
195.97
198.76
17.89
-1.19
424.43
169.34
14
132.50
150.19
13.52
180.99
188.48
16.96
-3.45
421.18
169.26
15
58.20
95.35
34.33
108.07
144.53
52.03
-17.71
404.12
168.80
16
22.60
40.40
14.54
54.90
81.49
29.34
-14.79
389.33
168.40
17
13.20
17.90
6.44
29.57
42.24
15.21
-8.76
380.57
168.17
18
11.70
12.45
4.48
19.20
24.38
8.78
-4.30
376.28
168.05
19
12.60
12.15
4.37
15.26
17.23
6.20
-1.83
374.45
168.00
20
11.80
12.20
4.39
13.54
14.40
5.18
-0.79
373.66
167.98
21
11.30
11.55
4.16
12.45
13.00
4.68
-0.52
373.14
167.96
22
6.30
8.80
3.17
10.51
11.48
4.13
-0.97
372.18
167.93
23
4.90
5.60
2.02
8.03
9.27
3.34
-1.32
370.85
167.90
24
4.70
4.80
1.73
6.502
7.27
2.62
-0.89
369.97
167.87
列表试算：
q1=0,
=364.110,假设一个q2,则由水量平衡方程可以算出相应的V2，再由q-V曲线可
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