三峡大学水文水利计算课程设计.docx
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三峡大学水文水利计算课程设计
水文水利计算
课程设计说明书
2014年6月19日
1.设计任务
在流域上拟修建一水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，其具体任务是：
（1）设计年径流及其年内分配；
（2）选择水库死水位；
（3）推求设计标准和校核标准的设计洪水过程线；
（4）推求各种洪水特征水位及坝顶高程的确定。
2.流域基本资料概况
2.1流域及水库概况
西苕溪为太湖流域一大水系，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。
该水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，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。
图1西苕溪流域水系及测站分布图
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。
为大
（2）型水库，工程等别为II等，永久性水工建筑级别为2级。
确定下游防洪标准为5%，设计标准为1%，校核标准为0.1%，因此需要推求5%、1%、0.1%设计洪水过程线。
2.2水文气象资料情况
流域内有三个雨量站，分别从1956年、1961年和1962年开始观测到今。
在坝址下游1公里处设有水文站，自1954年开始有观测的流量资料，通过频率计算可得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比。
经初步审查，降雨和径流等实测资料可用于本次设计。
3.设计年径流量及其年内分配的推求
3.1设计年径流量的计算
坝址下游1公里处设有水文站，自1954年开始有观测流量资料。
本设计采用该水文站1979-2000年的观测资料进行设计年径流量推算。
各水文年径流过程如表1所示。
表1水文站1979-2000年年径流过程单位m3/s
水文年
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
1979.5~1980.4
21.3
53.2
30.0
9.7
34.9
4.8
2.7
3.6
3.6
4.2
7.3
19.6
1980.5~1981.4
32.9
67.2
77.2
101.5
11.9
31.1
7.3
7.6
5.0
5.3
7.2
33.6
1981.5~1982.4
28.3
31.5
9.5
11.6
5.9
6.7
10.3
3.9
2.3
6.2
12.0
21.6
1982.5~1983.4
31.8
57.4
24.3
46.3
41.6
16.4
26.8
10.9
9.4
8.8
8.1
28.5
1983.5~1984.4
38.5
46.6
93.8
22.0
29.2
23.0
13.3
4.6
3.6
2.4
3.8
11.8
1984.5~1985.4
25.9
44.6
39.4
27.4
14.7
28.6
7.4
12.6
5.4
7.3
17.2
24.6
1985.5~1986.4
29.6
30.9
31.7
10.7
8.4
7.7
11.5
7.9
6.4
7.1
8.9
23.7
1986.5~1987.4
21.5
47.8
63.3
12.5
10.5
6.5
6.2
5.9
5.5
3.6
4.5
16.5
1987.5~1988.4
32.7
44.8
58.9
43.6
17.1
26.9
11.1
5.2
5.0
3.8
6.6
5.0
1988.5~1989.4
25.5
24.5
12.2
21.0
45.7
8.6
4.0
3.1
3.8
6.8
19.1
48.1
1989.5~1990.4
22.3
37.7
16.5
9.6
29.8
24.9
26.4
8.1
7.3
11.1
22.4
23.8
1990.5~1991.4
35.2
39.7
27.4
6.6
5.0
8.0
15.9
5.2
7.8
11.6
16.5
16.9
1991.5~1992.4
41.1
33.0
86.4
23.2
18.0
6.0
4.0
4.4
3.2
5.4
16.6
16.7
1992.5~1993.4
36.6
38.1
21.9
8.7
7.0
5.4
4.0
3.7
7.0
11.1
14.5
17.8
1993.5~1994.4
27.0
26.5
66.5
66.2
21.4
12.9
19.5
8.9
5.7
4.1
6.5
20.6
1994.5~1995.4
15.7
34.0
13.5
5.9
8.3
19.3
11.0
15.2
11.4
14.0
8.9
19.5
1995.5~1996.4
36.0
74.2
43.8
31.5
8.2
21.2
7.8
5.5
5.5
4.7
6.9
11.2
1996.5~1997.4
23.3
63.1
94.2
23.7
22.7
19.2
29.6
6.9
5.3
12.1
14.6
29.7
1997.5~1998.4
21.4
19.9
33.1
14.1
8.3
8.8
7.7
8.6
8.6
7.8
19.4
30.1
1998.5~1999.4
49.1
34.8
82.1
71.3
13.9
12.9
6.5
3.7
4.3
2.7
2.3
24.3
1999.5~2000.4
27.5
88.4
72.3
18.4
15.8
9.1
18.7
7.1
6
7.8
11.6
10.3
此处采用适线法估计参数，并推求频率为10%、50％、90%的年径流量。
将实测年平均流量按照水文年求得各年的总来水量，水文年的确定按照当年五月至次年四月为一个年度的原则。
对各水文年总来水量按照大小次序进行排列，利用公式
（1）
计算出各年径流量的经验频率，列表计算结果如表2所示。
表21979-2000年年径流量经验频率计算成果表
原始数据
排序后数据
水文年起始年
水文年总来水量（m3/s）
水文年起始年
序号
水文年总来水量（m3/s）
频率
1979
194.9
1980
1
387.8
0.045
1980
387.8
1996
2
344.4
0.091
1981
149.8
1982
3
310.3
0.136
1982
310.3
1998
4
307.9
0.182
1983
292.6
1983
5
293
0.227
1984
255.1
1999
6
292.6
0.273
1985
184.5
1993
7
285.8
0.318
1986
204.3
1987
8
260.7
0.364
1987
260.7
1995
9
258
0.409
1988
222.4
1991
10
256.5
0.455
1989
239.9
1984
11
255.1
0.500
1990
195.8
1989
12
239.9
0.545
1991
258
1988
13
222.4
0.591
1992
175.8
1986
14
204.3
0.636
1993
285.8
1979
15
195.8
0.682
1994
176.7
1990
16
194.9
0.727
1995
256.5
1997
17
187.8
0.773
1996
344.4
1985
18
184.5
0.818
1997
187.8
1994
19
176.7
0.864
1998
307.9
1992
20
175.8
0.909
1999
293
1981
21
149.8
0.955
将经验频率P和对应的水文年总来水量作为点据点绘在海森概率格纸上，并采用矩法估计P-III型曲线分布密度中的未知参数，根据分布参数运用频率计算方法可以求出在这种参数下
的关系，从而可以绘制理论频率曲线，并与经验频率点据绘制在同一张概率格纸上。
再进行拟合情况的检查，如果点线拟合得好，所给参数即为适线法的估计结果，如果拟合效果较差，则需要调整参数，重新绘制理论频率曲线直到点线拟合效果好为止，最终的参数即为适线法估计结果。
适线结果如图2所示。
图2年径流量频率曲线适线成果图
相应的适线法估计参数如表4所示。
表31979-2000年年径流量经验频率计算成果表
时段
均值（m3/s）
Cv
Cs
Cs/Cv
R
12个月
246.86
0.29
0.77
2.66
0.98
3.2设计年内分配的推求
根据原则可以选择年径流量频率为10%、50％、90%附近的三个代表水文年如表4所示。
表41979-2000年年径流量经验频率计算成果表
代表年类型
设计年
代表年
k
频率
年径流量（m3/s）
水文年起始年
序号
水文年总来水量（m3/s）
频率
丰水年
10%
342.5
1996
2
344.4
0.091
0.994
中水年
50%
237.8
1989
12
239.9
0.545
0.991
枯水年
90%
163.0
1992
20
175.8
0.909
0.927
根据典型年和代表年的年总径流量比值计算同倍比法倍比，其中丰水年选取水文年度1996年5月至1997年4月，比值K为0.994；中水年选取水文年度1989年5月至1990年4月，比值K为0.991；枯水年选取水文年度1992年5月至1993年4月，比值K为0.927。
根据三个倍比分别放大丰水年、中水年和枯水年径流过程如表5所示。
表5丰水年逐月年内分配计算成果表单位：
m3/s
水文年月份
设计枯水年
设计平水年
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
5
36.6
33.9
22.3
22.1
23.3
23.2
6
38.1
35.3
37.7
37.4
63.1
62.7
7
21.9
20.3
16.5
16.4
94.2
93.7
8
8.7
8.1
9.6
9.5
23.7
23.6
9
7.0
6.5
29.8
29.5
22.7
22.6
10
5.4
5.0
24.9
24.7
19.2
19.1
11
4.0
3.7
26.4
26.2
29.6
29.4
12
3.7
3.4
8.1
8.0
6.9
6.9
1
7.0
6.5
7.3
7.2
5.3
5.3
2
11.1
10.3
11.1
11.0
12.1
12.0
3
14.5
13.4
22.4
22.2
14.6
14.5
4
17.8
16.5
23.8
23.6
29.7
29.5
Σ
175.8
163.02
239.9
237.8
344.4
342.5
图3丰水年年径流量逐月年内分配过程
图4中水年年径流量逐月年内分配过程
图5枯水年年径流量逐月年内分配过程
4.水库死水位的选择
4.1水库水位容积关系
水库水位容积曲线表如表6所示，可根据该表绘制相应的水库水位库容曲线。
表6水库水位容积曲线表
水位（m）
48
50
52
55
60
65
70
容积（106m3）
0.0
0.1
0.6
2.3
8.0
18.0
35.7
水位（m）
75
80
81
82
83
84
85
容积（106m3）
60.3
94.4
102.8
111.3
120.0
129.0
138.6
水位（m）
86
87
88
89
90
91
容积（106m3）
148.3
158.8
170.0
181.5
194.5
207.0
图6水位库容曲线图
4.2水库淤积体积及淤积高程计算
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。
根据实测泥沙资料得多年平均含沙量
kg/m3，泥沙干容重
=1630kg/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2米。
计算公式为
（2）
式中W为多年平均径流量，V=13.69m3，通过水位容积曲线线性内插得62.98m，再加上安全值2米，最终淤积高程即水库死水位为64.98m。
5.设计洪水的推求
5.1洪峰与洪量系列选取
本水库为大
（2）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。
经过分析对比7天洪量与洪峰、24h洪量、3天洪量的关系，7天洪量与3天洪量相关性较高，故采用3天洪量对7天洪量缺少资料插补延展。
三组相关性分析和展延资料与3天洪量相关性分析如图7所示，展延后的齐全资料如表7所示。
（a）7天洪量与24h洪量（106m3）（b）7天洪量与洪峰流量
（c）7天洪量与3天洪量（106m3）
图7相关性分析成果
表7潜渔站洪峰及定时段洪量统计表
年份
洪峰（m3/s）
24小时洪量W（106m3）
三天洪量W（106m3）
七天洪量W（106m3）
1954
648
27.94
58.40
67.27
1955
205
8.17
13.30
22.32
1956
716
29.80
36.00
44.95
1957
341
22.80
37.19
52.46
1958
124
8.72
15.85
22.15
1959
226
11.13
19.80
32.90
1960
456
15.70
20.80
33.20
1961
579
52.50
79.10
88.20
1962
510
43.70
49.20
53.10
1963
1133
55.60
86.60
95.90
1964
375
14.32
31.70
40.70
1965
501
15.62
24.40
27.00
1966
173
9.50
14.00
25.40
1967
169
11.82
19.00
28.00
1968
108
9.90
18.40
35.50
1969
367
20.90
32.80
48.40
1970
281
17.20
31.90
35.60
1971
471
23.40
31.80
35.30
1972
68
5.34
10.20
12.23
1973
437
19.87
42.85
51.77
1974
237
16.16
39.05
47.99
1975
161
11.58
22.05
31.04
1976
48
8.29
19.95
28.95
1977
215
7.61
20.45
29.45
5.2洪峰与洪量频率计算
根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水，推算得水文站洪峰流量为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。
根据这一资料，洪峰频率计算要加上这个特大值进行处理。
采用统一处理法对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，从而可得各设计频率的洪峰和洪量值。
相应的结果如表8所示。
表8洪峰频率计算成果表
序号
N
年份
洪峰排频（m3/s）
频率
1
79
1922
1350
0.013
1
24
1963
1133
0.052
2
24
1956
716
0.092
3
24
1954
648
0.131
4
24
1961
579
0.171
5
24
1962
510
0.210
6
24
1965
501
0.250
7
24
1960
471
0.289
8
24
1971
456
0.329
9
24
1973
437
0.368
10
24
1964
375
0.408
11
24
1957
367
0.447
12
24
1969
341
0.487
13
24
1970
281
0.526
14
24
1974
237
0.566
15
24
1967
226
0.605
16
24
1955
215
0.645
17
24
1959
205
0.684
18
24
1977
173
0.724
19
24
1958
169
0.763
20
24
1968
161
0.803
21
24
1966
124
0.842
22
24
1975
108
0.882
23
24
1976
68
0.921
24
24
1972
48
0.961
适线结果如图8所示。
图8洪峰频率适线结果图
对24小时洪量、3天洪量和7天洪量进行频率计算，各组结果如表9-11所示，适线结果如图9-11所示。
表924小时洪量频率计算成果表
序号
N
年份
24小时洪量W（106m3）
频率
1
24
1963
55.60
0.04
2
24
1961
52.50
0.08
3
24
1962
43.70
0.12
4
24
1956
29.80
0.16
5
24
1954
27.94
0.20
6
24
1971
23.40
0.24
7
24
1957
22.80
0.28
8
24
1969
20.90
0.32
9
24
1973
19.87
0.36
10
24
1970
17.20
0.40
11
24
1974
16.16
0.44
12
24
1960
15.70
0.48
13
24
1965
15.62
0.52
14
24
1964
14.32
0.56
15
24
1967
11.82
0.60
16
24
1975
11.58
0.64
17
24
1959
11.13
0.68
18
24
1968
9.90
0.72
19
24
1966
9.50
0.76
20
24
1958
8.72
0.80
21
24
1976
8.29
0.84
22
24
1955
8.17
0.88
23
24
1977
7.61
0.92
24
24
1972
5.34
0.96
表10三天洪量频率计算成果表
序号
N
年份
三天洪量W（106m3）
频率
1
24
1963
86.60
0.04
2
24
1961
79.10
0.08
3
24
1954
58.40
0.12
4
24
1962
49.20
0.16
5
24
1973
42.85
0.20
6
24
1974
39.05
0.24
7
24
1957
37.19
0.28
8
24
1956
36.00
0.32
9
24
1969
32.80
0.36
10
24
1970
31.90
0.40
11
24
1971
31.80
0.44
12
24
1964
31.70
0.48
13
24
1965
24.40
0.52
14
24
1975
22.05
0.56
15
24
1960
20.80
0.60
16
24
1977
20.45
0.64
17
24
1976
19.95
0.68
18
24
1959
19.80
0.72
19
24
1967
19.00
0.76
20
24
1968
18.40
0.80
21
24
1958
15.85
0.84
22
24
1966
14.00
0.88
23
24
1955
13.30
0.92
24
24
1972
10.20
0.96
表11七天洪量频率计算成果表
序号
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