水文水利计算课程设计Word文档格式.docx

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第五章水库调洪演算20

5.1泄洪方案的拟定20

5.2水库调洪的基本原理20

5.3水库调洪的列表试算法21

5.4计算成果22

5.4.1不同重现期洪水的水库调洪试算22

5.4.2特征水位及特征库容25

参考文献26

第一章设计水库概况

1.1流域概况

石堡川河系洛河左岸的一级支流，发源于陕西省黄龙山脉的宜川县丰河沟海拔1700m的中字梁，流经宜川、黄龙、洛川、白水等县，于白水县法家塔汇入洛河。

流域面积950.3km2，河流全长79.3km，是洛河的第四大支流，河流水系分布见图1-1。

石堡川河流域属暖温带大陆季风气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春秋两季为过渡期。

石堡川水库坝址缺乏气象资料，而黄龙气象站位于坝址以上流域中心处，故借用黄龙气象站的观测资料加以说明。

黄龙气象站1952年设立，位于北纬35°

35′，东经109°

50′。

据该站1960～1998年实测资料统计，多年平均降水量为575mm，多年平均气温为8.5℃，极端最高气温36.9℃（1991年7月20日），最低气温为-25.1℃（1991年12月28日）；

多年平均蒸发量1561mm，多年平均风速2.5m/s，最大风速13.0m/s（1977年5月13日），风向NNE；

多年平均相对湿度63%，多年平均地温10.6℃，多年平均日照时数2118.75h。

根据流域规划，拟在洛川县石头乡盘曲河村东500m修建一水库，水库坝址以上流域面积820km2，河道长62.1km，河床平均比降8.3%。

坝址位于黄土塬区，坝址处河床高程884m。

坝址以上流域海拔高程880～1700m，流域中上游为黄土林区，占坝址以上流域的四分之三，区内高山起伏，河谷狭窄，森林茂密；

流域下游为黄土塬区，占坝址以上流域的四分之一，沟壑纵横，植被为荒草及少量灌木，总体较差。

1.2工程概况

水库以灌溉为主，兼顾防洪、供水等多项任务。

水库灌溉设计保证率为75%。

水库承担着下游0.5万人民群众的生活全保障任务，同时还涉及到下游西延铁路、渭清铁路、108国道、王莽寨电站、党家湾电站、蒲白煤矿供水站、洛惠渠渠首等工程的防洪安全。

根据《防洪标准》（GB50201-2014）和“水利水电工程等级划分及洪水标准”（SL252-2000），该水库为Ⅲ等中型水利工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，水库的防洪标准维持2000年除险加固时采用的防洪标准不变，即100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。

图4-1石堡川水库流域水系图

水库枢纽由拦河大坝、输水洞、泄洪洞、泄洪底洞和溢洪道五部分组成。

输水洞位于大坝左侧，全长171.1m，进口底坎高程905.7m，出口高程905.12m，比降1/300，洞径2.4m，为钢筋混凝土衬砌的圆形有压洞。

该洞最大引水能力56m3/s，进口为喇叭型，控制建筑物为圆形放水塔，塔径4.8m，塔高36.8m；

放水塔设平板工作闸门和检修闸门各一扇，尺寸为2.4m×

2.4m。

输水洞主要任务是输水灌溉和供水。

泄洪洞位于大坝左岸。

全长402.6m，进口高程920m，比降1/14，洞身为4.6m×

6.0m的圆拱直墙型无压隧洞，最大泄洪能力300m3/s。

进口设有平板工作闸门与检修闸门各一扇，孔口尺寸为4.6m×

4.5m，工作闸门启闭机采用QPG630KN-17m，检修闸门启闭机采用QPG320KN-17m。

泄洪底洞位于大坝右岸，由施工导流洞改建而成。

全长317.9m，进口高程896.5m，出口高程883.3m，比降1/50，洞径2.0m的圆形压力隧洞，最大泄洪能力为43m3/s；

放水塔为圆形，塔径4.0m，塔高45.15m，分别设有平板工作闸门和检修闸门各一扇，闸门尺寸为2.0m×

1.8m，工作闸门启闭机采用QPG630KN-42m，检修闸门采用启闭机QPG320KN-42m，该洞以泄洪和排沙为主。

第二章年径流分析计算

2.1径流资料来源

由于石堡川水库坝址缺乏气象资料，而上游黄龙气象站与坝址控制水面面积小于5%所以可用水文比拟法直接引用。

2.2年径流资料的审查

2.2.1资料可靠性审查

获得的水文资料均来自水文站观测得到，观测质量较好，且每年的观测资料都经水文与水资源局整编，认为资料精度可靠。

2.2.2资料一致性审查

就年径流系列而言，它的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳定性上。

一般可以

认为气候条件的变化极其缓慢，它相对稳定。

拟在洛川县石头乡盘曲河村东500m处，坝址以上流域海拔高程880～1700m，流域中上游为黄土林区，占坝址以上流域的四分之三，区内高山起伏，河谷狭窄，森林茂密；

且上游无水库、引水工程，因此可以认为年径流资料具有一致性。

2.2.3资料代表性审查

该水文站具有1975～2015年共41年的月平均流量资料，可认为是长期实测径流资料而且资料包括了丰、平、枯三种水文情况。

此外，该水文站位于该河上，水文站的径流资料与设计水库的径流资料存在成因联系，所以该资料系列具有代表性。

2.3设计年径流分析计算

2.3.1水利年划分

根据不同设计保证率下用水资料和多年年径流来水资料，可以看出从各年8月份水库开始有余水，到次年7月份缺水结束。

所以，将每年8月份作为这一水利年的起始月，而将下一年7月份为这一水利年的终止月。

2.3.2绘制年径流频率曲线

2.3.2.1频率曲线线型选择

根据SL278-2002中规定“径流频率曲线的线型应采用皮尔逊Ⅲ型”故年径流频率线型采用皮尔逊Ⅲ型。

2.3.2.2经验频率计算

根据SL278-2002中规定，在𝑛

项连序径流系列中按大小次序排列的第𝑚

项的经验频率应按下式数学期望公式计算

（2-1）

式中𝑚

取1,2,…，n。

2.3.2.3频率曲线参数估计

根据SL278-2002中规定，年径流频率曲线的统计参数采用均值、变差系数和偏态系数

表示统计参数可用矩法等方法初估。

（2-2）

（2-3）

2.3.2.4绘制频率曲线

根据估计所得统计参数,绘制出频率曲线,发现该曲线配线效果不佳,因此,根据SL278-2002中规定，用适线法调整确定，适线时应在拟合点群趋势的基础上侧重考虑平枯水年的点据。

见图2-1。

2.3.3计算成果

由成家河水文站年径流流量频率曲线得频率计算成果表2-1。

表2-1成家河水文站年径流频率计算成果表

不同频率的年径流量WP

计算

采用

20%

25%

30%

50%

70%

75%

80%

85%

90%

7941

0.42

0.44

3

10444

9706

9156

9083

5722

5371

5015

5067

4238

2.3.4成果合理性分析

根据SL278-2002中规定，年径流的分析计算成果应与上下游干支流和邻近流域的计算

成果比较分析检查其合理性。

经分析，成果合理。

2.4设计代表年径流分析计算

在规划设计中常选择有代表性的丰水年、枯水年、平水年作为设计代表年。

因此，根据

灌区用水设计保证率和城镇生活供水的综合要求，则设计丰水年、设计平水年、设计枯水年的年径流,由设计保证率P=25%，P=50%，P=75%在年径流量频率曲线上分别确定。

设计代表年的年径流分配过程是通过代表年年径流过程的缩放来获得的。

1.水量接近原则，代表年的年径流量与设计值要接近。

2.选择对工程较不利的代表年径流过程线。

一般来说，对灌溉工程，选取灌溉需水季节年径流比较枯的年份，对水电工程，则选取枯水期较长、径流又较枯的年份。

2.4.2设计代表年径流年内分配计算

将设计代表年径流量按代表年的月径流量进行分配，按年水量控制的同倍比法进行缩放。

公式如下：

P=75%的设计年径流量为𝑊

=5371×

104𝑚

3，选择2000～2001年为代表年，代表年年径流量为𝑊

代=5676×

104𝑚

3，缩放比K=0.9464。

P=50%的设计年径流量为𝑊

=9083×

104𝑚

3，选择2010～2011年代表年，代表年年径流量为𝑊

代=7028×

3，缩放比K=1.2924。

P=25%的设计年径流量为𝑊

=9706×

3，选择2006～2007年为代表年，代表年年径流量为𝑊

代=9777×

3，缩放比K=0.9927

2.4.3代表年内径流分配成果

表2-2成家河水文站保证率为75%的年径流的年内分配

频率

代表年

单位

月份

全年

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

2000~2001

%

11.1

8.7

19.7

7.8

6.5

2.9

3.8

4.8

7.2

4.3

8.2

15.0

100

设计径流量104m3

595

466

1056

420

348

156

202

259

389

232

442

805

5371

流量（m3/s）

2.27

1.77

4.02

1.60

1.33

0.595

0.768

0.987

1.48

0.883

1.68

3.07

1.70

表2-3成家河水文站保证率为50%的年径流的年内分配

2010~2011

42.3

22.8

5.6

2.6

1.5

1.8

4.1

2.2

10.8

100

3845

2072

509

237

268

138

162

140

168

370

198

978

9083

14.6

7.89

1.94

0.900

1.02

0.531

0.622

0.533

0.641

1.41

0.750

3.72

2.88

表2-3成家河水文站保证率为25%的年径流的年内分配

2006~2007

17.1

25.5

7.7

3.9

2.8

1.9

11.4

8.3

1.6

2.0

14.9

1655

2479

752

375

272

189

267

1111

810

157

190

1450

9706

6.30

9.44

2.86

1.43

1.04

0.72

4.23

3.08

0.601

0.721

5.52

第三章设计洪水分析

3.1洪水资料的审查

3.1.1洪水资料可靠性审查

该系列具有连续实测的1975～2015年洪水要素资料，经审查资料来源可靠真实，具有一定的精度，而且具备频率分析所必需的某些统计特征，具有较高的可靠性。

3.1.2洪水资料一致性审查

在观测期中，洪水形成条件相同，使用的洪水资料受人类活动影响很小，故有较好的一致性。

3.1.3洪水资料代表性审查

该水文站具有较长系列的洪峰资料，且比较完整，系列中包括大、中、小各种洪峰，与实际较吻合，因此可认为资料代表性良好。

3.2特大洪水的处理

根据该水文站的实测洪峰流量成果，可以发现于1984年的洪峰流量为1785m³

/s，为实测期内的特大洪水，1987年的洪峰流量为1535m³

/s，1983年的洪峰流量为1212m³

/s，认为是次大洪峰。

调查石堡川河历史洪水得1875年、1933年有大洪水分别为2040m³

/s、1370m³

/s。

有现有资料不难看出，1875年洪水是自1875年以来的最大洪水，在1857~2015年的考证期N=141年间排列第一位，1984年、1987年、1933年、1983年的洪水是自1875年以来的第2~5位洪水，其余洪水在n=41年的实测期（1975~2015年）根据大小依次排列。

3.3设计洪水分析计算

3.3.1频率曲线线型选择

根据SL44-2006中规定，频率曲线的线型应采用皮尔逊Ⅲ型。

对特殊情况，经分析论证后也可采用其他线型。

则该工程采用皮尔逊Ⅲ型。

3.3.2经验频率计算

此次洪水采用统一处理法，公式见（3-1）、（3-2）:

（3-1）

（3-2）

式中：

M为考证期N内特大洪水的排位；

m为实测期n内一般洪水的排位；

L为实测期特大洪水个数。

3.3.3频率曲线参数估计

根据SL44-2006中规定，采用矩法或其他参数估计法，初步估算统计参数。

对于不连序系列，其统计参数的计算公式与连序系列的计算公式有所不同。

如果在迄今的𝑁

年中已查明有𝑎

个特大洪水（其中有𝑙

个发生在𝑛

年实测或插补系列中），假定（𝑛

−𝑙

）年系列的均值和均方差与出去特大洪水后的（𝑁

−𝑎

）年系列的均值和均方差分别相等，可推导出统计参数的计算公式见（3-4）、（3-5）:

=335m³

/s（3-3）

=0.98（3-4）

3.3.4绘制频率曲线

年最大洪峰频率曲线见图3-1，一日、三日洪量频率曲线图见图3-2。

频率P（%）

图3-2成家河水文站一日洪量和三日洪量频率曲线

估计适线

均值W1=842W1=842

W3=1472W3=1472

CvCv1=0.79Cv1=0.90

Cv3=0.68Cv3=0.76

CsCs1=2.25

Cs3=1.9

频率（%）

3.3.5成果合理性分析

从各种历时的洪量频率曲线对比分析，发现各种曲线在使用范围内无交叉现象。

故成果合理性较好。

3.3.6计算成果

根据图3-1，可以推求得成家河水文站不同频率下的洪峰流量见表3-1。

表3-1成家河水文站洪峰流量分析成果表

（m3/s）

不同频率洪峰流量QP（m3/s）

0.1

0.2

0.33

0.5

1

2

3.3

5

10

335

348

0.98

1.08

2.5

3046

2697

2446

2240

1899

1563

1326

1133

820

一日洪量和三日洪量分析成果表见表3-2、3-3。

表3-2成家河水文站一日洪量分析成果表

历时

（万m3）

不同频率洪量WP（万m3/s）

一日

842

0.79

0.9

5562

4989

4576

4234

3666

3102

2696

2362

1810

表3-3成家河水文站三日洪量分析成果表

不同频率洪量WP（万m3）

三日

1472

0.68

0.76

7933

7186

6646

6197

5447

4695

4150

3697

2938

3.4设计洪水过程线

3.4.1典型洪水过程线的选取

根据SL44-2006中规定，设计洪水应选取资料可靠、具有代表性、对工程防洪又较不利的大洪水作为典型洪水过程线。

在选择典型时，应对设计流域内的洪水，尤其是特大洪水的形成规律和气象条件加以分析。

同时，应分析洪水过程线的特征，如大洪水出现的时间、季节、峰型、主峰位置、上涨历时、洪量集中程度等。

具体如下：

1.选择峰高量大的洪水过程线，其洪水特征接近于设计条件下的稀遇洪水情况。

2.洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、地区组成、洪峰次数、峰量关系等能代表本流域上大洪水的特性。

3.从防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。

3.4.2推求设计洪水过程线方法

根据SL44-2006中规定，放大典型洪水过程线时，应考虑工程防洪设计要求和流域洪水特性。

峰、量都对工程防洪安全起作用时，可采用按设计洪峰流量、时段洪量控制放大，即同频率放大。

在放大典型洪水过程线时，选定控制时段为最大24h、最大72h，再根据典型洪水过程，找到相应控制时段的最大洪量值，按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同倍比将典型过程进行放大。

计算公式如下：

（3-6）

（3-7）

3.4.3计算成果

洪峰、洪量的放大倍比𝐾

值见表3-4、3-5。

表3-4百年一遇设计洪峰、洪量缩放系数计算表

项目

洪峰（m3/s）

洪量（万m3）

1天

3天

设计值（P=1％）

典型值

1785

1343

2377

起迄日期

3日16：

00

3日0：

00～24：

2日15：

00～5日15：

倍比系数k

1.06

2.73

1.72

表3-5千年校核洪峰、洪量缩放系数计算表

设计值（P=0.1％）

1.71

4.14

2.29

3.4.4设计洪水过程线的绘制

典型洪水过程线乘以相应放大倍比得到不同频率的设计洪水过程线，时段分界处的不连续应进行修匀，最终得到效果较好的设计洪水过程线。

设计洪水过程线见图3-3。

图3-3石堡川水库百年一遇与千年校核洪水过程线

第四章兴利调节

4.1兴利调节计算的方法

采用时历法中的代表年法。

4.2兴利调节计算

4.2.1来水量的确定

选择灌区用水设计保证率为75%，代表年2000～2001年的径流年内分配过程为来水过程。

4.2.2用水量的确定

4.2.2.1灌溉用水量的确定

石堡川水库灌区地处极度缺水的渭北旱塬区澄城县和白水县，海拨高程600m～800m。

规划有效灌溉面积已增加到18万亩，灌溉水利用系数为0.58。

结合灌区社会经济的发展以及澄白两县的《十三五发展战略规划》，设计水平年2020年灌区作物种植结构：

小麦30%，春玉米20%，苹果50%，蔬菜5%，秋杂25%，作物复种指数提高到130%，其中常规灌溉面积占100%，节水灌溉面积占灌区灌溉面积的30%。

详见表4-1。

表4-1石堡川水库灌区设计水平年作物种植结构及灌水方式表

作物

小麦

春玉米

苹果

蔬菜

秋杂

合计

灌水方式

常规灌

节灌

种植比例（%）

30

15

20

25

130

4.2.2.2城镇生活供水

石堡川水库拟承担澄城、白水两县城城市供水，预计到设计水平年澄白两县人口将达到25万人；

根据两县年均用水量统计，现状年人均日用水量120L/d，2020年人均用水量提高到140L/d。

城镇生活供水采用年内均匀供水。

总用水量见表4-2。

表4-2灌溉、城镇生活供水计算成果表

4

6

7

8

9

11

12

农业灌溉

652

667

650

824

171

290

579

3833

城镇供水（万m3）

106

1277

总计（万m3）

758

774

756

931

277

396

686

5110